中药活性小分子5-羟甲基糠醛生物活性研究进展

曲欣楠，郑毅男，刘文丛※，王英平，李伟，

(1．吉林农业大学中药材学院，长春130118；2．中国农业科学院特产研究所，长春130112)

5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethyl-2-furfural、5-hydroxymethylfurfural，5-HMF)又名5-羟甲基-2-糠醛、羟甲基糠醛、5-羟甲基呋喃甲醛、5-羟甲基-2-呋喃甲醛，分子式为C6H6O3，是一种重要的化工原料，其结构式为：

5-HMF为一种暗黄色针状结晶，具有甘菊花味，有吸湿性，易液化，保存需避光低温密封。5-HMF不能与强碱、强氧化剂、强还原剂共存；加热时放出干燥刺激性的烟雾，燃烧和分解时释放CO和CO2；易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、甲基异丁基甲酮、二甲基甲酰胺等，可溶于乙醚、苯、氯仿等，微溶于四氯化物，难溶于石油醚。

5-HMF是葡萄糖或果糖等单糖化合物在高温或酸性环境催化等条件下脱水产生的一种醛类化合物，果糖在酸性条件下脱去3分子水， 在脱水过程中，经过2个中间产物C6H10O5和C6H8O4，生成具有呋喃环结构的糠醛化合物。该物质不稳定，可进一步分解为乙酰丙酸和甲酸或是聚合。Antal[1]通过实验证明了5-HMF的生成主要是经历一个环状中间体的路线，其反应路线如图1所示。

图1 果糖脱水制备HMF的反应路线图

1 5-HMF的用途

5-HMF是一种新型的平台化合物，具有高活性的呋喃环、芳醇、芳醛结构，可通过氧化、氢化和缩合等反应制备一系列呋喃衍生物。5-HMF具有合成医药方面的先导化合物、树脂类塑料、柴油燃料添加物、合成有光学活性的高分子材料等不同方面的功能[2～4]。

5-HMF广泛存在于多种中药炮制品中，可能是一种单味药及中药复方的活性成分，多由配伍、煎煮后产生。研究表明，5-HMF具有抗心肌缺血、改善学习记忆、改善血液流变性、抗酪氨酸酶、非竞争抑制氧化左旋多巴等对机体积极的效应。李英华[5]从生脉散煎剂中分离鉴定了原药材中没有的5-HMF，并具有很好的抗氧化及心血管系统作用，对5-HMF的生物活性有了新的见解。

2 5-HMF的毒副作用

研究认为，5-HMF对人体有一定的毒副作用，对眼睛、黏膜、皮肤有刺激性，能与人体蛋白质结合后引起中毒，造成横纹肌麻痹和内脏损害，并且具有神经毒性，且存在潜在的遗传及生殖毒性[6，7]。Zhang等[8]实验发现，5-HMF可以产生结肠小囊异常生长(ACF)的作用，并呈剂量依赖性。5-HMF在体内经过硫化和氯化，会产生一定程度的基因毒性，因此，在医药、化工、食品等多个领域限定都比较严格。《中国药典》(2010版)对葡萄糖和葡萄糖氯化钠注射液中5-HMF的含量均做了吸光度不得大于0.25[9，10]的限量规定。目前，我国炼蜜工艺采用直火熬制加工方式，使得产生的5-HMF含量相差很大，结合我国蜂蜜标准，在284nm与336nm波长处的吸光度差不得大于0.34，建立5-HMF定量测定的高效液相色谱分析方法，为大蜜丸及炼蜜的质量控制提供依据[11～14]。

3 5-HMF药理作用

3.1 降血糖作用

随着人们饮食水平的提高，糖尿病的发生率也越来越高，由于长期的高血糖，机体内许多组织和器官会受到危害，导致视网膜病变、神经病变、肾脏病变等多种糖尿病慢性并发症发生，严重威胁着人们的生活和健康。中药瓜蒌的有效成分5-HMF可以用于治疗Ⅱ型糖尿病[15]。王琦等[16]研究发现，5-HMF作为醛糖还原酶抑制剂，可以预防和延缓糖尿病并发症的发生和发展。Du等[17]报道，5-HMF的降糖机制是抑制胰岛素抵抗作用的TNF-α水平和诱导β细胞凋亡的关键细胞因子IL-1β水平。张欣等[18]对5-HMF进行结构优化，设计合成了5-羟甲基-2-呋喃甲醛(5-HMF)衍生物，采用Balb/C3T3细胞模型，观察衍生物对该细胞消耗葡萄糖的影响情况，结果表明，二酯结构衍生物的葡萄糖促吸收率为87.45%，是一种新型降血糖化合物。

3.2 抗心肌缺血

复方是中医用药的主要形式，由于复方各组成药物间、各有效成分间的“协同作用”，使得复方药效优于单味药及单味药之间的简单加和。王庆慧等[19]从复方生脉散中分离得到1个未知的水溶性新成分，经UV、IR、MS、及NMR鉴定为5-HMF。单味药人参、麦冬、五味子在煎煮前均不含5-HMF，推测可能是复方生脉散在煎煮、制剂过程中发生了化学变化，可能是五味子提供的酸性环境导致麦冬的糖水解产生5-HMF，且含量受麦冬影响，并且发现，5-HMF的产生提高了复方生脉散的整体疗效[20]。夏云等[21]对复方生脉散中5-HMF的药效学研究发现，心肌缺血小鼠血清中低密度脂蛋白(LDH)和心肌组织中丙二醛(MDA)含量均降低，表明5-HMF是复方生脉散全方治疗心肌缺血的有效成分，为心肌缺血的防治、药物的研发提供新的策略和方向。

3.3 改善学习记忆

《医学新悟》所述“肾虚则智不足”，强调了肾虚、髓海不足是学习记忆功能减退的主要病机[22]。多项研究表明，以熟地黄为主药的左归丸、六味地黄丸等补肾复方均可以改善学习记忆功能。张丽娜等[23]研究报道，熟地黄中有效成分5-HMF通过调节学习记忆相关蛋白(GCR)、脑源性神经营养因子(BDNF)、血清和糖皮质激素调节蛋白激酶(SGK)的基因表达，对高浓度皮质酮(CORT)致海马神经元损伤起到保护作用，可以延缓学习记忆功能的退化。通过多方位作用，熟地黄可以实现益智的功效，5-HMF作为熟地黄的指标物质被广泛使用。赵玲等[24]研究发现，5-HMF口服给药可改善脑缺血再灌注模型小鼠的学习记忆障碍。实验证实，5-HMF在改善学习记忆方面有一定作用。

3.4 肝保护作用

近年来，随着对肝保护活性机制的深入研究及中药有效成分提取工艺的提高， 中药有效成分保护肝损伤的研究成为一个非常活跃的领域，并且显示出广阔的应用前景。丁霞等[25]报道，5-HMF是山茱萸炮制品中的活性成分，酒山茱萸中5-HMF含量增加2.5倍，含量高达80%以上，是补肝益肾作用的物质基础之一。余宗亮等[26]从酒山茱萸水煎液的二氯甲烷萃取部位中分离鉴定出主要单体成分5-HMF，是山茱萸炮制后补肝益肾作用增强的物质基础。5-HMF体外药理实验表明，对CCl4急性肝损伤组织有保护作用，5-HMF均能降低丙氨酸氨基转氨酶(ALT)和天冬氨基酸氨基转氨酶(AST)含量且存在一定的量效关系，给药组既可使SOD活力增大，又能使MDA含量降低，结果表明炮制后二氯甲烷部位能增强对急性肝损伤的保护作用。

3.5 改善血液流变学

KuboM等[27]研究发现， 生地黄在蒸制过程中生成5-HMF，炮制后其含量增加约20倍左右。用于改善血液循环的六味地黄丸，用熟地黄替代了该药原方中常用的生地黄，在血液流变学和促进血液循环方面具有显著作用。姜旭等[28]从熟地黄50%乙酸乙酯层提取、分离得到5-HMF，药效学实验发现，该化合物可增强大鼠红细胞的变形性。

3.6 抗氧化作用

氧化应激破坏了强氧化剂和抗氧化剂的平衡，导致细胞损伤，使抗氧化酶等活性下降，机体代谢紊乱。近年来，对氧化损伤机制的研究越来越多，已经深入到细胞水平和分子水平。张建宏等[29]报道，5-HMF对H2O2诱导的氧化损伤有明显保护作用。MTT检测发现，5-HMF能明显提高细胞在氧化损伤后的存活能力；形态学上观察到细胞氧化损伤有所减缓；免疫细胞化学方法检测，5-HMF抑制了H2O2对8-oxo-dG的诱导作用，表明5-HMF具有抗DNA氧化损伤作用。5-HMF提高了机体氧化损伤时抗氧化酶的表达，对疾病的预防及治疗有一定作用。

3.7 抗过敏作用

龚勇等[30]报道，乌梅有一定的拮抗活性，能显著抑制组胺所致的豚鼠离体气管、回肠平滑肌收缩。乌梅配伍路路通临床上可以治疗过敏性哮喘，其抗过敏机理是非特异性刺激会产生游离的抗体与过敏原相中和的结果[31]。文献报道[32]，乌梅在加工炮制过程中由其中所含的蔗糖转变会生成5-HMF。

3.8 影响甘草酸代谢

中药有效成分的肠道菌群代谢处置研究已经引起很多学者的重视，并成为一个重要课题受到国际的关注。Hou YC等[33]报道，5-HMF可以增加甘草次酸在体内的吸收，甘草酸及其代谢产物甘草次酸对肠道细菌生长及其所含酶类有促进或抑制作用。

4 讨论

综上可知，5-HMF是广泛存在含糖类中药中的一种小分子化合物，其生物活性受到人们的广泛关注。复方生脉饮中五味子、六味地黄丸中的地黄经加工炮制后5-HMF含量显著增多，是其抗心肌缺血、发挥益智功能的物质基础之一，但5-HMF具有刺激性毒性，对其含量的控制成为关键。5-HMF作为中药的活性成分，阐明5-HMF自身和中药复方之间的内在联系将成为中医药领域的重要研究方向。

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