天然植物中黄酮类化合物的研究进展

唐 毓，李 丽，周平和，王金莉

（锦州医科大学畜牧兽医学院，辽宁 锦州 121001）

天然植物中黄酮类化合物的研究进展

唐 毓，李 丽*，周平和，王金莉

（锦州医科大学畜牧兽医学院，辽宁 锦州 121001）

黄酮类化合物是一类重要的植物次生代谢产物，在天然植物的根茎叶及花果中普遍存在。迄今为止，从植物中分离出的黄酮已经9 000余种。本文主要黄酮类化合物的化学结构、黄酮类化合物的提取方法和黄酮类化合物的药理作用等方面对黄酮类化合物进行综述，为含黄酮类化合物植物药物的提取、制剂的研制开发及临床应用提供参考。

黄酮类化合物；天然植物；化学结构；提取方法；药理作用

在过去的50年里，从自然植物中分离出2 000多种化合物。1985年以前，每年至少有100种化合物从天然植物中提取出来，而且随着科技的进步，越来越多的天然化合物被发现并利用。黄酮类化合物是天然产物中研究得比较早和较多的一类化合物。黄酮类化合物（flavonoids），别名黄碱素，黄酮体，是一类重要的植物次生代谢产物，在天然植物的根茎叶及花果中普遍存在。如葛根、黄芩、陈皮、银杏叶、红花、白果及杨树花和杨树芽等均含有丰富的黄酮类化合物。迄今为止，从植物中分离出的黄酮已经9 000余种[1-4]。尽管有大量的含黄酮的植物被人们发现，但是人们并没有完全掌握它们所蕴含的的全部信息，只能对其含有的黄酮类化合物的部分结构以及药理作用做出合理的解释。本文主要从黄酮类化合物的化学结构、黄酮类化合物的提取方法和黄酮类化合物的药理作用三个方面进行综述，为含黄酮类化合物植物药物的提取纯化、制剂的研制开发及临床应用提供参考。

1 黄酮类化合物的化学结构

黄酮类化合物的分子量一般较低，在植物体内，乙酸和苯丙氨酸经过多种反应途径形成1母核2-苯基色原酮。母核含有两个相连的苯环，常被称为苯环A和苯环B，A环和B环的中央由连续的三个碳原子相连，形成C6-C3-C6的碳元素基本骨架[5-6]。通常情况下，植物在其体内进行修饰母核的过程，合成各种各样结构的黄酮类化合物。黄酮类化合物大致分为以下几类：二氢黄酮、黄酮、黄烷醇、二氢黄酮醇、黄酮醇、异黄酮、花青素、查耳酮以及其他酮类，见图1和图2。这些黄酮类化合物的结构复杂，功能多种多样，具有较高的研究价值[7]。

图1 黄酮类化合物的基本骨架Fig.1 Basic skeleton of flavonoids

图2 黄酮类化合物的结构Fig.2 Structure of flavonoids

2 黄酮类化合物的提取方法

为了能够科学地研究这些天然植物当中部分化合物的应用，先要将其从植物当中分离提取出来。目前国内外最长应用的主要的提取方法包括超声波萃取法、微波提取法、超临界流体提取法、压力溶剂萃取法、脉冲电辅助提取法、酶解法等。

2.1超声波萃取法传统的提取中药材方法一般为水提法。除此之外，超临界流体萃取法也是很有效的提取方法，其原理是利用高温，高压的条件，使生物活性成分相对完整的从植物中分离出来。但是，操作过程相对繁琐。近年来，人们发现超声波也可以应用于植物萃取的过程中，超声波可以有效地提高植物中有效成分的提取率，而且操作过程简单方便，现在越来越多的人开始使用这种新型的提取方法来提取植物中的生物活性成分[8]。

使用超声波强化提取过程是利用超声波的空化作用。当超声波穿透溶剂，进入植物细胞内部的液体时，造成液体内部扩张且压力增加，这种力量呈周期性循环，持续的向外扩张的压力使液体内部产生气泡，当空泡迸裂时产生巨大的冲击力，加速细胞破裂。此外，超声波所产生的机械效应也可以将能量传递给溶剂和植物细胞，加速裂解细胞的过程，快速的释放出并且溶解掉细胞内的物质[9]。

2.2微波提取微波提取法是一种有效的提取方法，它利用微波辐射来加速多种化合物从药材中提取出来的过程。在传统的提取方法的加热过程中，只有被提取物质表面受热，而在微波提取过程中持续的从核心到表面进行热量的传递，在物质的内部通过分子的摩擦力产生直接的加热效果。将一个包含水分和其他极性化合物的物质放到振荡区域内时，极性分子产生共鸣，引起内部分子间摩擦。这种摩擦力以及大量带电离子的相互碰撞使物质内部持续加热，最终细胞破碎，结果加速化合物从细胞中溶入提取溶剂中。这种破坏细胞壁和细胞膜的提取方法在藻类生物活性化合物的提取过程中尤为适用。除此之外，机械的破坏技术有利于富含钙和硅元素的坚硬海绵体植物的提取。这种对于样品施加的微波能量可以用在正常大气压下的开放器皿中或者施加在一定压力和温度的密闭容器中。其次，通过应用一定的压力，可以加热溶剂至高于沸点的温度，从而加快植物中的化合物溶解至提取溶剂的过程。溶剂所含电解质越多，分子吸收的能量越大溶剂到达提取温度的时间越快。因此，对于微波提取法来说，极性溶剂相对于非极性溶剂是更好的选择[10]。

2.3超临界流体提取超临界流体提取法是一种绿色技术，由于大部分情况下它在提取过程之后省略了浓缩的过程，对环境的污染较小。溶剂在气体与液体转化之间有一个临界点（CP）。任何的溶剂都有一个CP值，通常情况下指的是临界温度（Tc）和临界压力（Pc）。试验中使用超临界流体提取法，将范围限制在Pc＜P≤6Pc和Tc＜T≤1.4Tc范围之内[11]。使用超临界流体技术提取自然基质中有效化合物的效率高于传统有机溶剂在正常大气压下的提取效率。

2.4压力溶剂萃取法压力溶剂萃取法是一种温度范围在：50～200℃之间，压力范围在：35～200 bar之间的提取方法。应用高压使溶剂温度高于其正常的沸点，升高的温度大大提高了溶解度和提取率并且减少溶剂的粘度和液体表面张力。因此，高温和高压都可以提高提取率[12]。水作为最常见的亚临界流体的提取溶剂。除此之外，其他的溶剂，比如丙烷、乙烷、乙醚等也常被用来亚临界流体提取技术中。使用液化的DME来作为提取溶剂是成本低廉且无环境污染的最佳选择。由于DME可溶于水，它可以将无极性的目的提取代谢物和水从湿的基质中同时提取出来。而且，DME在低压条件下脱水浓缩以气体状态释放出来。由于它的正常沸点很低（-24.8℃）并且它的饱和蒸汽压在20℃是5.1 bar。DME相对于其他的提取溶剂的另一个优点是它有抵抗自然氧化的作用。DME提取物的压力范围为5.1～5.9 bar，温度为室温。通过收集压力容器的降压或者通过升高温度，DME可以从提取物中脱水浓缩出来[13]。

2.5脉冲电辅助提取脉冲电辅助提取方法可以通过粉碎细胞膜来提高提取的效率。应用比较适中的脉冲电强度一般为0.5～1.0 Kv/cm（时间为100～10 000 μs）或者强度为1～10 Kv/cm（时间为5～100 μs）。根据外部脉冲的强度、振幅、持续的时间、数量、重复的频率等条件的设定，可以使其在细胞膜中产生可逆或者不可逆的通路。不可逆的通路的形成对于从自然基质中提取生物活性物质的过程是极其重要的。通常情况下，在提取的过程中施加一个电场强度（0.7～3 Kv/cm）的作用，可以产生能量1～20 KJ/kg、上百个脉冲，持续时间少于1 s。与之相比，强度更大一些的是针对灭活微生物的脉冲强度，一般为15～20 Kv/cm，它可以产生40～1 000 KJ/kg的能量[14]。在完整的传导和破碎的分化细胞之间的关系称为细胞的裂解指标Zp。如果未通过脉冲处理的电传导和处理过的细胞膜的电传导性相同，则Zp为0；反之，如果Zp为1，则意思是电脉冲处理下，细胞裂解的最大值。

2.6酶解法食品级的消化酶，比如：糖酶和蛋白酶，可以软化天然植物纤维素，裂解细胞壁，从而释放细内的有机化合物。由于海藻类的细胞壁以及表皮是由多种化学结构复杂的生物分子构成的因此酶提法对于海藻类的提取过程尤为重要。在酶提法的过程中应该主要考虑温度、pH、酶作用物的比例、溶剂的选择和搅拌等参数。酶提法有下列几个优势：综合环保无毒的提取方法；可以最大限度地保留细胞内的活性成分；可以转化不溶于水的物质变成溶于水的物质；成本较低[13-14]。

3 黄酮类化合物的药理作用

3.1抗氧化作用20世纪50年代，Harman提出“自由基理论”。自由基是生物体进行新陈代谢过程中产生的重要产物，但如果机体产生的自由基在细胞中过度累积则加速细胞的衰老与凋亡。自由基大多具有很强的氧化性，能在生物体内发生一系列复杂的氧化反应，进而诱导诸多疾病的发生[15]。研究表明，很多药用植物都具有清除体内剩余自由基的功效。比如从植物中提取的黄酮类化合物就是一种毒副作用极小且纯天然的抗氧化剂，其在医药及饲料添加剂方面的应用十分广泛，将中草药类植物添加到饲料中可以起到有效的预防疾病、提高肉类品质和生产性能等作用。黄酮类化合物是一类具有高抗氧化能力的低分子量化合物。它们特定的化学结构使它们通过多种机制来降低氧化过程。据报道，在体外黄酮类化合物可以作为预防性抗氧化剂和断链抗氧化剂来防止低密度脂蛋白氧化[16-17]。然而，在体内的研究也表明黄酮类化合物也可以作为间接地抗氧化剂，通过调节抗氧化防御系统和增强血浆中尿酸浓度。因此，由于它们在体内的新陈代谢，黄酮类化合物产生大量的简单的酚酸类物质，有着显著的影响清除自由基和增强其他抗氧化剂的作用。

3.2抗菌作用现代社会，由于人们对抗生素的使用越来越多，随之而来也产生了一定负面的作用，最大的问题就是细菌的耐药性问题。因此当务之急是研发新的抗生素可以用来对抗这些病原体。一些研究显示黄酮类化合物具有抗菌活性，黄酮类化合物可以直接抑制或杀灭一些传染性微生物或者结合其他抗生素产生协同抗菌关系，又或者可以对抗细菌毒性因子或毒素的病原体[18]。

3.3抗肿瘤作用黄酮类化合物是潜在的抗癌药物，近年来，黄酮类化合物及其类似物经调查显示可以治疗卵巢癌、乳腺癌、宫颈癌、前列腺癌以及胰腺癌等[19]。黄酮类化合物可以调节一些与癌症的发生密切相关的蛋白的作用，可以影响细胞的分裂周期和凋亡时间，并且可以调节癌症细胞的生物信号通路。

3.4对中枢神经系统的作用经研究表明，植物提取物富含多酚和黄酮类化合物，可以用于治疗神经系统的相关疾病，这些作用与其可以增强脑神经营养因子的作用是密不可分的[20]。据报道，蓝莓提取物可以作用于海马体，使大鼠BDNF水平升高并且明显地改善其空间记忆能力。随着研究的深入人们发现，既然黄酮类化合物可以升高动物海马BDNF水平，那么可以将其应用到治疗抑郁症的临床范畴。目前通过研究证实了黄酮类化合物可以作用于中枢神经系统，但是对于它对体内靶细胞的作用研究尚浅。此外，黄酮类化合物对人类和动物的大脑功能可以起到一定的保护作用。Isadora Matias等研究发现，黄酮类化合物对神经胶质细胞具有显著的影响。胶质细胞，尤其是星形胶质细胞，是中枢神经系统中营养因子的主要来源，并且在神经元的存活和突触的形成以及功能等方面可以起到很大的作用。有试验发现，黄酮类化合物可以作用于星形胶质细胞，进而影响大脑的相关功能。因此，黄酮类化合物可以应用于受创伤的中枢神经系统治疗中[21-22]。

3.5黄酮类化合物的调脂作用以往的研究表明，摄入过多的热量可导致多种慢性疾病，如Ⅱ型糖尿病、肥胖、高血脂症和心血管疾病。其中，高血脂症和糖尿病并发症是最常见的。高血脂症能加剧动脉粥样硬化（AS）和冠状动脉粥样硬化性心脏病（CHD）的形成。糖尿病是一种由多种原因引起的代谢性疾病，特点是慢性高血糖和干扰糖类、脂类和蛋白质的代谢。胰岛素分泌不足，对糖尿病患者形成长期的损害以及各器官的衰竭。迄今为止，5%的世界人口患有此病，糖尿病患者的患病率每年都在持续增长，预计到2025年糖尿病患者总数将达到3亿之多[23]。经研究证实，从植物中分离出的黄酮类化合物对于调节血脂具有明显的作用并且具有较高的安全性。α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶是两种重要的糖类水解酶，这些酶的抑制作用可以延缓糖类的消化能力和时间，进而导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经试验研究发现，从荷叶中分离出的黄酮类化合物是α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶和脂肪酶的有效抑制剂，因此，黄酮类化合物可以有效抑制血糖的升高，从而控制糖尿病。针对造高血脂症模型的试验大鼠研究发现，荷叶中的黄酮类化合物具有较强的降低血脂的作用。这一作用是通过调节血液中的低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、血清三酰甘油等血脂的含量来实现。

[1]刘长龙，雷慧，赵其秀，等.杨树芽提取物清除DPPH自由基的作用[J].安徽医药，2013，17（7）：1091-1093.

[2]何俊庆，元英修，刘双平.杨树花的饲用及药用价值[J].中国畜牧兽医，2011，38（6）：243-246.

[3]许二学.杨树花及其提取物在动物生产中的应用[J].现代农业科技，2013，7：297-300.

[4]周丽芬.杨树花的药理作用及其应用[J].北方牧业，2013，5：30.

[5]郭军，凌和平，李良俊，等.园艺作物黄酮类化合物研究进展[J].江苏农业学报，2011，27（2）：430-436.

[6]胡云霞，樊金玲，武涛.黄酮类化合物分类和生物活性机理[J].枣庄学院学报，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]汪春军，陈红艳，宋可珂.植物黄酮类化合物的提取分离研究进展[J].广东化工，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，李艳，于治姣，等.酸模叶蓼类黄酮对小鼠生长、免疫和抗氧化性能的影响[J].现代畜牧兽医，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，动物医学专业在读。

李丽（1967-），女，黑龙江哈尔滨人，教授，硕士，主要从事兽医药理毒理与新兽药研发方面的研究。

2014年辽宁省大学生创新创业训练计划资助项目（201410160038）。