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(yīng)用前景。本文根據(jù)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(yè)化生產(chǎn)提供借鑒意義。

關(guān)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(yīng)用到腸道、腎臟、心血管及胰腺等器官相關(guān)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?；谶@種現(xiàn)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(jié)了目前大黃素的來源，期望為相大黃素的工業(yè)化生產(chǎn)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(yīng)用不同的提取分離方法與技術(shù)可顯著影響其提純的效果，因此改善提取工藝與加工技術(shù)也是目前研究的重點方向。

1.1 溶劑萃取法

大黃素傳統(tǒng)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(yōu)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(yōu)化條件后大黃素提取率可高達0.79%。但采用傳統(tǒng)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(huán)境造成一定損害，因此許多新的工藝及技術(shù)已經(jīng)逐漸開發(fā)替代傳統(tǒng)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(guī)方式難以破壞植物細胞壁，導(dǎo)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(nèi)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(yīng)、熱效應(yīng)、機械效應(yīng)以及空化效應(yīng)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(nèi)部進行加熱。微射流技術(shù)[9]借助微射流發(fā)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(fā)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(huán)境污染小等眾多優(yōu)勢。高等發(fā)現(xiàn)，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(xié)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(chǎn)率高達1.26%[11]。微波輔助的（NH4）2SO4 /乙醇雙相體系被應(yīng)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(fā)現(xiàn)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(tài)的物質(zhì)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(shù)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(xiàn)連續(xù)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(huán)境友好等眾多優(yōu)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(yōu)提取條件下大黃素的提取率為0.36%[17]。毛等發(fā)現(xiàn)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]?？梢娕R界流體在大黃素的提取中具有潛在應(yīng)用前景。

2 生物合成

合成生物學(xué)的發(fā)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(yǎng)，利用微生物產(chǎn)生的特定催化酶對中藥中的活性成分進行轉(zhuǎn)化，為中藥的開發(fā)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(chǎn)物，在青霉菌屬、黃絲曲霉屬及曲霉屬的代謝物中均有發(fā)現(xiàn)[20]。田等發(fā)現(xiàn)將虎杖與一株產(chǎn)生β-葡萄糖苷酶的根霉菌株T-34共發(fā)酵，其能將虎杖中大黃素β-葡萄糖苷的糖苷鍵水解，優(yōu)化發(fā)酵及提取條件后，可使大黃素產(chǎn)率提高至2.25%[21]。杜等偶然發(fā)現(xiàn)赭曲霉（Aspergillus Ochraceus）可以大量產(chǎn)生大黃素，通過離子注入誘變高產(chǎn)菌株，并進一步優(yōu)化其發(fā)酵過程，但大黃素在發(fā)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(fā)現(xiàn)，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(yǎng)開發(fā)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(xué)的發(fā)展，化學(xué)家也在一直探索使用有機合成的方法來構(gòu)建大黃素[23]。但目前現(xiàn)有的合成路線仍然存在產(chǎn)率較低、路線復(fù)雜等各種缺點，簡便高產(chǎn)的合成路線仍有待開發(fā)。

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(zhuǎn)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(jīng)過兩次Friedel-C rafts反應(yīng)構(gòu)建蒽醌主體，并采用硝基還原，重氮化等四步反應(yīng)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(jīng)Friedel -Crafts反應(yīng)與間甲酚構(gòu)建酮基，后經(jīng)分子內(nèi)傅克反應(yīng)作為關(guān)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(fù)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(yīng)合成，如Fig.2所示，以7.7%收率合成了大黃素，反應(yīng)路線簡潔，但反應(yīng)收率較低，不適合工業(yè)大量生產(chǎn)。

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(yīng)用前景，發(fā)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(nèi)純品大黃素仍較為短缺。本文首先總結(jié)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(tǒng)中藥中提取分離的產(chǎn)率相對較低，有機合成也存在產(chǎn)率低、路線復(fù)雜等相關(guān)問題，生物合成在大黃素的生產(chǎn)上展現(xiàn)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(zhàn)，因此高效的大黃素生產(chǎn)路線仍有待開發(fā)研究。

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