丁香挥发化学成分与药理活性研究进展

汤逸飞，张 婷，陈 诚，王经纬，丁美红*

(1.浙江中医药大学，浙江 杭州 310053，2.嘉兴市农业综合检验检测中心，浙江 嘉兴 314050)

丁香挥发成分源于桃金娘科植物丁香(EugeniacaryophyllataThunb.，又称SyzigiumaromaticumLinn.等)，该品种目前在国内仅海南和云南等省有少量种植记录，大宗原料以国外进口为主。我国的丁香药用历史可追溯到清代赵学敏编著的《本草纲目拾遗》，书中载明丁香挥发成分具有“治胃寒痛胀、呃逆、吐泻、痹痛，疝痛，口臭，牙痛”等功效。虽然我国药典收载的丁香挥发成分提取物明确用丁香的干燥花蕾作为原料，但是丁香果实和叶在国际贸易中仍较为常见。本研究通过查阅国内外相关研究资料，首次对丁香挥发化学成分药理功能等进行了系统性概述，为合理开发和利用丁香“药辅合一”作用，为中医药“通行向导之使”，研究其携药入转运动力学作为中医药穴位给药机制的关键提供了科学依据。目前，丁香挥发化学成分分析和研究主要包括丁香酚(1)、乙酸丁香酚酯(3)、丁香烯(14)等化合物30余种，现详述如下。

1 丁香挥发化学成分

1.1 芳香族类化合物

丁香挥发成分中芳香族化合物以丁香酚(1)、异丁香酚(2)和乙酸丁香酚酯(3)为代表。丁香酚(1)是丁香主要的非特有挥发成分[1]，约占75.0%～88.0%。而一些丁香酚(1)含量低于70%，可能与采用丁香果实和叶原料有关。根据大鼠大剂量试验，丁香酚(1)发挥作用半衰期较短，能够在体内迅速消除，代谢物主要是在尿液中。代谢的主要途径是丁香酚的游离羟基与葡萄糖醛酸或硫酸盐的结合，其他代谢途径包括去甲氧基化和烯丙基双键的还原[2]。丁香中本身不存在异丁香酚(2)，但丁香大剂量挥发可能造成丁香酚(1)异构形成异丁香酚(2)的现象[3]，应避免大量产生皮肤刺激性更大的顺式-异丁香酚[4]。

此外，乙酸丁香酚酯(3)是丁香挥发成分的重要组成部分之一[1]。其他芳香族类化合物，包括惕各酸苄酯(4)、肉桂酸乙酯(5)、2-苯乙酸乙酯(6)、苯甲酸乙酯(7)、乙酸苄酯(8)、薄荷基苯甲酸酯(9)、薄荷基丁香酚(10)、肉桂醛(11)、反式茴香烯(12)和苯甲醇(13)也均能检出，但含量均小于0.1%[4]，而这些常见香味物质少量存在，并不会影响丁香挥发成分品质，甚至可以降低丁香酚(1)的潜在高剂量刺激性[2]。部分常见丁香挥发成分中芳香族类化合物的结构式见图1。

图1 部分常见丁香挥发成分中芳香族类化合物结构式

1.2 倍半萜类化合物

丁香挥发成分中倍半萜类化合物主要分为丁香烯类、葎草烯类和薄荷基类。丁香烯类属于丁香烷型倍半萜，主要以丁香烯(14)和氧化丁香烯(15)为代表。丁香烯(14)约占正品丁香挥发成分的5.0%～14.0%，为主要的鉴别成分之一[1]。虽然氧化丁香烯(15)本身在丁香挥发成分中占比很小(0.1%～1.41%)[5-6]，但是丁香烯(14)暴露在空气中数周后会超半数氧化生成氧化丁香烯(15)。虽然氧化丁香烯(15)也有独特的药理活性，但已经被证明对皮肤刺激性较大，容易产生皮肤过敏，因此应尽量避免丁香挥发成分暴露在空气中[7]。

葎草烯类属于葎草烷型倍半萜，约占正品丁香挥发成分的0.6%～2.1%[5-8]，由α-葎草烯(16)、葎草烯醇(17)和氧化葎草烯(18)组成，主要以α-葎草烯(16)为研究热点。α-葎草烯(16)有天然的11元单环萜烯，具有3个分离的E-构型双键，对正常细胞毒性相较于丁香酚(1)和丁香烯(14)要小[9]。

薄荷基类是带有一个薄荷基类的倍半萜，约占正品丁香挥发成分的0.2%[5]，以菖蒲烯(19)和去二氢菖蒲烯(20)研究较多。其他薄荷基类包括α-紫穗槐烯(21)、γ-杜松烯(22)、α-荜澄茄油烯(23)、古巴烯(24)和α-依兰油烯(25)。这些物质可调和丁香挥发成分的香味，使得其更加独特。部分常见丁香挥发成分中倍半萜类化合物的结构式见图2。

图2 部分常见丁香挥发成分中倍半萜类化合物的结构式

1.3 二萜和单萜类化合物

丁香挥发成分中二萜仅发现有薄荷基胡椒酚(26)的存在，单萜类化合物包括芳樟醇(27)、香芹酮(28)和α-乙酸松油酯(29)其含量发现均小于0.1%[5]，这和丁香挥发成分的性质和制取工艺有关，这些物质除芳樟醇(27)已研究证明有独特的生物活性，可调和丁香挥发成分的香味。部分常见丁香挥发成分中二萜和单萜类化合物的结构式见图3。

图3 部分常见丁香挥发成分中二萜和单萜类化合物的结构式

1.4 酮、酯和醇类化合物

丁香挥发成分中酮、酯和醇类化合物都具有一定水果香味，2-庚酮(30)约占0.9%，己酸乙酯在丁香挥发成分中约占0.7%，其他微量物质(<0.1%)包括2-十一烷酮、2-壬酮、辛酸薄荷酯、辛酸乙酯、2-壬醇和2-庚醇等[5]。

2 药理活性

2.1 抗氧化

许多天然抗氧化剂都为酚类结构，丁香挥发成分中存在大量的丁香酚(1)，抗氧化效果更为明显。丁香酚可以参与光化学反应并展示强大的抗氧化活性，可以通过多种机制清除自由基和螯合金属离子。另外，α-葎草烯(16)可防止由于产生化合物活性氧(ROS)引起的氧化应激，从而保护细胞免受损伤[9]。

2.2 抑制细菌

离体实验证明丁香挥发成分对大肠杆菌(Escherichia coli)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)[10]、变形链球菌(Streptococcus mutans)[11]、偶发分枝杆菌(Mycobacterium fortuitum)、普通变形杆菌(Proteus vulgaris)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella Pneumoniae)、粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)和乙型副伤寒沙门氏菌(Salmonella type B)[12]有很好的抑菌效果，甚至在抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌体外活性方面表现突出[13]。大鼠实验证明丁香挥发成分能够抑制大鼠胃中的细菌菌群[14]，而且研究也发现其抑菌活性成分主要是丁香酚(1)，该成分对鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和副溶血性弧菌(Vibrio parahemolyticus)都有很好的抑制作用[15]。另外，丁香挥发成分中丁香烯(14)、α-葎草烯(16)[16]和芳樟醇(27)[17]等成分均有一定的抑菌效果，可能在丁香挥发成分抑制细菌时起到协同作用。

2.3 抑制真菌

一些真菌菌种对丁香挥发成分中的丁香酚(1)具有敏感性，这些真菌包括白色念珠菌(Candida albicans)[12，18]、新型隐球菌(Cryptococcus neoformans)[18]、新月弯孢菌(Culvularia lunata)、少根根霉(Rhizopus arrhizus)、黑根霉(Rhizopus nigricans)和总状共头霉(Syncephalastrum racemosum)[19]。另外，丁香酚(1)对曲霉属(Aspergillus spp.)[19-22]、青霉属(Penicillium spp.)[19，21]、镰刀菌属(Fusarium spp.)[19，21]、枝孢属(Cladosporium sp.)[19]和炭疽菌属(Colletotrichum sp.)[19]菌群普遍有抑制作用。

2.4 抗病毒

研究发现丁香烯(14)有抗1型单纯疱疹病毒活性作用，并且有研究表明，像丁香酚(1)、异丁香酚(2)和乙酸丁香酚酯(3)这些存在苯丙烷基团和像丁香烯(14)和α-葎草烯(16)这样的倍半萜可能有助于丁香挥发成分的抗病毒活性[23]。

2.5 局部麻醉和止痛

丁香挥发成分对斑马鱼[24]、加州黄尾鱼[25]和锦鲤[26]等小个体动物有明显麻醉作用，丁香酚(1)、丁香烯(14)和芳樟醇(27)[17]在其中起着关键性作用。丁香酚(1)是低浓度的膜稳定药物，对人体有局部麻醉作用：可逆的激活蛋白(CAP)抑制作用，阈值增加，高频抑制和静息膜电位无反应药物的肌肉[27]。尽管血管组织长时间暴露于丁香酚(1)水溶液中看起来会抑制细胞功能，但可能有助于药物的镇静剂在使用期间产生止痛药效果[28]。丁香烯(14)在(10-4～1 μg/mL)兔结膜反射试验中表现局部麻醉效果，但氧化丁香烯(15)证明没有效果[29]。在神经性疼痛的小鼠模型中，注射丁香烯(14)可以通过激活外周大麻素(CB)2受体拮抗剂产生抗异常性疼痛[30]。

2.6 肌肉松弛和抗惊厥

丁香挥发成分中丁香酚(1)的水溶液能够抑制血管收缩反应，对离体灌注在兔耳中央动脉中的外源去甲肾上腺素、组胺和动脉周围交感神经刺激有抑制作用。丁香酚(1)可以抑制平滑肌收缩，其原理类似于局部麻醉，起到抗惊厥作用[28]。

2.7 清热

丁香挥发成分中丁香酚(1)可以减轻发烧，与常见清热药物乙酰氨基酚的作用相似，可抑制下丘脑调节中枢，通过神经调节引起外周血管扩张、出汗而发挥解热的作用[28，31]。

2.8 抑制炎症细胞因子

丁香挥发成分中丁香烯(14)和α-葎草烯(16)可有效降低血小板活化因子，能够减少由组胺注射引起的水肿，在很大程度上抑制了给大鼠注射角叉菜胶引起的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的产生；而丁香烯(14)对白介素-8(IL-8)和α-葎草烯(16)对白介素-1β(IL-1β)的抑制作用也非常明显。此外，通过将地塞米松用作阳性对照药物的口服试验发现，丁香烯(14)和α-葎草烯(16)可降低前列腺素E2(PGE2)的产生，并诱导性一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶(COX-2)的表达。因此，丁香挥发成分可抑制缓激肽、血小板活化因子、组胺、白介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和前列腺素E2(PGE2)等不同的炎症介质，可能通过抑制转录因子如核因子-κB(NF-κB)的活化来抑制炎症蛋白的表达[32-35]。

2.9 抑制肿瘤细胞

丁香挥发成分中丁香烯(14)、氧化丁香烯(15)、α-葎草烯(16)和菖蒲烯(19)对肿瘤细胞的抑制作用已被实验证实。丁香烯(14)通过诱导钙黄绿素的细胞内蓄积这样的不同作用机制促进药物蓄积，促进常见抑制肿瘤细胞药物紫杉醇通过细胞膜，增强紫杉醇对人乳腺癌细胞(MCF-7)和人结肠腺癌细胞(DLD-1)的抗癌活性[36]。

氧化丁香烯(15)不仅抑制磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)/激酶(S6K1)信号级联的组成性激活；而且还导致肿瘤细胞中细胞外调节蛋白激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38 MAP激酶(p38 MAPK)的激活。氧化丁香烯(15)可以干扰参与肿瘤发生的上述多个信号级联反应，可作为预防和治疗癌症的潜在治疗候选药物[37]。

另外，α-葎草烯(16)有在体外和体内抑制蛋白激酶B(Akt)，降低肝细胞癌(HCC)增殖和增强肝细胞癌(HCC)凋亡诱导的能力[38]。菖蒲烯(19)可用于基于树突细胞的免疫疗法治疗癌症[39]。

2.10 治疗心理疾病

丁香挥发成分的独特香味对各种动物包括人类都具有引诱效果，再加上由于丁香挥发成分的主要成分丁香酚(1)对神经传递具有的阻断作用，目前丁香挥发成分已开始用于手掌多汗症等心理疾病的治疗[40]。

3 结语

丁香挥发成分香味独特诱人，化学成分脂溶性好、挥发性强，具备抗氧化、抑菌、抗病毒、局部麻醉、止痛、肌肉松弛、抗惊厥、清热、消炎、预防和治疗癌症等药理活性，可以协同配合其他药物或直接发挥药效。但这些特点并不是丁香挥发成分所有有效活性成分都能体现或协同体现的，因此，在丁香挥发成分的实际应用上应注意以下3点：①应对丁香挥发成分的使用剂量进行严格控制。丁香挥发成分的抑制和增强作用似乎有剂量依赖性，例如丁香挥发成分对小鼠免疫应答的调节，其中观察到了剂量-反应关系的倒置，代表了一种非典型的多相反应[41]。这也说明丁香挥发成分的有效性与剂量有关，也与各有效活性成分的协同有关。不过在丁香挥发成分作为药辅材料的应用过程中，不能一味地加大剂量或浓度，不然可能会造成对机体的毒害作用。②应进一步调和丁香挥发成分的毒害作用。有研究表明，丁香酚(1)大剂量给药会对肝脏产生不利影响，对胃黏膜细胞有刺激性作用，胃表皮细胞会受到机械损伤而脱落。也有研究证明谷胱甘肽对丁香挥发成分中的丁香酚(1)过敏，因此，细胞内谷胱甘肽水平在调和丁香酚(1)的毒性方面具有重要意义[42]。③应控制丁香挥发成分的原料来源和储存环境。加大对顺式-异丁香酚[4]和氧化丁香烯(15)[7]等过敏成分的检测力度，以保证丁香挥发成分的使用安全，可以考虑分离或提纯丁香挥发成分的各种有效活性成分。

总之，丁香挥发成分具备开发应用的潜力，但其协同配合其他药物或直接发挥药效的机制还有待进一步研究。