天然黄酮异荭草素研究进展

袁 莉， 王 晓， 李庆舒， 邓 红， 李建科

（陕西师范大学 食品工程与营养科学学院，陕西 西安710062）

近年来，随着对异荭草素的深入研究，其功能活性备受关注。 研究发现：异荭草素能降低氧化损伤、炎症、癌细胞增殖，充分揭示了异荭草素对预防疾病的发生、 发展和维持人体健康具有重要的意义。 作者综述了异荭草素的化学性质、结构、来源分布、功能活性、体内代谢以及化学合成等方面，以期为其功能活性的深入探究及在食品、化工和医疗等领域的开发应用提供理论依据。

1 异荭草素的结构和性质

异荭草素（Isoorientin），又称为3′，4′，5，7-四羟基黄酮-6-O-β-D-吡喃葡糖糖苷或木犀草素6-C-葡萄糖苷， 是一种黄酮类物质。 其分子式为C21H20O11，相对分子质量为448.38；同时，异荭草素具有一个同分异构体， 荭草素 （orientin）， 又称3′，4′，5，7-四羟基-8-吡喃葡萄糖基黄酮，其化学结构如图1 所示[1]。 异荭草素固体为淡黄色粉末状，其熔点/凝固点为237～239 ℃，辛醇—水的分配系数的对数值为-1.253，它可溶于水、甲醇、乙醇，易溶于热水，不溶氯仿及苯[1-2]。

图1 异荭草素及其同分异构体的化学结构式Fig. 1 Chemical structure of isoorientin and orientin

2 异荭草素的分布

异荭草素广泛分布于各种植物中，如荭草[3]、山楂[4]、黑荞麦[2]、西番莲[5]、苦菜[6]、黄瓜[7]、葛根[8]、玉米须[9]、竹叶[10]、千屈草[11]、鸢尾花[12]、鸭跖草[13]、人字草[14]、箬叶[15]等。 荭草是蓼科植物红蓼的干燥全草，是一味中草药[16]，因其主要药理成分异荭草素质量分数在每年秋季达到最高值（1.28 mg/g），随后持续下降至0.20 mg/g，故10月上旬为荭草最佳采收期[17]。除采收期外，同一植株的不同部位中异荭草素质量分数也有所差异， 例如， 荞麦芽子叶中异荭草素（8.37 mg/g）明显高于胚轴（0.02 mg/g）[2]；麻花艽地上部分（9.50 mg/g）普遍高于地下部分（1.50 mg/g）[18]；同一株玉米， 异荭草素在花粉中的质量分数最高，其次是玉米穗，最低为玉米须[19]。 此外，不同品种果实中异荭草素质量分数也存在差异，如西番莲是一种芳香可口的水果，有粉果、紫果和黄果3个品种，但异荭草素的质量分数相差较大[20]。 不同植物中异荭草素的质量分数见表1。

3 异荭草素的功能活性

3.1 降低氧化损伤

体内氧化及抗氧化系统失衡与机体疾病发生和发展密切相关，通过抑制氧化损伤可在一定程度上控制疾病的发生。 体外研究发现，异荭草素可有效清除DPPH 自由基（IC50=9.00 μmol/L）、羟基自由基（IC50=1.07 μmol/L）、单线态氧自由基（IC50=15.00 μmol/L）以及过氧化氢（IC50=0.65 μmol/L）；同 时，0.10 mmol/L 异荭草素的铁还原能力为0.38 mmol/L[21]。Orrego 等研究发现，0.25 μmol/L 异荭草素可抑制低密度脂蛋白氧化， 两者作用6 h 后， 抑制率可达99.60%[22]。 Anilkumar 等发现，异荭草素可通过提高过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽-S-转移酶（GST）来预防脂多糖诱导RAW 264.7 小鼠巨噬细胞发生氧化损伤[23]。 前期研究也发现，300.00 μmol/L H2O2处理24 h 后可使BRL-3A 大鼠肝细胞活力下降30.00%，80.00 μmol/L 异荭草素预处理则可抑制H2O2造成的肝细胞氧化损伤， 使细胞存活率上升80.40%[24]。 此外， 异荭草素可显著清除DPPH·、H2O2、·OH 自由基， 并且有效抑制Cu2+/H2O2诱导的脂质过氧化、BSA 和DNA 的氧化损伤[25]。

表1 不同植物中异荭草素的质量分数Table 1 Content of isoorientin in different plants

3.2 降低炎症反应

炎症是机体对于外界刺激所做出的防御反应，脂多糖是革兰氏阴性细菌细胞壁的组成成分，同时也是诱发炎症的重要因素。 Yang 等发现，异荭草素可有效抑制脂多糖诱导的RAW264.7 小鼠巨噬细胞与3T3-L1 前脂肪细胞中炎症因子NO 与iNOS含量的增加[26]。 Lee 等发现异荭草素可通过降低胆碱酯酶（IC50=26.80 μmol/L）和NO（IC50=61.63 μg/mL）的含量来抑制RAW264.7 小鼠巨噬细胞中炎症的发生[27]。 此外，体内研究发现，30.00 mg/kg 异荭草素可抑制卡拉胶诱导的大鼠足肿，且不造成胃部损伤及急性毒性[28]。作者也发现，异荭草素可通过阻止MAPK 家族激酶以及NF-κB 信号通路激活， 降低BV-2 小胶质细胞中炎症相关因子TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2 和iNOS 的释放，从而抑制脂多糖诱导的神经炎症的发生[29]。

3.3 抑制癌细胞增殖

随着社会发展、环境改变、生活节奏加快以及各种原因， 癌症已成为导致人类死亡的重要原因。Pzcific 等发现，6.25 μmol/L 的异荭草素作用HepG2人肝癌细胞24 h 和48 h 后， 细胞活力分别降低19.60%和84.00%，25.00 μmol/L 异荭草素处理细胞48 h 后， 细胞活力降低了92.00%， 即异荭草素对HepG2 人肝癌细胞增殖的抑制具有时间和剂量依赖性[30]。 此外，于海瑶等研究发现，异荭草素通过提高细胞中的空泡和自噬特征性蛋白LC-3II 与Beclin-1 的表达量， 来抑制HepG2 人肝癌细胞与SGC-7901 胃癌细胞的生长[31]。 研究发现，异荭草素可通过抑制HepG2 人肝癌细胞中PI3K/Akt 信号通路，增加细胞色素C 的含量、活性氧和NO 水平，导致细胞出现DNA 碎片化， 细胞核聚集及线粒体功能障碍，从而抑制HepG2 人肝癌细胞的增殖，但对于正常的HL-7702 人肝细胞和BRL-3A 鼠肝细胞并没有影响[32-33]。

3.4 保护肝脏

肝脏是体内进行新陈代谢的重要器官，具有解毒、储存糖原、合成分泌蛋白质等功能。 近年来肝脏疾病日趋严重，如肝纤维化、肝硬化以及肝癌等。 据报道， 异荭草素可通过降低谷丙氨酸氨基转移酶（ALT）， 天 冬 氨 酸 氨 基 转 移 酶 （AST）、 丙 二 醛（MDA）、肝组织中过氧化物酶（MPO）以及促炎因子（IL-6，TNF-α）等的水平，减少纤维化特征性蛋白平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和促纤维化效应转化因子（TGF-β1）的表达，提高超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性，来有效减弱由乙醇造成的雄性Wistar 大鼠肝纤维化，且异荭草素剂量越高，保肝效果越显著[34-35]。 Orhan 等发现15.00 mg/kg 异荭草素可抑制血液中AST 和ALT 含量的增加， 从而预防CCL4 及半乳糖诱导的大鼠肝脏损伤[28]。 Lin 等也研究发现，异荭草素通过抑制NFκB、TGF-β1/Smad 信号通路以及清除自由基来抑制CCL4诱导的SD 雄性大鼠肝损伤以及肝纤维化[36]。此外， 体外研究发现，5.00 μg/mL 异荭草素作用肝细胞15 min 后，通过上调Nrf2 信号通路，来保护由活性氧引起的肝细胞氧化损伤[14]。作者也发现，异荭草素通过抑制ERK1/2、JNK、p38 信号通路，提高线粒体膜电位，降低Bax 的蛋白表达、细胞色素C 的含量、Caspase-3 的活化和PARP 的裂解，来预防由H2O2诱导BRL-3A 大鼠肝细胞损伤[24]。

3.5 抑菌

Cottiglia 等发现从亚麻叶瑞香中提取的异荭草素， 可有效抑制金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureusATCC 25923）、 大肠杆菌 （Escherichia coliATCC 25922）、芽孢杆菌（Bacillus lentusB60）、粪链球菌 （Streptococcus faecalis3208）、 假单胞杆菌（Pseudomonas aeruginosaCA2） 和 摩 根 式 菌（Morganella morganiiCA8）的生长[37]。 Mcnally 等研究发现， 黄瓜植株接种单丝壳白粉菌孢子48 h 后，植株中异荭草素含量急剧上升，可能是异荭草素通过增强植株抗病性来阻碍黄瓜病原孢子的生长[38]。研究发现，异荭草素可通过抑制细菌对数生长期的分裂速度， 增加细菌中蛋白质和DNA 等内容物的外溢，抑制鼠伤寒沙门氏菌的生长[39]。

3.6 调节肠道菌群

肠道菌群与人体生理状态密切相关。 通过体内研究发现， 异荭草素对小鼠肠道菌群具有一定影响，它可抑制肠道中另枝菌属（Alistipes）、幽门螺杆菌（Helicobacter）等致病菌的生长；同时，对一些有益 菌 如 乳 酸 杆 菌 （Lactobacillus）、 双 歧 杆 菌（Bifidobacterium）也存在一定的抑制作用[40]。 异荭草素对益生菌的抑制作用，可能是其广谱抑菌性所致。

3.7 其他功能活性

3.7.1 降低糖尿病发病风险糖尿病是一种代谢性疾病，胰岛素分泌的缺陷或其生物作用受损可能引起疾病的发生，造成高血糖及并发症等。 Sezik 等研究发现，15.00 mg/kg 异荭草素持续灌胃SD 糖尿病小鼠15 d 后，可显著降低小鼠的血糖、甘油三酯和胆固醇含量[41]。 也有报道表明，50.00 μmol/L 异荭草素可将人前脂肪细胞和3T3-F442A 鼠前脂肪细胞对葡萄糖的吸收能力分别提高到60.00%和139.00%， 从而抑制TNF-α 诱导的胰岛素抵抗，降低糖尿病发病风险[42]。

3.7.2 抑制虫害生长研究发现，玉米须中的异荭草素是抵抗棉铃虫侵染玉米的关键因素，某种基因可使玉米须中异荭草素的质量分数提高2.00%，达到更好的抗虫效果[43]。此外，异荭草素也可抑制布氏罗得西亚锥虫（Trypanosoma brucei rhodesiense）、黑热 病 原 虫 （Leishmania donovani）、 克 氏 锥 虫（Trypanosoma cruzi） 与 恶 性 疟 原 虫（Plasmodium falciparum） 的 生 长，IC50值 分 别 为52.80、100.00、57.20、9.70 mg/mL，从而达到抑制虫害的效果[44]。

3.7.3 降低脂肪积累据报道，小麦芽中提取的异荭草素可有效降低3T3-L1 前脂肪细胞中脂肪积累[45]。 Poudel 也研究发现，10.00 μmol/L 异荭草素可通过上调3T3-L1 细胞中胰岛素诱导基因insig1 和insig2 的表达， 下调与脂质代谢相关的特异性标志物激活蛋白-2 和脂肪酸合成酶（FAS）的释放以及降低脂肪生成转录调节因子CAAT/增强结合蛋白-α 和固醇调节元件结合蛋白（SREBP）-1c 的生成来抑制细胞脂质沉积，且抑制率高达65.00%[46]。20.00mg/kg 与40.00 mg/kg 的异荭草素可有效减轻以高果糖为饮食的昆明小鼠的体质量，与以水为饮食的对照组相比，体质量分别降低11.90%和11.07%，有效抑制肥胖[47]。

3.7.4 降低疼痛疼痛伴随疾病出现，降低疼痛感在治疗疾病过程中也是关键一步。Gou 等研究显示，异荭草素通过降低昆明小鼠血液中TNF-α、IL-1β、IL-6 炎症因子的水平，来减弱醋酸扭体实验及甲醛诱导实验分别导致小鼠的腹部和足部的痛感[48]。Kupeli 等发现15.00 mg/kg 异荭草素可显著降低苯醌导致的大鼠腹痛[49]。 近期Strada 等也发现，10.00 mg/kg 异荭草素灌胃瑞士小鼠后， 可有效减弱小鼠痛感，且随着异荭草素浓度的增加，降低疼痛的效果更明显[50]。

3.7.5 预防抑郁和保护神经系统神经系统是机体调节生理活动的主要系统，传递、加工、储存信息以及支配人体活动等。 近期，Ortmann 等通过对Wistar 大鼠细胞因子水平、 能量代谢参数以及行为的测评， 发现异荭草素可防止大鼠大脑的氧化损伤，从而降低抑郁症的发病风险[51]。

4 异荭草素的体内代谢

小肠是黄酮类物质体内代谢的主要部位。Wister 大鼠灌胃荭草药液后， 收集不同时间段的大鼠尿液、粪便以及24 h 的胆汁，检测发现异荭草素体外排出的含量较少，说明异荭草素被肠道充分吸收继而发挥了它的活性功能。Zhang 等研究发现，竹叶中异荭草素经过SD 大鼠体内代谢后， 在胃肠管中除少量异荭草素外，还检出间苯三酚、氢化咖啡酸等小分子物质。 作者认为，异荭草素在体内可发生分解代谢，代谢途径如图2 所示。 异荭草素拟存在两种代谢途径，一种是经去糖基化作用被水解为木犀草素；另一种是直接加氢生成3′，4′，5，7-四羟基黄酮-6-葡萄糖，然后去羰基化生成圣草酚，最后苯环开环作用后被水解生成间苯三酚和二氢咖啡酸[52]。

图2 异荭草素代谢途径Fig. 2 Proposed metabolic pathways of isoorientin

5 异荭草素的化学合成方法

除从植物中提纯天然异荭草素外，也可通过有效的化学手段合成异荭草素。 Kumazawa 等研究发现，可通过以下10个步骤，获得总得率为15%的异荭草素（图3）。 首先，合成葡萄糖基受体5；其次，氢化水解获得葡聚糖苯乙酮衍生物；再次，葡聚糖苯乙酮衍生物与3，4-双苄氧基苯甲醛的羟醛缩合形成相应的黄酮的前体；最后，应用I2-DMSO，随后构建黄酮系统，产生异荭草素[53]。

图3 异荭草素化学合成过程Fig. 3 Chemical synthesis of isoorientin