艾草的化學成分和藥理作用研究進展

蔣志惠，常雪梅，2，張照然，曲毅程，田 燦，谷令彪，張守泉

(1.河南省獸用生物制品研發與應用國際聯合實驗室，安陽工學院現代生物技術研究所，安陽河南455000;2.新疆農業大學動物醫學院，烏魯木齊830052;3.河南省湯陰縣醫藥行業管理辦公室，安陽河南455000)

艾草(Artemisia argyi H.Lév.＆ Vaniot)，菊科蒿屬植物，因其全草入藥，具有溫經、祛濕、散寒、止血、抑菌、抗蟲和抗氧化等功效，藥圣李時珍稱其為草醫，也有草中鉆石的稱號。艾草為一、二年生或多年生草本，少數為半灌木或小灌木;地下根莖分枝多，株高45～120厘米，莖直立，圓形有棱，外被灰白色軟毛(圖1)，常有濃烈的揮發性香氣。古籍中將艾分為北艾、海艾、薊艾三類，其中北艾(A.vulgaris Linne)為模式種，主要分布在亞洲、歐洲及北美的溫帶、寒溫帶及亞熱帶地區。我國艾草有186種，44變種，隸屬于2亞屬，廣泛分布于我國的東北、華北、華東、華南和西南等各省區(圖2A)。艾草含有揮發油、脂肪、有機酸及生物堿類，主要活性成分為聚乙炔類、黃酮類和萜類等。艾葉曬干搗碎得“艾絨”，制艾條供艾灸用，又可作“印泥”的原料，全草作殺蟲的農藥或薰煙作房間消毒、殺蟲藥，嫩芽及幼芽也可作菜蔬。艾草因其取材簡單、價格低廉、功效顯著等特點已被廣泛研究和使用，其中近10年來NCBI上發表的關于艾草的文章6391篇(圖2B);我國常見北艾的研究37篇，化學成分分析的研究11篇，藥理作用18篇(圖2C)，蘄艾的研究111篇，藥理作用34篇;化學成分分析27篇(圖2D)。

利用Pubmed數據庫公布的艾屬DNA序列構建系統進化樹，將候選艾草ITS2區序列用clustalX2軟件(下載自 http://www.arabidopsis.org/)進行多重匹配分析，參數為默認，利用 MEGA 4.0軟件中的鄰接(Neighbor－Joining)算法繪制系統發生樹，對構建的樹進行自檢，重復設定為1000。結果表明，北艾(Artemisia vulgaris;kx581829，30，32－34，165435，jk445061)基因與原變種(Artemisia argyi;kx185157－72)和野生艾(Artemisia lavandulifolia;kx219705－17)相似，與蒿屬(Artemisia annua;kx219663－77，79－81，581795，581796，856181)親緣關系較遠(圖 2E)。目前，我國對沙漠灌木白沙蒿進行了二代轉錄組測序和分析，分別找到了參與不飽和脂肪酸合成途徑的26個基因以及其他功能的基因(圖3)［1］。

圖1 艾草標本及實圖(摘自中國數字植物標本館)Fig 1 Artemisia argyi

1 提取方法及化學成分

艾草的提取主要有傳統的煎煮法、超聲波輔助提取法、冷壓法、亞臨界萃取法和超臨界萃取法等。煎煮法提取得到的有效成分主要是揮發油，因其操作簡單、儀器簡單等特點在生產實際中被廣泛應用，但也存在著提取純度不高的缺點。冷壓法可提取艾草中的揮發油成分，將揮發油含量較高的新鮮艾草經撕裂、搗碎、冷壓離心分層，既得粗品。冷壓法在常溫下進行，所得的揮發油含有水分、粘液質及細胞組織等雜質，需要進一步提純，但揮發油的提取率不高，因此在生產應用上具有一定的局限性。超臨界CO2萃取法在接近常溫的條件下提取分離的艾草揮發油提取率高，可最大限度保留其有效成分，同時無有機溶劑的殘留，因其產品純度高，操作設備簡單，生產方式綠色環保等優勢被工業化生產應用，然而產量與亞臨界萃取相比較低。亞臨界萃取法在低于臨界溫度和壓力的條件下，利用提取物和溶劑相似相溶的原理下保留艾草的活性成分不被破壞，因其環保無污染、不氧化、產能大等優勢被工業化使用進行大規模生產。

圖2 艾草的分布、研究文章數量及系統進化樹Fig 2 The distribution of Artemisia argyi and research papers in different aspects of Artemisia argyi with different languages

圖3 白沙蒿基因的GO分類［1］Fig 3 GO categories of the Artemisia sphaerocephala unigenes

近年來國內外學者對艾草各部位的化學成分進行了較為廣泛的研究，發現艾草中化學成分主要為揮發油類、黃酮類和多糖三大類。不同種屬、產地、提取方式的艾草的化學成分之間存在較大差別。研究表明，艾草揮發油含有豐富的化學成分和多種的藥理活性，具有抑菌、抗蟲、抗氧化等作用。揮發油的主要成分有60多種，其中含量較多的有胺油精、α－石竹烯、萜品烯、松油烯、樟腦等。如表1所示，從不同地區的艾種中提取多種揮發油成分，分別從苦艾、南亞艾、白草艾、龍艾、黃花蒿、褐苞蒿、五月艾、冷蒿、寬葉山蒿、北艾、艾和紅足蒿中提取到 20、6、6、9、3、6、4、6、4、5、4、5 種主要成分［2－18］，利用韋恩圖分析表明(圖 4)，苦艾、南亞艾和白草艾有1組相同成分為側柏酮(thujone);苦艾和南亞艾有一組相同成分為大根香葉烯(germacrene D);苦艾和白草艾有一組相同的成分為樟腦(camphor)，其中側柏酮為有毒成分，通過抑制大腦中的GABA受體和5－HT3受體，引起神經興奮或肌肉抽搐［19］。利用超臨界萃取法提取的安徽野生艾草中揮發油經HPLC－MS鑒定主要成分為1，2－苯二羧酸－2－乙基己基脂(17.81%)、1，2，3，4，4a，5，6，8a－8 氫－7－甲基－7－亞甲基－1－(1－亞甲基)－(1a，4a，8a)萘(11.13%)和 9，12－十八碳二烯酸乙酯(7.13%)［20］。對山東野生艾葉中的揮發油進行鑒定，確定了34種成分，其中含量較高的為檸檬烯、α－側柏酮、α－水芹烯和香茅醇等。艾草含有總黃酮高達5.5%，從茵陳蒿中鑒定出異槲皮素 7－O－(6＇－O－pcoumaroyl)－β－吡喃葡萄糖苷，如圖 5A 所示［21］;從韓國茵陳蒿中提取9種黃酮類成分(圖5B)，其中含量最高的成分為蕓香苷［22］。水提取的艾草含有豐富的糖類成分，荒野蒿經水提取后檢測到果膠成分占干重比例的7.9%，其中糖醛酸61%，半乳糖14%，樹膠醛醣 11%［23］。

圖4 苦艾、南亞艾、白草艾和龍艾主要成分對比Fig 4 The ingredients compared among A.absinthium，A.nilagirica，A.herba－alba and A.dracunculus

圖5 艾草中新發現的活性成分Fig 5 The new components of Artemisia argyi

2 艾草的藥理學研究

中國古代已對艾草有了較深入的認識。明代李時珍《本草綱目》記載:“艾葉二月宿根生苗成叢，其莖直生，白色，高四五尺。收以灸病，甚驗。艾以葉入藥，性溫、純陽之性、通十二經、具回陽、理氣血、逐濕寒、止血安胎等功效。故又被稱為草醫”。漢末陶弘景《名醫別錄》著:“艾葉味苦，微溫，無毒。主炙百病，可作煎，止下痢，吐血，下部匿瘡，婦人漏血，利陰氣，生肌肉，辟風寒，使人有子。又，艾，生寒熟熱”。艾葉在經過炮制后能顯著的增強功效，《景岳全書》中對艾葉的功效有詳細的記載:能通十二經，而尤為肝脾腎之藥。善于溫中逐冷除濕，行血中之氣、氣中之滯。凡婦人血氣寒滯者，最宜用之。生用搗汁，或熟用煎湯;或用久百病，或炒熱敷熨，可通經絡;或袋盛包裹，可溫臍膝，表里生熟，俱有所宜。

2.1 艾草抑菌的作用 艾草的提取物可有效抑制細菌和真菌類物質，其中主要的抗菌成分為艾草揮發油。艾草揮發油因其廣譜性和天然安全的特征被廣泛研究和應用。艾草揮發油可完全抑制黃曲霉菌絲的生長，對黑曲霉菌和赭曲霉的抑菌率分別為0.29 μL/mL 和0.58 μL/mL。當艾草揮發油濃度達到1.6μL時可完全抑制黑曲霉菌和赭曲霉的增長及其毒素AFB1和OTA的分泌。1 kg葡萄上涂抹300μL艾草揮發油可延長葡萄的保存期9 d，證明艾草揮發油可作為防治葡萄真菌腐敗的保護劑［24］。南亞艾(A.nilagirica)揮發油可有效抑制植物根的腐爛，對立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)、菜豆殼球孢(Sclerotium rolfsii)和齊整小核菌(Macrophomina phaseolina) 的 ED50分別為 85.75 mg/L、87.63 mg/L 和 93.23 mg/L［24］。南亞艾揮發油也可抑制真菌的活性如草莓炭疽病菌(Colletotrichum fragariae)、芒果炭疽病菌(C.gloeosporioides)、枸杞碳疽病菌(C.acutatum)［25－26］。艾灸可治療因感染大腸桿菌致腹瀉的豬，說明艾灸對控制豬早期誘發大腸桿菌性腹瀉有較好的作用［27］。

研究者從不同的艾草類植物揮發油中提取到具有抑菌的主要化學成分。從龍艾(A.dracunculus)中提取的5－苯基－1，3－丙二烯和茵陳素可抵抗植物的真菌，如炭疽菌、膠孢炭疽菌和草莓炭疽菌［28］。從苦艾(A.absinthium)中提取的樟腦、沉香醇、石竹烯氧化物、1，8－桉樹酚、α－萜品醇－8和冰片等具有抵抗植物病原菌和真菌的作用。其中沉香醇的MIC范圍為50～110 mg/mL，α－萜品醇－8抵抗假單胞菌屬的MIC范圍為60～70 mg/mL。研究表明艾草揮發油可有效抑制細菌和真菌，可能與其促進菌絲的退化有關，另外油類可溶解在細胞膜上，從而增加細胞膜的通透性，導致細菌或真菌膜的腫脹和膜功能的退化。此外，油類可滲透到真菌或細菌的細胞壁內，影響細胞壁上酶的反應，引起細菌或真菌的形態發生變化，導致細胞壁的破裂［29］。

2.2 艾草抗蟲的作用 艾草油類可作為殺蟲劑抑制農作物害蟲的生長，尤其是倉庫存貯產品中的害蟲。50μL的木立蘆薈(A.arborescens)揮發油可抑制谷物中谷蠹［30］。37μL/L濃度的西伯艾草(A.sieberi)在室溫24 h內能夠100%消滅四紋豆象、米象和赤擬谷盜，其 LC50分別為 1.45、3.86 和 16.76 μL/L［31］。利用濾紙片法檢測出北艾(A.vulgaris)揮發油對赤擬谷盜具有強的驅蟲作用，其最低有效濃度為0.6μL/L。在煙熏法實驗中，8μL/mL的北艾可殺死成年的赤擬谷盜，但對幼蟲的作用較弱，幼蟲死亡率為53%。北艾揮發油的穩定性較好，室溫下96 h內仍具有100%的殺卵活性。然而，高濃度(60μL/L)的揮發油對蟲卵、幼蟲和成蟲沒有作用［32］。熏蒸后的揮發油主要作用在蟲的神經系統上，阻斷神經信號傳遞，從而起到神經麻痹的作用。分離揮發油經鑒定發現反式肉桂酸乙酯和薄荷酮是其主要的殺蟲成分，其中反式肉桂酸乙酯的殺蟲效果比薄荷酮更有效，其對幼蟲的LD50分別為0.37 g/幼蟲和 500.68 g/幼蟲，兩種成分混合(1000μg/mL)使用后可有效抑制成蟲的攝食能力［33］。研究發現混合一些具有殺蟲作用的有效成分比單一有效成分更具有殺蟲的作用，說明揮發油的有效成分具有協同作用。

2.3 艾草抗氧化的作用 艾草中的揮發油和其他的化學成分具有抗氧化和清除氧自由基的作用，可作為合成抗氧化劑的材料。艾草中的揮發油成分通過β－胡蘿卜素漂白(BCB)法、1，1－二苯基－2－三硝基苯肼(DPPH)自由基清除法、硫代巴比妥酸(TBARS)、當量抗氧化能力(TEAC I－III)法、總自由基清除抗氧化能力法(TRAP)、N，N－二甲基－對苯二胺(DMPD)法、2＇－聯氨－雙－3－乙基苯并噻唑啉－6－磺酸(ABTS)法等驗證具有抗氧化和清除自由的能力［34］。南亞艾揮發油可顯著抑制陽離子自由基的形成，其對β－胡蘿卜素的IC50為13.539μL。同時南亞艾揮發油具有強抗氧化的能力，在DPPH實驗中其 IC50為 6.72 μL/mL［35］。其中多酚類物質是艾草抗氧化和清除自由基的主要活性成分。另外艾草中的主要成分樟腦和1，8桉樹腦液也具有抗氧化的能力［36］。在蛋雞飼料中添加艾草粉顯著提高蛋雞體內外抗氧化能力，可通過提高超氧化物歧化酶(SOD)活性抵抗熱應激［37］。

2.4 艾灸的作用 艾灸療法是以艾為主要材料，在人體的經絡、穴位或病痛部位進行熏酌灸烤，借助灸火的熱力給人體以溫熱性刺激，從而激發經氣、溫通氣血，達到防治疾病目的的一種方法。艾灸的方法很多，如灸柱灸、艾條灸、隔物灸等。艾灸對免疫系統有重要作用，艾煙可刺激大鼠外周T淋巴細胞亞群及CD4+CD25+Treg影響機體的免疫調節作用［38］，主要作用在細胞免疫和體液免疫兩方面。在細胞免疫方面，灸法能提高巨噬細胞的吞噬功能，增強NK細胞的活性，提高T細胞的總量，在體液免疫方面，灸法主要對免疫球蛋白產生影響。通過對艾灸防治大鼠佐劑性關節炎模型試驗發現，艾灸參與了外周交感神經的免疫調節作用，通過腎上腺皮質系統發揮作用，其中海馬是灸療信息中樞整合的重要環節;HPA軸是灸療作用中一條重要的神經體液性途徑;松果體是艾灸抗免疫的調節位點［39］。艾灸可治療高脂血癥，改善血脂代謝和糖代謝，降低高密度脂蛋白膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和總膽固醇的含量，提高周圍組織對胰島素的敏感性，調整胰島素分泌功能，改善胰島素抵抗，從而達到降脂、降糖的作用［40］。在治療關節炎中，艾灸療法能減輕該病的癥狀，消腫止痛，改善關節晨僵，控制病情發展，有較好的臨床療效。唐照亮等使用2～3月齡雄性Wistar大鼠，用Freund氏完全佐劑致炎造模，觀察艾灸腧穴對大鼠的抗炎免疫作用，結果表明艾灸“腎俞”、“足三里”穴，能減輕大鼠足跖與踝部的關節腫脹和炎癥反應，起到消腫散瘀作用［41］。在觀察棉球引起的肉芽腫和炎癥模型中，與模型組相比，灸療能顯著消散大鼠炎癥，抑制肉芽組織增生(p＜0.01)。結果表明灸療對各期炎癥，尤其是中后期炎癥有明顯的抗炎作用［36］。

2.5 艾草對畜禽生產性能的作用 熱應激條件下，艾草可作為飼料添加劑提高蛋雞產蛋率，增加蛋殼厚度，降低料蛋比率，改善蛋黃顏色，降低膽固醇含量［37，42］。在肉兔飼料中，艾草飼料添加劑可顯著降低飼糧的粗蛋白質的表觀消化率和可消化氮，同時提高飼糧中粗脂肪的表觀消化率［43］。在生長方面，艾草可通過提升肉仔雞生長激素水平、提高消化酶活力并改善腸黏膜形態和提升營養物質表觀代謝率等途徑促進機體的生長。在肉品質方面，其可通過降低肉色亮度、增加肉色紅度改善肉品質［44］。表明艾草可作為飼料添加劑應用。

2.6 艾草的其他藥用功能 艾草提取物還對糖尿病和癌癥疾病有治療和預防的作用，可抑制細胞炎癥和凋亡的發生，抗血小板的生成同時促進血管的舒張［45－47］(圖 6)。艾草可提高雞的免疫力［48］，顯著促進其免疫器官的發育［49］。

圖6 艾草的藥理活性Fig 6 The function of Artemisia argyi

3 艾草非藥用價值

艾草可作為天然的植物染料，不同季節生長的艾草能染出不同的顏色。四月、五月時節的艾草莖葉尚嫩，可染出偏嫩綠色或黃色;盛夏季節的艾草，能染出呈褐色。可利用甲醇、乙醇、丙酮、烷、油脂和堿性水溶液提取。“艾草染”是我國古老的印染工藝，其特點在于其燃料全部為天然植物提取，避免化學染料的污染問題，被廣泛應用在真絲綢染色的工藝上。另外，艾絨是印泥中重要的組成成分，艾絨起到吸附劑的作用。

4 艾草的產業現狀及應用

綠色、健康、高效、安全的畜禽養殖模式成為了養殖企業首要解決的科學問題。動物飼料中禁止添加抗生素，以及治療用抗生素在獸藥行業從嚴管理以后，給集約化養殖企業如何防控動物疾病造成很大的困境。艾草作為天然綠色的飼料添加劑可提高飼料轉化率、改善雞蛋品質，同時其可提高機體免疫力和抗氧化力，治療細菌性感染，表明艾草可作為滿足人類健康所需要的綠色飼料添加劑。隨著“一帶一路”打開中醫走向世界的通道，中草藥艾葉迎來了快速發展的機會。

表1 艾草揮發油的主要成分及其含量Tab 1 Main ingredients and contents of Artemisia argyi essential oil

5 展望

艾草在我國被廣泛應用。隨著中南民族大學萬定榮教授團隊制定的艾草國際標準的實施(編號:ISO/NP 20759－1)，艾草行業將按國際標準規范步入國際化，將越來越被世界各國所喜愛。然而艾草對抑菌、抗蟲、抗氧化等藥理作用的機制研究仍不十分清楚，目前研究只停留在有效劑量水平，對其調節的信號轉導通路、作用的靶蛋白等藥理機制研究方面還需要深入探索。同時其有效活性成分的篩選鑒定和提取方法的優化還有待提高。另外還應深入研究艾草的藥物安全性、藥物代謝動力參數和藥物間相互作等，為艾草的推廣應用提供全面的數據依據。