大黃素來源的研究進展綜述

于彥民 王真真

摘 要

大黃素作為多種中藥中廣泛存在的一種羥基蒽醌類化合物，具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、止咳及降血壓等多種藥理作用，具有良好的臨床應用前景。本文根據大黃素的不同來源方式，從中藥中提取分離、生物合成以及有機合成等三個方面全面概括了目前大黃素來源的新進展，以期為大黃素的工業化生產提供借鑒意義。

關鍵詞

大黃素;中藥中提取分離;生物合成;有機合成

中圖分類號： R285.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.16.081

大黃素（1，3，8-三羥基-6-甲基蒽醌）是一種天然蒽醌類化合物，橘黃色晶體，難溶于水，易溶于乙醇等極性有機溶劑，廣泛存在于蘆薈、大黃、首烏藤、鼠尾草、決明子、瞿麥和虎杖等多種植物及中草藥中[1]。大黃素具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、止咳和降血壓等多種藥理作用[2]，在臨床上大黃素被廣泛應用到腸道、腎臟、心血管及胰腺等器官相關疾病的治療[3]。我國為中藥大國，各類中藥資源豐富，但由于蒽醌類化合物提取純化的困難性，純品大黃素依舊相對短缺。基于這種現狀，本文分別從中藥提取、生物合成及有機合成等角度全面總結了目前大黃素的來源，期望為相大黃素的工業化生產提供借鑒意義。

1 中藥中提取分離

從中藥中提取分離純化是目前大黃素的主要來源，應用不同的提取分離方法與技術可顯著影響其提純的效果，因此改善提取工藝與加工技術也是目前研究的重點方向。

1.1 溶劑萃取法

大黃素傳統的提取方法為水煎煮法、回流法和滲漉法。公等[4]使用不同的pH酸水提取虎杖根莖，在最優條件下10g虎杖根莖粗粉中大黃素提取量可達70.3mg，提取率為0.703%。曹等[5]報道對大黃粉末采用15%硫酸與氯仿混合提取，優化條件后大黃素提取率可高達0.79%。但采用傳統方法提取時，溶劑耗費量大，提取時間長，中藥活性成分高溫作用下有可能被破壞，提取效率低，有機溶劑也會對環境造成一定損害，因此許多新的工藝及技術已經逐漸開發替代傳統方法[6]。

1.2 能量輔助提取法

中藥中活性成分大多存在于細胞中，加熱等常規方式難以破壞植物細胞壁，導致提取效率較低，而外加輔助能量（超聲、微波、微流動力等），幫助細胞壁破裂，增加溶劑與細胞內有效成分碰撞，可增加活性成分的提取效率。超聲波[7]以其顯著的振動效應、熱效應、機械效應以及空化效應增加了中藥中活性成分的提取效率，而微波[8]能是利用電磁場的作用，能直接作用到細胞內部進行加熱。微射流技術[9]借助微射流發生器，給予物料一定動力，使其向不同方向高速運動，在細胞發生碰撞的瞬間物理破裂，增加有效成分的溶出。采用超聲波、微波、微流控等能量供給方式，促使植物細胞易于破裂，加速有效成分的擴散與溶解，具有提取速度快，能量消耗小，溶劑用量小，萃取效率高，環境污染小等眾多優勢。高等發現，溫度70oC，有機溶劑比例80%，料液比為1：20，超聲時間30min，即可使虎杖中大黃素的提取率升高至1.4%[10]。鄒等采用超聲及微波協同方式進行虎杖中大黃素提取，在50W超聲波，30W微波作用下，5min大黃素產率高達1.26%[11]。微波輔助的（NH4）2SO4 /乙醇雙相體系被應用來萃取虎杖中大黃素[12]，超聲波輔助Na2SO4 /丙醇雙相體系提取大黃中蒽醌類成分，總蒽醌收率相比普通方法提高了61.8%[13]。吳少莉比較了微射流提取法與煎煮法對虎杖飲片中大黃素的提取效率，同樣使用60%乙醇作為提取媒介，發現微射流對大黃素的提取率為0.323%，而在煎煮法提取液中未檢測到大黃素[14]。

1.3 臨界流體萃取法

臨界流體萃取法即采用臨界狀態的物質作為提取溶劑，例如超臨界流體[15]、亞臨界水[16]等。超臨界流體采用的萃取劑一般為CO2，在CO2接近液體的密度時具有較高的溶解度，同時兼具良好的流動性，具有較強的萃取能力。亞臨界水是在高溫作用下，水的氫鍵數目減少，極性減弱，從而使亞臨界水具有較強的極性范圍，實現連續提取水溶性及脂溶性組分。臨界流體提取具有工藝簡便、提取時間短、效率高、溶劑與組分可快速分離，環境友好等眾多優點。童勝強等采用超臨界流體CO2提取虎杖中的大黃素，采用1%的無水乙醇作為改性劑，正交實驗篩選最優提取條件下大黃素的提取率為0.36%[17]。毛等發現在不同條件下使用亞臨界水提取法對大黃素的提取率均高于有機溶劑提取法[18]。可見臨界流體在大黃素的提取中具有潛在應用前景。

2 生物合成

合成生物學的發展為制備大黃素提供了新的方法。通過將細菌、真菌等微生物與中藥共培養，利用微生物產生的特定催化酶對中藥中的活性成分進行轉化，為中藥的開發利用提供了新方向[19]。并且大黃素本身即為一些微生物的次級代謝產物，在青霉菌屬、黃絲曲霉屬及曲霉屬的代謝物中均有發現[20]。田等發現將虎杖與一株產生β-葡萄糖苷酶的根霉菌株T-34共發酵，其能將虎杖中大黃素β-葡萄糖苷的糖苷鍵水解，優化發酵及提取條件后，可使大黃素產率提高至2.25%[21]。杜等偶然發現赭曲霉（Aspergillus Ochraceus）可以大量產生大黃素，通過離子注入誘變高產菌株，并進一步優化其發酵過程，但大黃素在發酵液中含量較少，而大部分存在于菌體中。通過對虎杖、何首烏、決明子、大黃、齒果酸模、羊蹄等六種中藥的根、莖、葉進行大黃素定量分析發現，大黃根部含量最高可達9.69mg/g，但仍然僅為赭曲霉菌絲中大黃素含量的2/3（14.58mg/ml），可見微生物的培養開發有望成為大黃素來源的一種重要方法[22]。

3 有機合成

鑒于大黃素在中藥中含量的限制以及提取純化的困難性，隨著合成方法學的發展，化學家也在一直探索使用有機合成的方法來構建大黃素[23]。但目前現有的合成路線仍然存在產率較低、路線復雜等各種缺點，簡便高產的合成路線仍有待開發。

3.1 半合成

大黃素3位羥基的甲基化衍生物被熟知為大黃素甲醚，同為蓼科植物中含量較為豐富天然蒽醌類化合物，可通過簡單的pH梯度萃取大量提取。在眾多酸性條件下（例如鹽酸吡啶鹽、氫溴酸等），大黃素甲醚1即可高效率脫去甲基轉化為大黃素2（圖1）。[24，25]

3.2 全合成

1923年，Eder第一個報道了大黃素的全合成方法，以間甲酚及3，5-二硝基鄰苯二甲酸酐作為原料，經過兩次Friedel-C rafts反應構建蒽醌主體，并采用硝基還原，重氮化等四步反應完成大黃素的全合成，收率文章中未見報道[26]。Gravers[27]和Jacobson[28]均采用3，5-二甲氧基鄰苯二甲酸酐作為原料，同樣經Friedel -Crafts反應與間甲酚構建酮基，后經分子內傅克反應作為關鍵步完成大黃素的全合成。但3，5-二甲氧基鄰苯二甲酸酐并非市售易得的原料，且這些路線繁瑣復雜，收率較低。大黃素通常也被用來作為制備金絲桃素的原料，在探索金絲桃素的合成路線中，Liang[29]采用兩步Fridel-Crafts反應合成，如Fig.2所示，以7.7%收率合成了大黃素，反應路線簡潔，但反應收率較低，不適合工業大量生產。

大黃素具有抗菌、抗病毒、抗炎、抗腫瘤等多種重要藥理活性，在臨床具有廣泛的應用前景，發揮了重要的治療作用，但由于其提取純化的困難性及其來源的局限性，目前國內純品大黃素仍較為短缺。本文首先總結了大黃素最新的藥理活性研究進展，進一步從中藥中提取分離、生物合成及有機合成等三個方面詳細的介紹了目前大黃素來源的研究新進展。從傳統中藥中提取分離的產率相對較低，有機合成也存在產率低、路線復雜等相關問題，生物合成在大黃素的生產上展現了巨大的潛力，但如何提高大黃素從菌絲中釋放速度也存在一定的挑戰，因此高效的大黃素生產路線仍有待開發研究。

參考文獻

[1]黃兆勝，王宗偉.大黃素基原及藥理作用研究[J].國外醫學中醫中藥分冊，1997， 19（5）：9-12.

[2]Dong X，Fu J，Yin X，et al.Emodin：A Review of its Pharmacology，Toxicity and Pharmacokinetics[J].Phytotherapy Research，2016，30（8）：1207-1218.

[3]周子洪.中藥大黃素的臨床應用研究進展[J].心血管病防治知識（學術版），2015， （04）：154-156.

[4]公衍玲，王宏波，金宏，et al.虎杖主要提取物半仿生提取條件的優選[J].青島科技大學學報（自然科學版），2007，28（03）：202-204.

[5]曹云麗，黃強，班春蘭，et al.對中藥大黃中蒽醌類物質的提取分離方法的研究[J]. 云南中醫中藥雜志，2005，26（1）：36-38.

[6]Qing-Wen Zhang，Li-Gen Lin，Ye.W-C.Techniques for extraction and isolation of natural products： a comprehensive review[J].Chinese Medicine，2018，13：20-45.

[7]徐小燕.超聲技術在中草藥提取中的應用[J].中國藥房，2007，18（18）： 1426-1429.

[8]馬長雨，楊悅武，郭治昕，et al.微波萃取在中藥提取和分析中的應用[J].中草藥， 2004，35（11）：7-10.

[9]王利文，潘家禎.超高壓超臨界微射流技術提取中藥有效成分新方法[J].時珍國醫國藥，2008，19（10）：2453-2455.

[10]高明波，馬金龍，杜崇旭，et al.虎杖中大黃素的超聲波提取工藝優化[J].湖北農業科學，2015，54（12）：2991-2993.

[11]鄒時英，譚文淵，李富蘭，et al.超聲波-微波協同萃取虎杖中大黃素[J].四川理工學院學報（自然科學版），2011，24（5）：509-511.

[12]Wang H，Dong Y，Xiu Z-L.Microwave-assisted aqueous two-phase extraction of piceid， resveratrol and emodin from Polygonum cuspidatum by ethanol/ammonium sulphate systems[J].Biotechnology Letters，2008，30（12）：2079-2084.

[13]姚琴，趙茂俊，張利，et al.超聲輔助雙水相提取大黃中蒽醌類成分[J].天然產物研究與開發，2018，8：1346-1353.

[14]吳少莉，黃裕，彭穎華，et al.微射流技術提取虎杖中有效成分的研究[J].現代中醫藥，2018，6：123-126.

[15]楊必成，楊義芳.超臨界流體萃取中藥及天然產物的樣品制備和預處理方法研究進展[J].中草藥，2010，41（8）：1391-1394.

[16]張振巍，李國慶，仇繼璽，et al.亞臨界水萃取技術在中藥領域的發展及應用[J]. 中醫學報，2014，29（197）：1494-1496.

[17]童勝強，顏繼忠，鐘朝康，et al.超臨界流體CO2提取虎杖中的有效成分[J].應用化工，2006，35（3）：208-209.

[18]毛銀春.大黃中蒽醌類衍生物的亞臨界水提取研究[D].西華大學，2016.

[19]黃璐琦，高偉，周雍進.合成生物學在中藥資源可持續利用研究中的應用[J].藥學學報，2014，49（1）：37-43.

[20]Izhaki I.Emodin a secondary metabolite with multiple ecological functions in higher plants[J].New Phytologist，2002，155（2）：205-217.

[21]田天麗，王嬙，王永宏，et al.虎杖的微生物發酵轉化及其發酵產物提取分離的研究[J].天然產物分離，2006，4（4）：1-4.

[22]呂平.赭曲霉發酵產大黃素及其生物合成途徑和誘發機制的研究[D].天津大學，2009.

[23]梁英，喻大昭.大黃素的化學合成及結構修飾研究進展[J].有機化學，2011，31（8）： 1324-1333.

[24]聞永舉，申秀麗，陳靈艷，et al.虎杖中大黃素甲醚脫甲基的研究[J].江蘇農業科學，2010，2：322-323.

[25]丁鎮，張德志.脫甲基制備大黃素的方法比較[J].廣東藥學院學報，2007，23（1）： 28-29.

[26]Eder R，Widmer C.Untersuchungen über Derivate des β-Methylanthrachinons. III.Mitteilung.Synthese des Frangula-Emodins[J].Helvetica Chimica Acta，1923，6（1）： 966-981.

[27]Graves G D，Adams R.TRIHYDROXY-METHYL-ANTHRAQUINONES.I[J].Journal of the American Chemical Society，1923，45（10）：2439-2455.

[28]Jacobson R A，Adams R.Trihydroxy-methylanthraquinones.III.Synthesis of emodin[J].Journal of the American Chemical Society，1924，46（5）：1312-1316.

[29]梁劍平，白衛兵，車清明，et al.金絲桃素及其衍生物的化學合成方法，2006.