丁香揮發化學成分與藥理活性研究進展

湯逸飛，張 婷，陳 誠，王經緯，丁美紅*

(1.浙江中醫藥大學，浙江 杭州 310053，2.嘉興市農業綜合檢驗檢測中心，浙江 嘉興 314050)

丁香揮發成分源于桃金娘科植物丁香(EugeniacaryophyllataThunb.，又稱SyzigiumaromaticumLinn.等)，該品種目前在國內僅海南和云南等省有少量種植記錄，大宗原料以國外進口為主。我國的丁香藥用歷史可追溯到清代趙學敏編著的《本草綱目拾遺》，書中載明丁香揮發成分具有“治胃寒痛脹、呃逆、吐瀉、痹痛，疝痛，口臭，牙痛”等功效。雖然我國藥典收載的丁香揮發成分提取物明確用丁香的干燥花蕾作為原料，但是丁香果實和葉在國際貿易中仍較為常見。本研究通過查閱國內外相關研究資料，首次對丁香揮發化學成分藥理功能等進行了系統性概述，為合理開發和利用丁香“藥輔合一”作用，為中醫藥“通行向導之使”，研究其攜藥入轉運動力學作為中醫藥穴位給藥機制的關鍵提供了科學依據。目前，丁香揮發化學成分分析和研究主要包括丁香酚(1)、乙酸丁香酚酯(3)、丁香烯(14)等化合物30余種，現詳述如下。

1 丁香揮發化學成分

1.1 芳香族類化合物

丁香揮發成分中芳香族化合物以丁香酚(1)、異丁香酚(2)和乙酸丁香酚酯(3)為代表。丁香酚(1)是丁香主要的非特有揮發成分[1]，約占75.0%～88.0%。而一些丁香酚(1)含量低于70%，可能與采用丁香果實和葉原料有關。根據大鼠大劑量試驗，丁香酚(1)發揮作用半衰期較短，能夠在體內迅速消除，代謝物主要是在尿液中。代謝的主要途徑是丁香酚的游離羥基與葡萄糖醛酸或硫酸鹽的結合，其他代謝途徑包括去甲氧基化和烯丙基雙鍵的還原[2]。丁香中本身不存在異丁香酚(2)，但丁香大劑量揮發可能造成丁香酚(1)異構形成異丁香酚(2)的現象[3]，應避免大量產生皮膚刺激性更大的順式-異丁香酚[4]。

此外，乙酸丁香酚酯(3)是丁香揮發成分的重要組成部分之一[1]。其他芳香族類化合物，包括惕各酸芐酯(4)、肉桂酸乙酯(5)、2-苯乙酸乙酯(6)、苯甲酸乙酯(7)、乙酸芐酯(8)、薄荷基苯甲酸酯(9)、薄荷基丁香酚(10)、肉桂醛(11)、反式茴香烯(12)和苯甲醇(13)也均能檢出，但含量均小于0.1%[4]，而這些常見香味物質少量存在，并不會影響丁香揮發成分品質，甚至可以降低丁香酚(1)的潛在高劑量刺激性[2]。部分常見丁香揮發成分中芳香族類化合物的結構式見圖1。

圖1 部分常見丁香揮發成分中芳香族類化合物結構式

1.2 倍半萜類化合物

丁香揮發成分中倍半萜類化合物主要分為丁香烯類、葎草烯類和薄荷基類。丁香烯類屬于丁香烷型倍半萜，主要以丁香烯(14)和氧化丁香烯(15)為代表。丁香烯(14)約占正品丁香揮發成分的5.0%～14.0%，為主要的鑒別成分之一[1]。雖然氧化丁香烯(15)本身在丁香揮發成分中占比很小(0.1%～1.41%)[5-6]，但是丁香烯(14)暴露在空氣中數周后會超半數氧化生成氧化丁香烯(15)。雖然氧化丁香烯(15)也有獨特的藥理活性，但已經被證明對皮膚刺激性較大，容易產生皮膚過敏，因此應盡量避免丁香揮發成分暴露在空氣中[7]。

葎草烯類屬于葎草烷型倍半萜，約占正品丁香揮發成分的0.6%～2.1%[5-8]，由α-葎草烯(16)、葎草烯醇(17)和氧化葎草烯(18)組成，主要以α-葎草烯(16)為研究熱點。α-葎草烯(16)有天然的11元單環萜烯，具有3個分離的E-構型雙鍵，對正常細胞毒性相較于丁香酚(1)和丁香烯(14)要小[9]。

薄荷基類是帶有一個薄荷基類的倍半萜，約占正品丁香揮發成分的0.2%[5]，以菖蒲烯(19)和去二氫菖蒲烯(20)研究較多。其他薄荷基類包括α-紫穗槐烯(21)、γ-杜松烯(22)、α-蓽澄茄油烯(23)、古巴烯(24)和α-依蘭油烯(25)。這些物質可調和丁香揮發成分的香味，使得其更加獨特。部分常見丁香揮發成分中倍半萜類化合物的結構式見圖2。

圖2 部分常見丁香揮發成分中倍半萜類化合物的結構式

1.3 二萜和單萜類化合物

丁香揮發成分中二萜僅發現有薄荷基胡椒酚(26)的存在，單萜類化合物包括芳樟醇(27)、香芹酮(28)和α-乙酸松油酯(29)其含量發現均小于0.1%[5]，這和丁香揮發成分的性質和制取工藝有關，這些物質除芳樟醇(27)已研究證明有獨特的生物活性，可調和丁香揮發成分的香味。部分常見丁香揮發成分中二萜和單萜類化合物的結構式見圖3。

圖3 部分常見丁香揮發成分中二萜和單萜類化合物的結構式

1.4 酮、酯和醇類化合物

丁香揮發成分中酮、酯和醇類化合物都具有一定水果香味，2-庚酮(30)約占0.9%，己酸乙酯在丁香揮發成分中約占0.7%，其他微量物質(<0.1%)包括2-十一烷酮、2-壬酮、辛酸薄荷酯、辛酸乙酯、2-壬醇和2-庚醇等[5]。

2 藥理活性

2.1 抗氧化

許多天然抗氧化劑都為酚類結構，丁香揮發成分中存在大量的丁香酚(1)，抗氧化效果更為明顯。丁香酚可以參與光化學反應并展示強大的抗氧化活性，可以通過多種機制清除自由基和螯合金屬離子。另外，α-葎草烯(16)可防止由于產生化合物活性氧(ROS)引起的氧化應激，從而保護細胞免受損傷[9]。

2.2 抑制細菌

離體實驗證明丁香揮發成分對大腸桿菌(Escherichia coli)、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)[10]、變形鏈球菌(Streptococcus mutans)[11]、偶發分枝桿菌(Mycobacterium fortuitum)、普通變形桿菌(Proteus vulgaris)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella Pneumoniae)、粘質沙雷氏菌(Serratia marcescens)和乙型副傷寒沙門氏菌(Salmonella type B)[12]有很好的抑菌效果，甚至在抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌體外活性方面表現突出[13]。大鼠實驗證明丁香揮發成分能夠抑制大鼠胃中的細菌菌群[14]，而且研究也發現其抑菌活性成分主要是丁香酚(1)，該成分對鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhimurium)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和副溶血性弧菌(Vibrio parahemolyticus)都有很好的抑制作用[15]。另外，丁香揮發成分中丁香烯(14)、α-葎草烯(16)[16]和芳樟醇(27)[17]等成分均有一定的抑菌效果，可能在丁香揮發成分抑制細菌時起到協同作用。

2.3 抑制真菌

一些真菌菌種對丁香揮發成分中的丁香酚(1)具有敏感性，這些真菌包括白色念珠菌(Candida albicans)[12，18]、新型隱球菌(Cryptococcus neoformans)[18]、新月彎孢菌(Culvularia lunata)、少根根霉(Rhizopus arrhizus)、黑根霉(Rhizopus nigricans)和總狀共頭霉(Syncephalastrum racemosum)[19]。另外，丁香酚(1)對曲霉屬(Aspergillus spp.)[19-22]、青霉屬(Penicillium spp.)[19，21]、鐮刀菌屬(Fusarium spp.)[19，21]、枝孢屬(Cladosporium sp.)[19]和炭疽菌屬(Colletotrichum sp.)[19]菌群普遍有抑制作用。

2.4 抗病毒

研究發現丁香烯(14)有抗1型單純皰疹病毒活性作用，并且有研究表明，像丁香酚(1)、異丁香酚(2)和乙酸丁香酚酯(3)這些存在苯丙烷基團和像丁香烯(14)和α-葎草烯(16)這樣的倍半萜可能有助于丁香揮發成分的抗病毒活性[23]。

2.5 局部麻醉和止痛

丁香揮發成分對斑馬魚[24]、加州黃尾魚[25]和錦鯉[26]等小個體動物有明顯麻醉作用，丁香酚(1)、丁香烯(14)和芳樟醇(27)[17]在其中起著關鍵性作用。丁香酚(1)是低濃度的膜穩定藥物，對人體有局部麻醉作用：可逆的激活蛋白(CAP)抑制作用，閾值增加，高頻抑制和靜息膜電位無反應藥物的肌肉[27]。盡管血管組織長時間暴露于丁香酚(1)水溶液中看起來會抑制細胞功能，但可能有助于藥物的鎮靜劑在使用期間產生止痛藥效果[28]。丁香烯(14)在(10-4～1 μg/mL)兔結膜反射試驗中表現局部麻醉效果，但氧化丁香烯(15)證明沒有效果[29]。在神經性疼痛的小鼠模型中，注射丁香烯(14)可以通過激活外周大麻素(CB)2受體拮抗劑產生抗異常性疼痛[30]。

2.6 肌肉松弛和抗驚厥

丁香揮發成分中丁香酚(1)的水溶液能夠抑制血管收縮反應，對離體灌注在兔耳中央動脈中的外源去甲腎上腺素、組胺和動脈周圍交感神經刺激有抑制作用。丁香酚(1)可以抑制平滑肌收縮，其原理類似于局部麻醉，起到抗驚厥作用[28]。

2.7 清熱

丁香揮發成分中丁香酚(1)可以減輕發燒，與常見清熱藥物乙酰氨基酚的作用相似，可抑制下丘腦調節中樞，通過神經調節引起外周血管擴張、出汗而發揮解熱的作用[28，31]。

2.8 抑制炎癥細胞因子

丁香揮發成分中丁香烯(14)和α-葎草烯(16)可有效降低血小板活化因子，能夠減少由組胺注射引起的水腫，在很大程度上抑制了給大鼠注射角叉菜膠引起的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的產生；而丁香烯(14)對白介素-8(IL-8)和α-葎草烯(16)對白介素-1β(IL-1β)的抑制作用也非常明顯。此外，通過將地塞米松用作陽性對照藥物的口服試驗發現，丁香烯(14)和α-葎草烯(16)可降低前列腺素E2(PGE2)的產生，并誘導性一氧化氮合酶(iNOS)和環氧合酶(COX-2)的表達。因此，丁香揮發成分可抑制緩激肽、血小板活化因子、組胺、白介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和前列腺素E2(PGE2)等不同的炎癥介質，可能通過抑制轉錄因子如核因子-κB(NF-κB)的活化來抑制炎癥蛋白的表達[32-35]。

2.9 抑制腫瘤細胞

丁香揮發成分中丁香烯(14)、氧化丁香烯(15)、α-葎草烯(16)和菖蒲烯(19)對腫瘤細胞的抑制作用已被實驗證實。丁香烯(14)通過誘導鈣黃綠素的細胞內蓄積這樣的不同作用機制促進藥物蓄積，促進常見抑制腫瘤細胞藥物紫杉醇通過細胞膜，增強紫杉醇對人乳腺癌細胞(MCF-7)和人結腸腺癌細胞(DLD-1)的抗癌活性[36]。

氧化丁香烯(15)不僅抑制磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)/激酶(S6K1)信號級聯的組成性激活；而且還導致腫瘤細胞中細胞外調節蛋白激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38 MAP激酶(p38 MAPK)的激活。氧化丁香烯(15)可以干擾參與腫瘤發生的上述多個信號級聯反應，可作為預防和治療癌癥的潛在治療候選藥物[37]。

另外，α-葎草烯(16)有在體外和體內抑制蛋白激酶B(Akt)，降低肝細胞癌(HCC)增殖和增強肝細胞癌(HCC)凋亡誘導的能力[38]。菖蒲烯(19)可用于基于樹突細胞的免疫療法治療癌癥[39]。

2.10 治療心理疾病

丁香揮發成分的獨特香味對各種動物包括人類都具有引誘效果，再加上由于丁香揮發成分的主要成分丁香酚(1)對神經傳遞具有的阻斷作用，目前丁香揮發成分已開始用于手掌多汗癥等心理疾病的治療[40]。

3 結語

丁香揮發成分香味獨特誘人，化學成分脂溶性好、揮發性強，具備抗氧化、抑菌、抗病毒、局部麻醉、止痛、肌肉松弛、抗驚厥、清熱、消炎、預防和治療癌癥等藥理活性，可以協同配合其他藥物或直接發揮藥效。但這些特點并不是丁香揮發成分所有有效活性成分都能體現或協同體現的，因此，在丁香揮發成分的實際應用上應注意以下3點：①應對丁香揮發成分的使用劑量進行嚴格控制。丁香揮發成分的抑制和增強作用似乎有劑量依賴性，例如丁香揮發成分對小鼠免疫應答的調節，其中觀察到了劑量-反應關系的倒置，代表了一種非典型的多相反應[41]。這也說明丁香揮發成分的有效性與劑量有關，也與各有效活性成分的協同有關。不過在丁香揮發成分作為藥輔材料的應用過程中，不能一味地加大劑量或濃度，不然可能會造成對機體的毒害作用。②應進一步調和丁香揮發成分的毒害作用。有研究表明，丁香酚(1)大劑量給藥會對肝臟產生不利影響，對胃黏膜細胞有刺激性作用，胃表皮細胞會受到機械損傷而脫落。也有研究證明谷胱甘肽對丁香揮發成分中的丁香酚(1)過敏，因此，細胞內谷胱甘肽水平在調和丁香酚(1)的毒性方面具有重要意義[42]。③應控制丁香揮發成分的原料來源和儲存環境。加大對順式-異丁香酚[4]和氧化丁香烯(15)[7]等過敏成分的檢測力度，以保證丁香揮發成分的使用安全，可以考慮分離或提純丁香揮發成分的各種有效活性成分。

總之，丁香揮發成分具備開發應用的潛力，但其協同配合其他藥物或直接發揮藥效的機制還有待進一步研究。