酚羟基与硝酸汞的反应_酚羟基氧化产物_酚羟基

“桑黄”原指生长于桑树上的一种真菌,因其子实体呈黄色而得名。桑黄最早以“桑耳”记载于《神农百草经》,至唐代《药性论》首次出现“桑黄”二字。作为物种名称,药材“桑黄”的来源物种曾经存在争议,火木层孔菌Phellinus igniarius (L.: Fr.) Quél.、暴马桑黄Sanghuangporus baumii (Pilát) L.W. Zhou & Y. C. Dai、裂蹄木层孔菌P. linteus (Berk. et Cart.) Teng及粗毛纤孔菌Inonotus hispidus (Bull.) P. Karst.等都被作为药材桑黄的来源而进行广泛深入的研究[1-2]。随着系统发育分类研究的深入,2016年确立了桑黄孔菌属Sanghuangporus Sheng H. Wu, L. W. Zhou & Y. C. Dai归属为真菌界(Fungi)担子菌门(Basidiomycota)锈革菌科(Hymenochaetaceae)。

桑黄孔菌属与木层孔菌属或纤孔菌属在菌丝系统和担孢子等方面存在显著的差别,目前包含桑树桑黄S. sanghuang (Sheng H. Wu, T. Hatt. & Y. C. Dai) Sheng H. Wu, L.W. Zhou & Y. C. Dai、小孔忍冬桑黄S. lonicericola (Parmasto) L.W. Zhou & Y. C. Dai等16个物种,我国发现有11种[3-4]。桑黄孔菌属确立以后,有学者认为,桑黄孔菌属中的桑树桑黄是药材“桑黄”的真正的来源[5]。考虑到火木层孔菌、裂蹄木层孔菌等物种在化学成分及药理作用方面与桑树桑黄极为相似,并且生药研究中有“同源同功”的惯例,“桑黄”作为药材名称时,可以不局限于系统发育分类的桑黄孔菌属。因此本文所指的“桑黄”不仅包含桑黄孔菌属的部分物种,还包含木层孔菌属及纤孔菌属中常被用作药材“桑黄”的裂蹄木层孔菌、松木层孔菌P. pini(Fr.) Quél.、粗毛纤孔菌等多个物种。

当前,已从桑黄中鉴定出甾体类、多糖类、黄酮类、香豆素类、酚类等100多种天然产物,其中黄酮和苯乙烯α-吡喃酮等酚类化合物的种类最多且药理活性较广。桑黄中的酚类物质通常以含水乙醇进行提取,具有抗氧化、抗肿瘤、调节免疫等多种药理作用。本文旨在对桑黄中酚类物质的化学结构、提取纯化方法及药理作用进行综述,为桑黄的进一步研究开发提供依据。

1 桑黄中酚类化合物的化学结构1.1 黄酮类

桑黄中发现的黄酮类化合物种类有26种,除芦丁(26)以外,其余均为苷元。结构类型以二氢黄酮(醇)为主(二氢黄酮12种、二氢黄酮醇5种),另外还有5种黄酮醇类化合物,其化学结构见图1。桑黄中黄酮类化合物的典型取代位置为C-5、C-7、C-4′,有23种黄酮类化合物在这3个位置有羟基或甲氧基取代,其中有7种化合物中还同时存在C-3′位羟基取代。羟苯甲基也是桑黄黄酮中常见的取代基团,有9种黄酮类化合物中存在此取代基(除F5为对-羟苯甲基之外,其余均为邻-羟苯甲基),一般在二氢黄酮(醇)的C-6或C-8取代,且有2种化合物中为C-6、C-8位双取代。暴马桑黄、杨树桑黄S. vaninii (Ljub.) L.W. Zhou & Y. C. Dai、火木层孔菌及裂蹄木层孔菌等常用物种中均发现了羟苯甲基取代的二氢黄酮(醇),因此这类物质可被视为桑黄黄酮的特征性成分。

酚羟基_酚羟基氧化产物_酚羟基与硝酸汞的反应

1.2 苯乙烯α-吡喃酮类

苯乙烯α-吡喃酮类化合物的母核为苯乙烯基连接α-吡喃酮环的6位碳,其中的双键为反式结构。这一共轭结构与黄酮母核中A环C环结构极为相似,因此决定了其与黄酮类化合物相似的光谱学性质和生物活性。目前在桑黄中鉴定的苯乙烯α-吡喃酮类化合物有35种。此类化合物苯环的3、4位通常有酚羟基或邻二酚羟基取代(图2),根据取代基及分子结构复杂性的不同,又可分为3类:最简单的是支链取代吡喃酮,通常在其α-吡喃酮的3~5位上有支链取代基;吡喃酮环上4位的羟基与3位的支链环合可形成呋喃骈吡喃或吡喃骈吡喃的骈合双氧杂环结构;苯乙烯α-吡喃酮结构还可发生聚合形成二聚或多聚体。

酚羟基与硝酸汞的反应_酚羟基氧化产物_酚羟基

1.3 苯丙素类

苯丙素是指含有1个或多个C6-C3单元的天然化合物。桑黄中发现的苯丙素主要是香豆素类化合物,其C3单元末端的羧基与苯环上的邻位羟基酯化形成了苯骈α-吡喃酮结构,其苯环上常有酚羟基取代。除了香豆素类化合物以外,还有2种苯丙酸类和1种木脂素类化合物(图3)。除了从裂蹄木层孔菌的培养液中得到的phelliusin A(65)以外,桑黄中的其他苯丙素均是常见的天然产物。

酚羟基与硝酸汞的反应_酚羟基_酚羟基氧化产物

1.4 异香豆素类

与香豆素类似,异香豆素的基本母核也是苯骈α-吡喃酮,但二者的骈合位置不同。异香豆素苯环上的稀醇基与其邻位的羧基酯化而形成α-吡喃酮,因此其结构中并不存在完整的C6-C3结构。目前桑黄中发现的该类化合物共有9个,其结构特征明显,苯环上均为邻二酚羟基取代,且取代位置相同;α-吡喃酮环在通过3、4位与苯环骈合的同时,还会通过其5、6位与另一α-吡喃酮环的3、4位骈合从而组成3环结构;远离苯环的吡喃酮环的6位均有取代基,且除了phelligridin A和J(66、67)之外,其余7种化合物均为苯乙烯(C6-C2)取代基,这使得苯乙烯α-吡喃酮成为桑黄化学成分中最常见的母核结构。

1.5 其他酚类化合物

桑黄中的其他酚类化合物主要是一些简单酚类及鞣质,按照酚环取代基的不同可以分为链取代酚(酚环上的取代基为碳链,75~89)、杂环取代酚(酚环的取代基中含有杂环,90~98)、骈合酚(酚环与其他环状结构骈合,99~103)3种类型。其中的苯乙烯γ-吡喃酮环和苯乙烯-七元氧杂酮环等结构具有一定的特征性。

综上,桑黄中含有苯乙烯α-吡喃酮、黄酮、苯丙素、异香豆素等一百多种酚类化合物。在这些天然产物中,苯乙烯结构单元和吡喃酮(包括α-型和γ-型)结构单元广泛存在,是桑黄中化学成分最显著的结构特征,可以从化学分类学的角度为桑黄及其近缘物种的分类及鉴定提供理论基础。

2 桑黄中酚类化合物的提取分离

桑黄中的酚类化合物在含水乙醇中具有较高的溶解度,因此多数文献选择含水乙醇作为提取溶剂,并将提取物笼统地称为“黄酮”或“多酚”。虽然黄酮也可被视作一类特殊的“多酚”,但桑黄的含水乙醇提取物中也含有多种单酚类化合物,因此称之为“酚类”更为准确。在以“黄酮”或“多酚”为目标物的提取实验中,回流和超声波辅助提取是应用最广泛的方法。提取之后的含量测定方法一般选择分光光度法。虽然加入特定的显色剂能够提高特异性,但测得的“黄酮”含量仍不能避免其他酚类物质的假阳性干扰酚羟基,其结果参考价值有限[55]。

2.1 回流法

回流法是最常用的中药材提取方法酚羟基,其操作简单,提取效率也较高,常以不同浓度的含水乙醇作为桑黄中酚类化合物的提取溶剂(表6)。

酚羟基与硝酸汞的反应_酚羟基氧化产物_酚羟基

另外,对桑黄化学成分进行系统研究时,其他低极性有机溶剂也可以提取出桑黄中的部分黄酮类化合物,如程鑫颖[60]将瓦宁木层孔菌干燥子实体依次用石油醚(34 ℃)、氯仿(58 ℃)、丙酮(58 ℃)和蒸馏水(80 ℃)依次回流提取,结果在氯仿、丙酮提取物中发现4种黄酮类化合物:樱花亭(1)、7-甲氧基二氢莰非素(13)、二氢莰非素(14)、二氢鼠李素(15)。

2.2 超声提取法

利用超声波的空化作用、涡流作用及热效应,可以加速药材中化合物的溶出,因此超声波辅助法也常被用于提取桑黄中的“黄酮”及其他酚类物质。相比于传统的回流提取法,超声提取法提取时间明显缩短,40~60 min即可达到较好的提取效果。对于桑黄中的酚类物质,超声提取一般选择60%~70%的乙醇。超声功率的作用受超声清洗器容积及样品量的影响,优化的提取温度一般为50~100 ℃、料液比1∶25~1∶50,见表7。正交试验极差的分析结果表明,各因素对桑黄“黄酮”类物质提取率影响的大小为乙醇浓度>超声提取时间>液料比>超声提取功率[61]。

酚羟基氧化产物_酚羟基与硝酸汞的反应_酚羟基

在回流提取中,超声处理可以作为一种前处理手段。郎明紫等[65]先将桑黄置于30 ℃的超声波清洗仪中处理30 min,再进行回流提取,所得“黄酮”提取率为4.41%。丁晓远[66]先用60%乙醇浸渍桑黄子实体粉末,然后超声处理一定时间,再置于不同温度的水浴中浸提,结果显示,超声之前的浸渍时长对于提取率没有显著影响。

2.3 其他提取方法

饶桂维等[67]提出用深共熔溶剂法提取桑黄“黄酮”,其溶剂制备方法为氯化胆碱和尿素按摩尔比1∶1~1∶5混合均匀后,在85~95 ℃下,加热搅拌回流1~5 h,得到均一透明的液体,待液体冷却后,加入去离子水,搅拌得到均一透明的深共熔溶剂(最终含水量25%~37%)。该溶剂对环境友好,制备过程简单且原料价廉易得,可以高效提取桑黄中的黄酮类物质。优化的提取方法为料液比1∶40,提取温度80 ℃,提取时间40 min,桑黄中黄酮类成分的提取率可达2.68%。

微波提取法是指利用微波使溶剂和药材内部组织升温,从而提取目标成分的方法。于翠翠[64]通过比较回流提取法、超声提取法和微波提取法对桑黄中黄酮类成分的提取率,发现微波提取法的提取率可达28.66 mg/g,略高于另外2种方法。经过单因素实验和响应面优化分析得到的微波提取最佳条件:微波时间62 s、微波功率550 W、乙醇体积分数70%、后续提取时间2.2 h。

浸渍法是指在室温下用有机溶剂浸泡药材而提取其中有效成分的方法,此法操作简单,可以避免长时间加热导致成分降解,但浸渍时间较长,提取效率也不高,因此在桑黄有效成分的提取中应用较少。李帅帅[68]在对桑黄子实体化学成分进行系统性研究的过程中,首先以70%乙醇为溶剂用冷浸渍法进行提取,但提取物中鉴定的20种化合物中仅有一种属于黄酮类(二氢槲皮素)。

3 桑黄中酚类物质的分离纯化

70%左右的含水乙醇是提取桑黄中黄酮类和多酚类最常用的溶剂,但若直接提取,提取物中仍含有低极性的甾醇类杂质[68-69],因此在醇提之前,可先用石油醚除去低极性杂质[70]。桑黄酚类粗提物中所含的高极性杂质常采用大孔树脂去除,上样后先用水洗除去糖类杂质,再用70%或75%乙醇洗脱得到酚类物质。纯化过程中最常用的大孔树脂是AB-8型[71-73],也有少数研究使用D101型和DM-130型大孔树脂[65,70]。分离纯化条件及结果见表8。

酚羟基_酚羟基与硝酸汞的反应_酚羟基氧化产物

4 桑黄中酚类化合物的药理作用

酚羟基可以捕获并稳定体内的氧化自由基,从而起到抗氧化的作用。具有2个或多个相邻酚羟基的多酚类物质,其抗氧化活性明显强于单酚。现代研究显示,氧化应激是导致衰老和许多疾病的重要原因。桑黄中酚类化合物不仅具有抗氧化作用,还表现出抗炎、抗肿瘤、降血糖、调血脂等多种药理活性。

4.1 抗氧化

理论上,酚类化合物分子结构中的酚羟基及不饱和键是发挥其抗氧化作用的主要官能团。体内外实验也表明,桑黄中的某些天然产物可以通过抗氧化机制产生其他积极效应。从火木层孔菌菌丝体中纯化得到osmundacetone(81),该化合物可通过抑制大鼠脂质过氧化物和激活自由基清除酶,从而对萘普生诱导的胃窦溃疡起到治疗作用[78]。裂蹄木层孔菌的菌丝体中分离到的hispidin(28)能够清除胰腺MIN6Nβ细胞内的活性氧,降低脂质过氧化水平,抑制过氧化氢诱导的细胞凋亡,增强胰岛素分泌[79]。

4.2 抗肿瘤

桑黄中的酚类提取物对多种肿瘤细胞均表现出良好的抑制作用。

黄罗丹等[71]从火木层孔菌液体发酵液中提取纯化得到“总黄酮”,证明其对正常细胞无明显毒性而能够抑制人肝癌HepG-2细胞的增殖,其机制与阻滞肿瘤细胞的S+G2期有关。火木层孔菌的乙醇提取物对HepG-2、人胃腺癌AGS、人胃癌SGC-7901、人宫颈癌Hela、人肺癌A549等5种肿瘤细胞都表现出抗肿瘤活性,并能够抑制裸鼠体内SGC-7901细胞的增殖,其抗肿瘤机制可能与线粒体依赖的途径有关[80]。汪雯翰等[81]研究发现桑树桑黄醇提物能够诱导SW620肿瘤细胞凋亡,并降低G0/G1期和G2/M期细胞数量,其抗肿瘤作用可能与活性氧释放增加有关。除了阻滞细胞周期以外,桑黄醇提物还可能通过其他途径产生抗肿瘤作用。杨树桑黄子实体醇提物和裂蹄木层孔菌水提物的抗肿瘤作用均与其对蛋白激酶B信号通路的抑制有关[40,82]。

贺屏雅[83]通过研究3种不同栽培方式的杨树桑黄对宫颈癌等6种肿瘤细胞的体外抗肿瘤作用,发现多酚和黄酮含量最高的段木栽培桑黄在体外抗肿瘤实验中表现最好,而发酵桑黄虽然多糖含量显著高于段木栽培和代料栽培,但其多酚和黄酮含量也最低,体外抗肿瘤活性最弱。杨树桑黄子实体60%乙醇提取物可显著抑制人结肠癌SW480细胞的增殖,相较于水提物和95%乙醇提取物的抑癌活性,60%乙醇提取物更高,且3种提取物的成分分析结果显示,60%乙醇提取物中酚类含量较高[40]。综上,表明桑黄的抗肿瘤作用主要与其中的黄酮等酚类物质相关。

另外,火木层孔菌中分离出的2种酚类单体化合物也具有抗肿瘤活性。Osmundacetone能选择性地抑制A549细胞及人大细胞肺癌H460细胞的增殖[84];而hispolon(84)可以通过抑制细胞周期和引发细胞凋亡表现出对A549细胞及人大细胞肺癌H661细胞的抑制活性[85],也可以抑制宫颈癌细胞的转移[86]。

4.3 免疫调节

一方面,桑黄中的有效成分能够提高某些免疫指标。如桑黄中黄酮类成分(醇提物经大孔树脂纯化后所得产物)不仅能够促进RAW264.7细胞增殖,提高其吞噬活性和一氧化氮释放量,还能提高正常小鼠及免疫抑制小鼠的胸腺、脾脏、巨噬细吞噬指数及淋巴细胞转化率等[87]。暴马桑黄子实体的醇提物能够对抗环磷酰胺引起的免疫细胞数量减少,改善环磷酰胺引起的血浆及脾脏免疫相关细胞因子水平的降低,并减轻免疫器官损伤。

另一方面,桑黄中的有效部位及单体也可以抑制过于激烈的免疫炎症反应。李庆杰等[88]研究表明,从成熟的粗毛纤孔菌子实体的醇提物的醋酸乙酯萃取物中分离得到3个含有α-吡喃酮的多酚,并且对脂多糖诱导RAW264.7细胞产生的一氧化氮均具有抑制作用。裂蹄木层孔菌中提取的Hispolon通过阻止巨噬细胞中一氧化氮的产生和诱导血红素氧合酶-1的产生来抑制细胞的炎症性凋亡[89]。Zhang等[90]研究表明桑黄醇提物的醋酸乙酯萃取部分含芦丁、槲皮素(22)、绿原酸(64)、异鼠李素、淫羊藿次苷II等物质,可直接抑制由脂多糖诱导的巨噬细胞释放促炎症细胞因子一氧化氮、肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6表达,其机制可能与抑制磷酸化激活的细胞外调节蛋白激酶和磷酸化激活的p38丝裂原活化蛋白激酶和信号转导和转录激活因子3信号通路有关。以上研究表明,桑黄对免疫系统的调节是双向的。

4.4 其他药理作用

桑黄中的酚类物质有体外降血糖作用。郑美瑜等[91]用不同浓度的含水乙醇分别提取暴马桑黄,发现各种提取物对α-葡萄糖苷酶抑制率与样品中黄酮的含量呈正相关,因此推断其降血糖效果主要来源于其中的黄酮等多酚类物质。李雨鸿等[75]发现杨树桑黄醇提物虽然对α-淀粉酶的抑制效果较差,但对α-葡萄糖苷酶的抑制效果显著,甚至优于阿卡波糖。桑黄中的酚类物质还可以降低肝脏脂质积累。裂蹄木层孔菌菌丝体的甲醇提取物的醋酸乙酯萃取部分及从中纯化出的hispidin和hypholomine B(55)单体均能够调控相关基因表达水平,抑制高脂高糖饮食造成的小鼠体质量增长,肝脏脂质积累[92]。

桑黄还具有降尿酸作用。李醒等[93]研究发现火木层孔菌子实体醇提物能够通过抑制黄嘌呤氧化酶和腺苷脱氨酶活性降低大鼠血尿酸水平,同时可使肠道乳杆菌属Lactobacillus比例上调。野生和人工栽培的火木层孔菌70%乙醇提取物均能通过抑制黄嘌呤氧化酶的活性降低大鼠尿酸水平,发挥抗炎作用,逆转肾脏的病理性损伤[94]。另外,裂蹄木层孔菌醇提物可通过降低相对分子质量20 000肌球蛋白轻链的磷酸化水平来诱导大鼠肠系膜动脉血管扩张,还可以对缺血性脑梗死小鼠发挥保护作用[46,95]。

5 结语与展望

桑黄中的酚类物质主要包括黄酮、苯乙烯α-吡喃酮、苯丙素、异香豆素等多种类型,这些酚类物质通常存在于含水乙醇提取物中,具有抗氧化、抗肿瘤、调节免疫等药理活性。但是,目前对桑黄的研究主要局限在木层孔菌属及纤孔菌属的少数几个物种,而对于2016年新确立的桑黄孔菌属的各种真菌则研究较少。考虑到桑黄的真正来源目前仍有争议,对药材桑黄的各种来源物种进行系统的化学成分研究可以为桑黄来源的最终确认提供理论依据。

桑黄的药理作用研究较多,但大部分都以粗提物作为研究对象。除了hispidin、hispolon等少数几种单体化合物以外,桑黄中鉴定出的大量结构新颖的单体化合物因难以分离纯化而无法进行深入的药理作用研究,限制了桑黄中先导化合物的发现,因此有必要采用更为有效的分离手段(如制备色谱等)对桑黄中的酚类化合物进行分离纯化。在桑黄的抗肿瘤作用研究中,其研究思路也有必要从单一的体外实验转向基于生物学和整合药理学的综合研究。另外,桑黄的毒性研究也并不充分,研究其有效成分和有效部位的急性和慢性毒性将为其作为保健品和药食两用品的开发奠定理论基础。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献(略)

来 源:彭 睿,徐睿鹏,辛 芮,王晓丹,毕研平.桑黄中的酚类化合物研究进展 [J]. 中草药, 2023, 54(9):2978-2992.

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