丁香揮發油的化學成分與藥理作用研究進展

王 萍，汪鎮朝，劉英孟，鐘 萍，歐 文，楊 明,2，張海燕*

(1.江西中醫藥大學現代中藥制劑教育部重點實驗室，江西 南昌 330004；2.成都中醫藥大學，四川 成都 610075)

丁香為桃金娘科植物丁香EugeniacaryophyllataThunb.的干燥花蕾，屬藥食同源中藥，主產于桑給巴爾、馬達加斯加、斯里蘭卡、印度尼西亞等地，而作為全球丁香屬植物的現代分布中心，我國丁香屬植物有二十余種，主要分布在四川、云南、西藏等西南地區以及黃河流域以北各省區，主要種類有紫丁香、暴馬子丁香、白丁香、佛手丁香、小葉丁香、羽葉丁香等[1-2]。丁香入藥首見于《名醫別錄》，書中稱之為“雞舌香”，其性溫、味辛，歸脾、胃、肺、腎經，有溫中降逆、補腎助陽之功效，主治脾胃虛寒、呃逆嘔吐、食少吐瀉、心腹冷痛、腎虛陽痿等病癥[3]。丁香含有多種化學成分，其中揮發油是其主要成分，含量約為15%～20%[4]，具有抗菌消炎、解熱鎮痛、抗癌、抗氧化、抗抑郁、降糖、驅蟲、防腐、抗齲齒、壯陽等多種作用[5-7]。丁香揮發油在食品、香精香料、醫藥等行業具有多種應用，在醫療方面早已廣泛應用于牙科，以治療牙齒感染和牙齦疼痛[8]，在各種食品中用作天然防腐劑、著色劑和香料[9]，此外丁香揮發油在工業中的應用也有相關記載，如用于化妝品、香水、清潔劑等[10]。

目前關于丁香的研究進展概述較多，而對丁香揮發油的綜述報道卻較少，其中對丁香揮發油含量的影響因素主要停留在產地[11]、種類[12]、提取部位[13-14]、提取工藝[4]等方面，缺乏對提取方法方面的歸納。不少國內外學者對丁香揮發油的藥理活性[15-16]、臨床應用[17-18]、安全性[19-20]等方面進行研究，但較為分散，缺少系統的梳理。因此，本文對丁香揮發油的化學成分及藥理作用的研究現狀進行綜述，重點介紹不同提取方法對丁香揮發油化學成分的影響，以期為科學研究或工業化生產時選擇適宜的提取方法提供理論依據，此外本文還對丁香揮發油在實際應用中的問題及改進方向提出思考，為進一步研究與開發丁香揮發油的藥用價值提供參考。

1 提取方法

1.1 水蒸氣蒸餾法 水蒸氣蒸餾法是中藥揮發油的傳統提取方法，其工藝簡單，設備成本低，適合大規模生產，但提取效率低，且易造成熱不穩定成分的損失和破壞[21]。水蒸氣蒸餾法與超臨界CO2萃取法所得丁香揮發油的成分組成大致相同，但丁香酚含量有所不同，其在水蒸氣蒸餾法中含量可達到72.81%，而在超臨界CO2萃取法中含量為58.11%，這可能是由于丁香酚乙酸醋在水汽中受熱時間過長分解為丁香酚和乙酸所致[22]。丁香揮發油中活性成分的含量不同，其生物活性作用也會相應受到影響。李學進等[23]研究發現與索氏提取法相比，水蒸氣蒸餾法提取得到的丁香揮發油中抗氧化活性物質總多酚和總黃酮含量更高，其抗氧化能力也相應更為顯著。

1.2 溶劑提取法 溶劑提取法是利用有機溶劑如乙醇、乙酸乙酯、正己烷、石油醚等進行連續回流提取或冷浸、熱浸提取等，提取液蒸餾或減壓蒸餾除去溶劑即可得粗制精油[24]。徐天生等[25]以丁香酚含量作為考察指標，篩選丁香揮發油的提取工藝，結果顯示丁香酚在乙醇回流提取法中含量最高(15.94 mL/100 g)，水提法次之(9.68 mL/100 g)，超聲提取法中最少(2.47 mL/100 g)。但另有報道指出，雖然乙醇提取法與其他方法相比所得丁香揮發油的純度最高，但提取量最低，得到丁香酚的總量最少[26]，這可能因為乙醇提取法的工藝步驟較多，使得揮發油和丁香酚的損失較大，再加上提取溫度高、有溶劑殘留、回收麻煩、工業生產耗能大等問題，故認為此法不適合用于工業化生產。

1.3 超臨界CO2流體萃取法 超臨界CO2流體萃取法是以超臨界CO2為萃取劑，從混合物中萃取出目標組分的技術，由于臨界溫度和壓力相對較低，故可在溫和條件下提取不耐熱化合物[27]。Guan等[28]比較了水蒸氣蒸餾法、加氫蒸餾法、索氏法提取法和超臨界CO2流體萃取法，發現不同方法得到丁香揮發油的組成大部分是相似的，而測得化合物的濃度卻明顯不同，其中超臨界CO2流體萃取法所得化合物丁香酚、乙酸丁香酚酯和β-石竹烯總的相對含量占90%以上，丁香揮發油品質最高。謝瑩瑩等[29]用超臨界CO2流體萃取法提取丁香酚，在最佳優化工藝條件下，丁香酚得率可達到17.41%。應用超臨界CO2流體萃取法技術進行提取具有提取效率高、得油品質高、無溶劑殘留等特點，但設備價格昂貴，生產成本高，大規模應用受到限制。

1.4 超聲波輔助萃取法 超聲波輔助萃取法是利用超聲波的空化效應、機械效應和熱效應，通過破壞中藥材基質的細胞壁，達到提取細胞內容物的過程[21]。研究發現，將超聲波輔助靜態提取和超臨界CO2動態提取相結合用于丁香揮發油的提取，超聲波能量的應用有助于超臨界CO2萃取過程，提高了揮發油最終得率，并通過提高萃取率降低能耗[30]。此外，超聲波輔助超臨界CO2萃取得到丁香揮發油中丁香酚、β-石竹烯、乙酸丁香酚酯和α-葎草烯的含量比傳統的超臨界CO2流體萃取法和熱回流提取法高，并且其溫和的萃取條件也降低了能耗[31]。超聲波輔助萃取法除提取效率高、耗能少以外，還具有操作簡便、提取時間短、雜質少、利于分離純化、設備成本低等優點，因此采用超聲波輔助萃取法提取丁香揮發油具有廣闊的應用前景。

1.5 微波輔助萃取法 微波輔助萃取法已被廣泛用于中藥揮發油的提取，植物細胞吸收微波能后，細胞內部的溫度升高、壓力增大，導致細胞破裂，有效成分自由流出[24]。與常規提取法比較，微波輔助萃取法所得丁香揮發油的化學成分相似，抗氧化活性無明顯不同，但組分的含量存在顯著差異[32]。Sagar等[33]發現微波輔助蒸餾法與加氫蒸餾法相比，耗能和用水更少、提取時間更短，得到丁香揮發油的質量更高，同時還減少了二氧化碳向環境的排放。另有研究指出，與加氫蒸餾法相比，微波輔助加氫蒸餾法提取的丁香揮發油中β-石竹烯含量較高，增加了其抗炎特性，而同軸微波輔助加氫蒸餾法可獲得高濃度的含氧單萜化合物[34]。微波輔助萃取法作為一種綠色的提取方法，具有能耗低、提取時間短、提取溫度低、溶劑消耗少，且能減少對環境的污染及人體的危害等優點。

2 化學成分

丁香揮發油的主要活性成分為丁香酚(1)，占總提取成分的70%以上[35]，化學名為2-甲氧基-4-(2-丙烯基)苯酚，分子式為C10H12O2，其次是β-石竹烯(2)、乙酸丁香酚酯(3)和α-葎草烯(4)，占丁香揮發油總含量的96%以上，化學結構式見圖1。除以上4種有效成分以外，丁香揮發油中還含有異丁香酚、甲基丁香酚、2-庚酮、α-蒎烯、胡椒酚、α-衣蘭烯、水楊酸甲酯等多種成分，詳見表1。

圖1 丁香揮發油主要特征成分結構式

表1 丁香揮發油中主要化學成分

3 藥理作用

丁香揮發油主要表現出抗癌、抗抑郁、抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎、鎮痛等多種藥理作用。其中，丁香酚具有抗菌、抗癌、抗氧化等作用[40]，β-石竹烯顯示出抗炎、抗焦慮和局部麻醉等活性[41]，乙酸丁香酚酯具有保肝和抗氧化作用[42]，α-葎草烯具有抗菌和抗炎活性[43]。

3.1 抗癌 癌癥即惡性腫瘤，受長期不良生活習慣、環境污染等影響，我國癌癥發病率和死亡率呈逐年上升趨勢，嚴重威脅著人們的生命健康[44]。天然植物精油因含有單萜、倍半萜、含氧單萜、含氧倍半萜和酚類等成分而顯示出抗癌作用。研究表明，丁香酚能增加活性氧(ROS)生成，抑制核因子活化B細胞κ輕鏈增強子(NF-κB)信號通路表達，減少前列腺素合成，抑制B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)、環氧化酶-2(COX-2)表達，降低白細胞介素-1β(IL-1β)等炎癥細胞因子水平，達到抑制癌細胞增殖及促進其凋亡的作用，從而實現丁香揮發油的抗癌功效[45-47]。

丁香酚能使肺癌細胞中磷酸化蛋白激酶B(Akt)和基質金屬蛋白酶2(MMP-2)活性降低，抑制肺癌細胞活性，從而抑制其遷移和侵襲[46]。在體內及體外乳腺癌模型中，丁香揮發油均表現出抗癌活性，其機制可能與線粒體膜電位的改變有關[48]，與丁香水提取物和乙醇提取物相比，丁香揮發油對乳腺癌MCF-7細胞表現出更強的細胞毒性[49]。丁香揮發油還可抑制結腸癌細胞的生長，能上調細胞內Bax和caspase-3促凋亡蛋白表達，同時下調Bcl-2抗凋亡蛋白表達，且對正常結腸細胞無毒副作用[50]。此外，丁香揮發油對人喉表皮樣癌細胞(Hep-2)、小鼠單核巨噬細胞白血病細胞(RAW 264.7)均有顯著的細胞毒性[51]，對宮頸癌腫瘤也有抑制作用[52]。

3.2 抗抑郁 抑郁癥作為發病率逐年升高的重大疑難疾病之一，其發病機制及病因目前仍不清楚，發病過程可能與心理、社會環境等諸多因素有關[53]。中藥揮發油因具有獨特的芳香氣味、易透過血腦屏障、多靶點、不良反應少，且能緩和情緒、調節神志等特點，使芳香療法成為近年來治療抑郁癥的熱點[54]。傳統醫學認為丁香揮發油對大腦有刺激作用，可用于治療失眠、緩解焦慮和抑郁?，F代研究通過強迫游泳實驗(FST)和懸尾實驗(TST)等證實丁香揮發油具有抗抑郁活性[55]。在給予抑郁小鼠丁香揮發油霧化治療后，小鼠血清5-羥色胺(5-HT)濃度較治療前提高，證明丁香揮發油霧化治療效果較好，同時還發現芳香藥物治療抑郁癥的效果與動物嗅覺受體基因表達關系密切[56]。

3.3 抗氧化 丁香揮發油作為我國傳統的植物精油，在抗氧化、保鮮和防腐等方面具有廣泛的應用，丁香酚的抗氧化功效也早已得到學術界普遍認可[57]。與α-生育酚、丁基化羥基茴香醚(BHA)、丁基化羥基甲苯(BHT)等常用抗氧化劑比較，丁香揮發油在過氧化氫清除活性、超氧陰離子自由基清除活性、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除活性、鐵離子(Fe3+)還原能力和亞鐵離子(Fe2+)螯合活性、2,2’-連氮基-雙-(3-乙基苯并二氫噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)自由基清除活性等一系列抗氧化活性實驗中均表現出較強的抗氧化作用[58]。研究發現，丁香揮發油可用于治療和預防氧化應激誘導的2型糖尿病，其機制可能與抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性，抑制促氧化劑誘導的大鼠胰腺脂質過氧化和抗氧化活性有關[59]。Halder等[60]指出丁香揮發油可降低小鼠大腦中以谷胱甘肽和丙二醛評估的氧化應激水平，能改善東莨菪堿引起的短期和長期記憶障礙。同時有報道也證實丁香揮發油和丁香提取物在治療由氧化應激引起的記憶缺陷方面發揮重要作用[61]。

3.4 抗菌、抗病毒 中藥揮發油的化學成分主要由酚類、萜類、醛類、酮類、醚類、環氧化合物及其他多種化合物組成，揮發油及其化學成分對一系列細菌、真菌和病毒病原體具有良好的抑制作用[62]。丁香揮發油的抗菌、抗病毒作用主要歸因于丁香酚[63]。丁香揮發油及丁香酚對革蘭氏陰性菌(如大腸桿菌、沙門氏菌、銅綠假單胞菌)、革蘭氏陽性菌(如葡萄球菌、鏈球菌、單核細胞增生李斯特氏菌)、曲霉菌(如黃曲霉、寄生曲霉、赭曲霉)、青霉菌和酵母菌表現出抑制作用，其機制與抑制生物膜的合成、毒力因子編碼基因表達以及細菌的遷移粘附等有關[64]。此外，丁香揮發油不僅自身具有較強的抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)活性，還具有協同增效阿莫西林、頭孢氨芐和頭孢吡肟等β-內酰胺類抗生素抗MRSA的作用[65]。丁香酚與阿昔洛韋聯合使用時，表現出對甲型流感病毒的抗病毒活性[66]。丁香提取物通過抑制病毒DNA聚合酶對病毒DNA的合成作用，表現出抗皰疹病毒株和丙型肝炎病毒的功效[67]。

3.5 抗炎 丁香揮發油的抗炎作用主要與丁香酚有關[68]，丁香酚的抗炎活性可歸因于其對中性粒細胞、巨噬細胞趨化性的抑制，從而抑制前列腺素的合成和環氧化酶-2(COX-2)表達[69]。研究表明，較高劑量的丁香酚能降低白細胞介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白介素-6(IL-6)等炎癥細胞因子水平，且具有抑制局部和全身炎癥信號傳導途徑的能力[70]。Han等[68]研究發現0.011%丁香揮發油對人皮膚成纖維細胞表現出強大的抗增殖作用，能抑制血管內皮細胞粘附分子1(VCAM-1)、干擾素誘導的T細胞α趨化因子(I-TAC)、γ干擾素誘導蛋白10(IP-10)、γ干擾素誘導的單核因子(MIG)等炎癥生物標志物水平。此外，丁香酚還可用于治療關節炎[71]。Banerjee等[72]將丁香揮發油制成乳劑，發現其抗炎作用與雙氯芬酸凝膠和新霉素乳膏相當，認為該丁香揮發油乳劑可用于控制炎癥和傷口愈合，且能作為合成凝膠和抗生素軟膏的潛在替代品。

3.6 鎮痛 丁香揮發油主要具有外周鎮痛作用而非中樞鎮痛作用，其鎮痛機制可能與抑制COX-2引起炎癥介質釋放減少的抗炎作用有關[73]。楊冰等[74]用完全弗氏佐劑(CFA)注射大鼠足底皮膚誘致疼痛作為無菌性的可持續疼痛模型，結果表明，丁香揮發油通過抑制COX-2表達的升高來緩解疼痛，因此有望將其開發為改善慢性疼痛藥物。在口腔領域，丁香揮發油可作為暫時固定劑降低患者在牙體預備時引起牙釉質損傷疼痛[75]。李春茹等[76]采用清熱止痛中藥聯合丁香揮發油治療可復性急性牙髓炎，治療效果理想，不良反應較少，復發率較低，相關指標的改善較好，值得臨床推廣和應用。

3.7 其他 丁香揮發油還具有改善消化系統功能[77]、抗潰瘍[78]、麻醉[79]、促透皮吸收[80-81]、神經保護[82-83]、降血糖[84]、防腐保鮮[85]、驅蚊避蟲[86]等多種活性。游離丁香揮發油和含有包封丁香揮發油的固體脂質分散體在果蠅組織中顯示體外乙酰膽堿酯酶(AChE)和丁酰膽堿酯酶(BChE)抑制作用，可有效治療和控制阿爾茨海默癥、多系統萎縮等神經系統疾病[87]。丁香揮發油還具有抑制前列腺增生的作用，其機制主要與抑制5α-還原酶和抑制NADPH氧化酶有關[88]。此外，丁香酚還可防止四氯化碳引起的肝毒性[89]。

4 總結與展望

丁香為藥食同源植物，在我國廣泛分布，種類繁多。丁香揮發油作為丁香的主要藥效部位，化學成分豐富，藥理作用廣泛，具有廣闊的應用前景。在丁香揮發油的提取過程中，不同方法提取得到成分的含量和提取率有所不同，而含量的差異將會導致生物活性也相應受到影響，因此在實際應用中，應根據科研或工業化生產的具體需求，選擇合適的提取工藝。

丁香揮發油因其強大的抑菌、抗氧化和保鮮功效，被眾多國家和地區作為天然防腐劑直接應用于食品行業，減少了合成防腐劑、抗氧化劑等化學添加劑的使用，符合當今社會人們對天然安全、綠色健康的追求[90]。在醫藥行業中，丁香揮發油常作為鎮痛劑，用于治療牙科疼痛。此外，2020年版《中國藥典》四部中寫到丁香油還可作為芳香劑和矯味劑等藥用輔料使用[91]，但由于丁香揮發油存在易揮發、溶解度小的問題，導致不易貯藏和添加，從而限制了其實際應用[85]。丁香酚作為丁香揮發油的主要活性成分，具有多種藥理功效，世界衛生組織食品添加劑聯合專家委員會批準的丁香揮發油人體每日允許攝入量為2.5 mg/kg[10]。近年來，隨著中藥揮發油在防病治病應用領域的興起，丁香揮發油在抗腫瘤、抗抑郁等疾病中的治療作用也逐漸成為研究熱點。丁香揮發油具有獨特的芳香氣味，起效迅速，脂溶性強，不僅自身易透過血腦屏障，還可促進其他藥效物質的吸收[54]，但缺乏療效確切、適宜給藥的優質制劑和產品。同時，還需提高丁香揮發油的穩定性，穩定的提取質量是發揮藥理作用和臨床療效的保證，但現有的提取方式存在含量差異明顯、科研工藝與實際大生產之間嚴重脫節等問題，儲存技術也尚達到熟練。因此，在日后研究中應注意科研與生產相結合，在多學科、多水平上對丁香揮發油的藥效物質基礎和作用機制進行深入挖掘，進一步提升其質量控制、研究開發及臨床應用。