唐 毓，李 麗，周平和，王金莉

（錦州醫(yī)科大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

天然植物中黃酮類化合物的研究進展

唐 毓，李 麗*，周平和，王金莉

（錦州醫(yī)科大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

黃酮類化合物是一類重要的植物次生代謝產(chǎn)物，在天然植物的根莖葉及花果中普遍存在。迄今為止，從植物中分離出的黃酮已經(jīng)9 000余種。本文主要黃酮類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、黃酮類化合物的提取方法和黃酮類化合物的藥理作用等方面對黃酮類化合物進行綜述，為含黃酮類化合物植物藥物的提取、制劑的研制開發(fā)及臨床應(yīng)用提供參考。

黃酮類化合物；天然植物；化學(xué)結(jié)構(gòu)；提取方法；藥理作用

在過去的50年里，從自然植物中分離出2 000多種化合物。1985年以前，每年至少有100種化合物從天然植物中提取出來，而且隨著科技的進步，越來越多的天然化合物被發(fā)現(xiàn)并利用。黃酮類化合物是天然產(chǎn)物中研究得比較早和較多的一類化合物。黃酮類化合物（flavonoids），別名黃堿素，黃酮體，是一類重要的植物次生代謝產(chǎn)物，在天然植物的根莖葉及花果中普遍存在。如葛根、黃芩、陳皮、銀杏葉、紅花、白果及楊樹花和楊樹芽等均含有豐富的黃酮類化合物。迄今為止，從植物中分離出的黃酮已經(jīng)9 000余種[1-4]。盡管有大量的含黃酮的植物被人們發(fā)現(xiàn)，但是人們并沒有完全掌握它們所蘊含的的全部信息，只能對其含有的黃酮類化合物的部分結(jié)構(gòu)以及藥理作用做出合理的解釋。本文主要從黃酮類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、黃酮類化合物的提取方法和黃酮類化合物的藥理作用三個方面進行綜述，為含黃酮類化合物植物藥物的提取純化、制劑的研制開發(fā)及臨床應(yīng)用提供參考。

1 黃酮類化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)

黃酮類化合物的分子量一般較低，在植物體內(nèi)，乙酸和苯丙氨酸經(jīng)過多種反應(yīng)途徑形成1母核2-苯基色原酮。母核含有兩個相連的苯環(huán)，常被稱為苯環(huán)A和苯環(huán)B，A環(huán)和B環(huán)的中央由連續(xù)的三個碳原子相連，形成C6-C3-C6的碳元素基本骨架[5-6]。通常情況下，植物在其體內(nèi)進行修飾母核的過程，合成各種各樣結(jié)構(gòu)的黃酮類化合物。黃酮類化合物大致分為以下幾類：二氫黃酮、黃酮、黃烷醇、二氫黃酮醇、黃酮醇、異黃酮、花青素、查耳酮以及其他酮類，見圖1和圖2。這些黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能多種多樣，具有較高的研究價值[7]。

圖1 黃酮類化合物的基本骨架Fig.1 Basic skeleton of flavonoids

圖2 黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of flavonoids

2 黃酮類化合物的提取方法

為了能夠科學(xué)地研究這些天然植物當(dāng)中部分化合物的應(yīng)用，先要將其從植物當(dāng)中分離提取出來。目前國內(nèi)外最長應(yīng)用的主要的提取方法包括超聲波萃取法、微波提取法、超臨界流體提取法、壓力溶劑萃取法、脈沖電輔助提取法、酶解法等。

2.1超聲波萃取法傳統(tǒng)的提取中藥材方法一般為水提法。除此之外，超臨界流體萃取法也是很有效的提取方法，其原理是利用高溫，高壓的條件，使生物活性成分相對完整的從植物中分離出來。但是，操作過程相對繁瑣。近年來，人們發(fā)現(xiàn)超聲波也可以應(yīng)用于植物萃取的過程中，超聲波可以有效地提高植物中有效成分的提取率，而且操作過程簡單方便，現(xiàn)在越來越多的人開始使用這種新型的提取方法來提取植物中的生物活性成分[8]。

使用超聲波強化提取過程是利用超聲波的空化作用。當(dāng)超聲波穿透溶劑，進入植物細胞內(nèi)部的液體時，造成液體內(nèi)部擴張且壓力增加，這種力量呈周期性循環(huán)，持續(xù)的向外擴張的壓力使液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，當(dāng)空泡迸裂時產(chǎn)生巨大的沖擊力，加速細胞破裂。此外，超聲波所產(chǎn)生的機械效應(yīng)也可以將能量傳遞給溶劑和植物細胞，加速裂解細胞的過程，快速的釋放出并且溶解掉細胞內(nèi)的物質(zhì)[9]。

2.2微波提取微波提取法是一種有效的提取方法，它利用微波輻射來加速多種化合物從藥材中提取出來的過程。在傳統(tǒng)的提取方法的加熱過程中，只有被提取物質(zhì)表面受熱，而在微波提取過程中持續(xù)的從核心到表面進行熱量的傳遞，在物質(zhì)的內(nèi)部通過分子的摩擦力產(chǎn)生直接的加熱效果。將一個包含水分和其他極性化合物的物質(zhì)放到振蕩區(qū)域內(nèi)時，極性分子產(chǎn)生共鳴，引起內(nèi)部分子間摩擦。這種摩擦力以及大量帶電離子的相互碰撞使物質(zhì)內(nèi)部持續(xù)加熱，最終細胞破碎，結(jié)果加速化合物從細胞中溶入提取溶劑中。這種破壞細胞壁和細胞膜的提取方法在藻類生物活性化合物的提取過程中尤為適用。除此之外，機械的破壞技術(shù)有利于富含鈣和硅元素的堅硬海綿體植物的提取。這種對于樣品施加的微波能量可以用在正常大氣壓下的開放器皿中或者施加在一定壓力和溫度的密閉容器中。其次，通過應(yīng)用一定的壓力，可以加熱溶劑至高于沸點的溫度，從而加快植物中的化合物溶解至提取溶劑的過程。溶劑所含電解質(zhì)越多，分子吸收的能量越大溶劑到達提取溫度的時間越快。因此，對于微波提取法來說，極性溶劑相對于非極性溶劑是更好的選擇[10]。

2.3超臨界流體提取超臨界流體提取法是一種綠色技術(shù)，由于大部分情況下它在提取過程之后省略了濃縮的過程，對環(huán)境的污染較小。溶劑在氣體與液體轉(zhuǎn)化之間有一個臨界點（CP）。任何的溶劑都有一個CP值，通常情況下指的是臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）。試驗中使用超臨界流體提取法，將范圍限制在Pc＜P≤6Pc和Tc＜T≤1.4Tc范圍之內(nèi)[11]。使用超臨界流體技術(shù)提取自然基質(zhì)中有效化合物的效率高于傳統(tǒng)有機溶劑在正常大氣壓下的提取效率。

2.4壓力溶劑萃取法壓力溶劑萃取法是一種溫度范圍在：50～200℃之間，壓力范圍在：35～200 bar之間的提取方法。應(yīng)用高壓使溶劑溫度高于其正常的沸點，升高的溫度大大提高了溶解度和提取率并且減少溶劑的粘度和液體表面張力。因此，高溫和高壓都可以提高提取率[12]。水作為最常見的亞臨界流體的提取溶劑。除此之外，其他的溶劑，比如丙烷、乙烷、乙醚等也常被用來亞臨界流體提取技術(shù)中。使用液化的DME來作為提取溶劑是成本低廉且無環(huán)境污染的最佳選擇。由于DME可溶于水，它可以將無極性的目的提取代謝物和水從濕的基質(zhì)中同時提取出來。而且，DME在低壓條件下脫水濃縮以氣體狀態(tài)釋放出來。由于它的正常沸點很低（-24.8℃）并且它的飽和蒸汽壓在20℃是5.1 bar。DME相對于其他的提取溶劑的另一個優(yōu)點是它有抵抗自然氧化的作用。DME提取物的壓力范圍為5.1～5.9 bar，溫度為室溫。通過收集壓力容器的降壓或者通過升高溫度，DME可以從提取物中脫水濃縮出來[13]。

2.5脈沖電輔助提取脈沖電輔助提取方法可以通過粉碎細胞膜來提高提取的效率。應(yīng)用比較適中的脈沖電強度一般為0.5～1.0 Kv/cm（時間為100～10 000 μs）或者強度為1～10 Kv/cm（時間為5～100 μs）。根據(jù)外部脈沖的強度、振幅、持續(xù)的時間、數(shù)量、重復(fù)的頻率等條件的設(shè)定，可以使其在細胞膜中產(chǎn)生可逆或者不可逆的通路。不可逆的通路的形成對于從自然基質(zhì)中提取生物活性物質(zhì)的過程是極其重要的。通常情況下，在提取的過程中施加一個電場強度（0.7～3 Kv/cm）的作用，可以產(chǎn)生能量1～20 KJ/kg、上百個脈沖，持續(xù)時間少于1 s。與之相比，強度更大一些的是針對滅活微生物的脈沖強度，一般為15～20 Kv/cm，它可以產(chǎn)生40～1 000 KJ/kg的能量[14]。在完整的傳導(dǎo)和破碎的分化細胞之間的關(guān)系稱為細胞的裂解指標(biāo)Zp。如果未通過脈沖處理的電傳導(dǎo)和處理過的細胞膜的電傳導(dǎo)性相同，則Zp為0；反之，如果Zp為1，則意思是電脈沖處理下，細胞裂解的最大值。

2.6酶解法食品級的消化酶，比如：糖酶和蛋白酶，可以軟化天然植物纖維素，裂解細胞壁，從而釋放細內(nèi)的有機化合物。由于海藻類的細胞壁以及表皮是由多種化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物分子構(gòu)成的因此酶提法對于海藻類的提取過程尤為重要。在酶提法的過程中應(yīng)該主要考慮溫度、pH、酶作用物的比例、溶劑的選擇和攪拌等參數(shù)。酶提法有下列幾個優(yōu)勢：綜合環(huán)保無毒的提取方法；可以最大限度地保留細胞內(nèi)的活性成分；可以轉(zhuǎn)化不溶于水的物質(zhì)變成溶于水的物質(zhì)；成本較低[13-14]。

3 黃酮類化合物的藥理作用

3.1抗氧化作用20世紀50年代，Harman提出“自由基理論”。自由基是生物體進行新陳代謝過程中產(chǎn)生的重要產(chǎn)物，但如果機體產(chǎn)生的自由基在細胞中過度累積則加速細胞的衰老與凋亡。自由基大多具有很強的氧化性，能在生物體內(nèi)發(fā)生一系列復(fù)雜的氧化反應(yīng)，進而誘導(dǎo)諸多疾病的發(fā)生[15]。研究表明，很多藥用植物都具有清除體內(nèi)剩余自由基的功效。比如從植物中提取的黃酮類化合物就是一種毒副作用極小且純天然的抗氧化劑，其在醫(yī)藥及飼料添加劑方面的應(yīng)用十分廣泛，將中草藥類植物添加到飼料中可以起到有效的預(yù)防疾病、提高肉類品質(zhì)和生產(chǎn)性能等作用。黃酮類化合物是一類具有高抗氧化能力的低分子量化合物。它們特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)使它們通過多種機制來降低氧化過程。據(jù)報道，在體外黃酮類化合物可以作為預(yù)防性抗氧化劑和斷鏈抗氧化劑來防止低密度脂蛋白氧化[16-17]。然而，在體內(nèi)的研究也表明黃酮類化合物也可以作為間接地抗氧化劑，通過調(diào)節(jié)抗氧化防御系統(tǒng)和增強血漿中尿酸濃度。因此，由于它們在體內(nèi)的新陳代謝，黃酮類化合物產(chǎn)生大量的簡單的酚酸類物質(zhì)，有著顯著的影響清除自由基和增強其他抗氧化劑的作用。

3.2抗菌作用現(xiàn)代社會，由于人們對抗生素的使用越來越多，隨之而來也產(chǎn)生了一定負面的作用，最大的問題就是細菌的耐藥性問題。因此當(dāng)務(wù)之急是研發(fā)新的抗生素可以用來對抗這些病原體。一些研究顯示黃酮類化合物具有抗菌活性，黃酮類化合物可以直接抑制或殺滅一些傳染性微生物或者結(jié)合其他抗生素產(chǎn)生協(xié)同抗菌關(guān)系，又或者可以對抗細菌毒性因子或毒素的病原體[18]。

3.3抗腫瘤作用黃酮類化合物是潛在的抗癌藥物，近年來，黃酮類化合物及其類似物經(jīng)調(diào)查顯示可以治療卵巢癌、乳腺癌、宮頸癌、前列腺癌以及胰腺癌等[19]。黃酮類化合物可以調(diào)節(jié)一些與癌癥的發(fā)生密切相關(guān)的蛋白的作用，可以影響細胞的分裂周期和凋亡時間，并且可以調(diào)節(jié)癌癥細胞的生物信號通路。

3.4對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用經(jīng)研究表明，植物提取物富含多酚和黃酮類化合物，可以用于治療神經(jīng)系統(tǒng)的相關(guān)疾病，這些作用與其可以增強腦神經(jīng)營養(yǎng)因子的作用是密不可分的[20]。據(jù)報道，藍莓提取物可以作用于海馬體，使大鼠BDNF水平升高并且明顯地改善其空間記憶能力。隨著研究的深入人們發(fā)現(xiàn)，既然黃酮類化合物可以升高動物海馬BDNF水平，那么可以將其應(yīng)用到治療抑郁癥的臨床范疇。目前通過研究證實了黃酮類化合物可以作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，但是對于它對體內(nèi)靶細胞的作用研究尚淺。此外，黃酮類化合物對人類和動物的大腦功能可以起到一定的保護作用。Isadora Matias等研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物對神經(jīng)膠質(zhì)細胞具有顯著的影響。膠質(zhì)細胞，尤其是星形膠質(zhì)細胞，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中營養(yǎng)因子的主要來源，并且在神經(jīng)元的存活和突觸的形成以及功能等方面可以起到很大的作用。有試驗發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物可以作用于星形膠質(zhì)細胞，進而影響大腦的相關(guān)功能。因此，黃酮類化合物可以應(yīng)用于受創(chuàng)傷的中樞神經(jīng)系統(tǒng)治療中[21-22]。

3.5黃酮類化合物的調(diào)脂作用以往的研究表明，攝入過多的熱量可導(dǎo)致多種慢性疾病，如Ⅱ型糖尿病、肥胖、高血脂癥和心血管疾病。其中，高血脂癥和糖尿病并發(fā)癥是最常見的。高血脂癥能加劇動脈粥樣硬化（AS）和冠狀動脈粥樣硬化性心臟?。–HD）的形成。糖尿病是一種由多種原因引起的代謝性疾病，特點是慢性高血糖和干擾糖類、脂類和蛋白質(zhì)的代謝。胰島素分泌不足，對糖尿病患者形成長期的損害以及各器官的衰竭。迄今為止，5%的世界人口患有此病，糖尿病患者的患病率每年都在持續(xù)增長，預(yù)計到2025年糖尿病患者總數(shù)將達到3億之多[23]。經(jīng)研究證實，從植物中分離出的黃酮類化合物對于調(diào)節(jié)血脂具有明顯的作用并且具有較高的安全性。α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶是兩種重要的糖類水解酶，這些酶的抑制作用可以延緩糖類的消化能力和時間，進而導(dǎo)致葡萄糖的吸收率降低。因此，抑制餐后血糖上升可能是控制糖尿病最有效的方法之一。Song Liu經(jīng)試驗研究發(fā)現(xiàn)，從荷葉中分離出的黃酮類化合物是α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶和脂肪酶的有效抑制劑，因此，黃酮類化合物可以有效抑制血糖的升高，從而控制糖尿病。針對造高血脂癥模型的試驗大鼠研究發(fā)現(xiàn)，荷葉中的黃酮類化合物具有較強的降低血脂的作用。這一作用是通過調(diào)節(jié)血液中的低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）、高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）、血清三酰甘油等血脂的含量來實現(xiàn)。

[1]劉長龍，雷慧，趙其秀，等.楊樹芽提取物清除DPPH自由基的作用[J].安徽醫(yī)藥，2013，17（7）：1091-1093.

[2]何俊慶，元英修，劉雙平.楊樹花的飼用及藥用價值[J].中國畜牧獸醫(yī)，2011，38（6）：243-246.

[3]許二學(xué).楊樹花及其提取物在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013，7：297-300.

[4]周麗芬.楊樹花的藥理作用及其應(yīng)用[J].北方牧業(yè)，2013，5：30.

[5]郭軍，凌和平，李良俊，等.園藝作物黃酮類化合物研究進展[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2011，27（2）：430-436.

[6]胡云霞，樊金玲，武濤.黃酮類化合物分類和生物活性機理[J].棗莊學(xué)院學(xué)報，2014，31（2）：72-78.

[7]Gao Li,Mian Zu,Wu Song,et al.3D QSAR and docking study of flavone derivatives as potent inhibitors of influenza H1N1 virus neuraminidase[J]. Bioorganic Medicinal Letters, 2011,21(19):5964-5970.

[8]汪春軍，陳紅艷，宋可珂.植物黃酮類化合物的提取分離研究進展[J].廣東化工，2011，6（38）：91-92.

[9]Renata Vardanega,Diego T,Santos,M.et al. Meireles. Intensification of bioactive compounds extraction from medicinal plants using ultrasonic irradiation[J]. Pharmacognosy Review,2014,8(16):88-95.

[10]Balasubramanian S,Allen JD,Kanitkar A,et al. Oil extraction from Scenedesmus obliquus using a continuous microwave system-Design,optimization,and quality characterization[J]. Bioresource Technology, 2010,102(3):3396-3403.

[11]Rui LM,Nobre BP,Cardoso MT,et al.Supercritical carbon dioxide extraction of compounds with pharmaceutical importancefrom microalgae[J]. Inorganica Chimica Acta, 2003,356(3):328-334.

[12]Herrero M,Castro-Puyana M,Mendiola JA,et al.Compressed fluids for the extraction of bioactive compounds[J].Trac Trends in Analytical Chemistry,2013,43(2):67-83.

[13]LiP,MakinoH.LiquefiedDimethylEther: An Energy-Saving, Green Extraction Solvent [J]. Springer Berlin Heidelberg, 2014: 91-106.

[14] Zbinden MDA, Sturm BSM, Nord RD, et al. Pulsed electric field(PEF)as an intensifi-cation pretreatment for greener solvent lipidextraction from microalgae[J]. Biotechnology & Bioengineering, 2013, 110(6): 1605-1615.

[15] D. Harman. Aging: a theory based on free radical andradiation chemistry[J]. Gerontology,1956,11(3):298-300.

[16] Hassan H M M. Hepatoprotective effect of red grape seed extracts against ethanol-induced cytotoxicity[J]. Global Journal of Biotechnology & Biochemistry, 2012, 7: 30-37.

[17]朱宇旌，李艷，于治姣，等.酸模葉蓼類黃酮對小鼠生長、免疫和抗氧化性能的影響[J].現(xiàn)代畜牧獸醫(yī)，2015，2：1-7.

[18]Bahrin LG,Apostu MO,Birsa LM,et al.The antibacterial properties of sulfur containing flavonoids[J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2014,24(10):2315-2318.

[19] Jeong YS, Hong JH, Cho KH, et al. Grape skin extract reduces adipogenesis-and lipogenesis-related gene expression in 3T3-L1 adipocytes through the peroxisome proliferator-activatedreceptor-γ signalingpathway [J]. Nutrition Research, 2012, 32(7): 514-521.

[20]Rendeiro C,Vauzour D,Kean RJ,et al.Blueberry supplementation induces spatial memory improvements and region-specific regulation of hippocampal BDNF mRNA expression in young rats[J].Psychopharmacology,2012,223 (3):319-30.

[21]D Franciele,DG Marcelo Gomes,ATR Goes,et al. Hesperidin exerts antidepressant-like effects in acute and chronic treatments in mice: possible role of l-arginine-NO-cGMP pathway and BDNF levels[J].Brain Research Bulletin,2014,104:19-26.

[22]I Matias,AS Buosi,FCA Gomes.Functions of flavonoids in the central nervous system: astrocytes as targets for natural compounds [J].Neurochemistry International,2016,13 (3):226-232.

[23]Bailey CJ,Day C.Avandamet:combined metformin-rosiglitazone treatment for insulin resistance in type 2 diabetes[J]. Clinical Practice,2004,58(9):867-876.

Research Progress of Flavonoids Compounds in Natural Plants

Tang Yu,Li Li*,Zhou Pinghe,Wang Jinli
(Medical University of Jinzhou,Liaoning Jinzhou 121001)

Flavonoid compounds is a kind of important plant secondary metabolites,it exists in the rhizome and leaf and fruit in natural plant.So far,more than 9000 kinds of flavonoids have been isolated from plants.The chemical structure,extraction methods and pharmacological effects of flavonoids are described in this review,the main purpose is to provide reference on extraction of plant medicines containing flavonoids,research and development of pharmaceutical preparations and clinical application.

Flavonoids compounds;Natural plant;Chemical structure;Extraction method;Pharmacological action

S828.5

：A

1672-9692(2016)05-0045-06

2016-04-09

唐毓，女，動物醫(yī)學(xué)專業(yè)在讀。

李麗（1967-），女，黑龍江哈爾濱人，教授，碩士，主要從事獸醫(yī)藥理毒理與新獸藥研發(fā)方面的研究。

2014年遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃資助項目（201410160038）。