菊苣酸的研究进展

王红，冯帅，史磊，田新，李峰*，李鹏

(1.山东中医药大学，山东 济南 250355;2.山东省医学科学院基础医学研究所，山东第一医科大学，山东 济南 250062)

菊苣酸，又称二咖啡酰酒石酸，是一种主要从菊科植物(菊苣、紫锥菊、莴苣)中提取分离得到的咖啡酸类成分。研究表明菊苣酸具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、提高机体免疫等多种药理作用[1]，然而其药理作用机理尚不明确。自从1958年菊苣酸被鉴定分离后，很大程度上被忽视，《中国药典》2020年版也无收载其含量测定等项目，近年来，医药界对菊苣酸的研究越来越广泛，不仅是在保健方面，更多的是将重心转移至对其药理作用方面的研究。本文就近年来国内外有关菊苣酸的植物来源、化学研究、药代动力学及生物活性进行归纳总结，旨在为菊苣酸提取工艺及药理学方面的深入研究提供参考，为其合理开发与利用奠定理论基础。

1 菊苣酸的植物来源

1958年，研究者从菊苣的叶中分离鉴定出菊苣酸，研究发现，菊苣酸存在多个种属中，其中以菊科植物为主[2]。已有文献表明，菊苣酸存在于6科12属14种中，存在部位涉及根、茎、叶、花及胚子体，具体详见表1。

表1 不同种属植物中菊苣酸的分布及存在部位

2 菊苣酸的理化研究

2.1 菊苣酸性质

2.1.1 理化性质 菊苣酸(cichoric acid，CA)，分子式C22H18O12,分子量为474，不同植物中含有的菊苣酸的构型不尽相同，主要分为3种构型：分别为左旋型菊苣酸(L-CA)、右旋型菊苣酸(D-CA)及内消旋体(meso-CA)(见图1)，自然界中存在最多的构型为L-CA。其晶型为细针状结构，D-CA的旋光度[α]+为 383.5°(甲醇，浓度为1.555 mol·L-1)，L-CA的旋光度[α]+为 333°(甲醇，浓度为0.1 mol·L-1)易溶于甲醇、乙醇及丙酮等各类有机溶剂，较易溶于热水中，微溶于乙酸乙酯和乙醚，不溶于苯、氯仿和轻石油。因其分子结构中含有多个羟基，可与三氯化铁试剂发生络合反应而变成黑绿色；处于碱性环境时，菊苣酸溶液起初呈现黄色，颜色随pH变化而变化，碱性条件下则容易分解[19]。

图1 3种不同构型的菊苣酸立体异构体化学结构式

2.1.2 稳定性 菊苣酸不稳定，尤其易在水相及潮解的地方发生酶解和氧化，因此其稳定性受到诸多因素的影响，如所处环境的温度、湿度、酶、紫外光等。在紫锥菊中菊苣酸是最主要的活性成分，Nusslein等[20]研究发现紫锥菊产品制备中，在萃取溶剂或饱和氮的缓冲蛋白提取物中加入抗氧化剂可降低因多酚氧化酶导致的菊苣酸和其他咖啡酸衍生物的降解。Stuart等[21]研究表明随着干燥温度的升高，紫锥菊各部位的菊苣酸浓度在下降，可见温度对菊苣酸稳定性有较大的影响。Kim等[22]发现干燥方法和温度对紫锥菊花中菊苣酸有较大的影响，全真空微波干燥法和冷冻干燥法能够最大限度地保留菊苣酸的含量，而风干干燥方法对菊苣酸含量影响较大。谢继国等[23]研究表明，晶体状和棉絮状菊苣酸在固态条件下不易降解，可稳定保存；菊苣酸在水溶液中易发生水解反应，而在有机相(甲醇溶液)中则能长时间保存。甘婧等[24]研究了环境、温度、pH值、紫外光和金属离子等对菊苣酸稳定性的影响，结果表明菊苣酸的稳定性会伴随pH值和温度的升高而降低；0.5 moL·L-1的Na+和K+不影响菊苣酸的稳定性，但菊苣酸能使含有Ca+的溶液变为黄色；紫外光照射也会影响菊苣酸的稳定性。影响其稳定性的具体因素如图2所示。

图2 影响菊苣酸稳定性的因素

2.2 提取工艺研究 目前使用较多的菊苣酸提取方法有回流提取法、溶剂提取法、萃取法、正交试验法及超声波提取法等，菊苣酸提取工艺研究详见表2。

表2 菊苣酸提取工艺研究

表2(续)

2.3 含量检测方法 目前菊苣酸含量的检测方法有高效液相色谱法、超高效液相色谱法、高速逆流色谱法等。罗旭彪等[31]报道了用等度HPLC紫外检测法[Xterra C18柱(5 μm，150 mm×3.9 mm)为色谱柱，流动相：400 mmol·L-1醋酸铵-甲醇 为95∶5]测定紫锥菊及其复方制剂中菊苣酸的含量。陈英红等[32]采用反相高效液相色谱法[色谱柱Hypersil C18(4.6 mm×250 mm,5 μm)，流动相：乙腈和0.4%磷酸梯度洗脱比例在0～40 min由10∶90线性变化为31∶69]测定了苦碟子中(-)3，4-二咖啡酰基酒石酸和菊苣酸的含量，该方法操作简单、快速精确，灵敏度高。魏秀丽等[33]采用反相超高相液相色谱法[采用ACQUITY UPLC C18色谱柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm)为分离柱，以乙腈-0.4%磷酸水溶液进行梯度洗脱]快速测定了紫锥菊根末中单咖啡酰酒石酸和菊苣酸的含量，与HPLC相比，该法分析速度快，色谱分离好，前处理简单。

3 菊苣酸的药代动力学研究

药物及其制剂在体内的药代动力学过程包括在体内的吸收、分布、代谢及排泄，根据各个过程的动力学参数可确定给药方式、给药剂量、给药时间等，为新药研发提供药理学方面的参考。据文献报道，经灌胃给药后，菊苣酸在大鼠的肝、肺、肾、心及脾脏中的分布均呈下降趋势[34]。熊晓红[35]发现菊苣酸在大鼠肠道内吸收差，在体内生物利用度较小，可能是由于进入胃、肠道及肝脏后发生转化所致。Bel-Rhlid等[36]通过模拟人体胃肠道消化过程，表明菊苣中的活性成分菊苣酸和咖啡酸在体内吸收和代谢前被肠道菌群降解。Liu等[37]采用液质串联质谱分析菊苣酸在大鼠肝微粒体中的代谢过程，证明菊苣酸的代谢过程与菊苣酸及微粒蛋白的浓度和孵育时间密切相关。

4 生物活性

菊苣酸主要具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、抗糖尿病、抗肥胖、免疫调节等药理作用。

4.1 抗炎作用 文献报道显示[38]，80 μmol·L-1菊苣酸能够显著抑制脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)诱导的BV2小胶质细胞活力的下降，细胞活力从82.73%下降到90.43%。Liu等[39]发现菊苣酸可显著改善线粒体功能，调节丝裂原蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPKs)和PI3K/AKT等氧化还原稳态相关信号通路，增加PGC-1α、SIRT1表达，增强AMPK磷酸化，促进能量代谢来减轻神经元的炎症反应。Park等[40]评估了木犀草素和菊苣酸(浓度比例为1∶2)的协同抗炎活性，木犀草素和菊苣酸共同处理可抑制NF-κB和Akt的磷酸化，降低细胞一氧化氮(nitric oxide，NO)和前列腺素E2(prostaglandin，PGE2)的产生和表达，抑制诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)和环氧合酶(cyclooxygenase-2，COX-2)的表达，同时降低促炎细胞因子、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)和白细胞介素-1(interleukin -1，IL-1)的水平。此外，不同剂量的菊苣酸(12.5、25、50 mg·kg-1)可显著抑制脂多糖和半乳糖胺引起的急性肝损伤，死亡率分别降低到30%、50%和80%[41]。程永学等[42]研究紫锥菊花中乙醇提取物对二甲苯所致的小鼠耳肿胀和蛋清所致的小鼠足跖肿胀的效果，结果表明，当提取物剂量为1 125 mg·kg-1时，小鼠耳肿胀和足跖肿胀抑制率分别为14.05%和12.23%；当提取物剂量为2 250 mg·kg-1时，小鼠耳肿胀和足跖肿胀抑制率分别为19.14%和21.24%；当提取物剂量为3 375 mg·kg-1时，小鼠耳肿胀和足跖肿胀抑制率分别为23.05%和26.21%。

4.2 抗氧化作用 Federica等[43]在评估紫锥菊甲醇提取物自由基清除能力时，发现松果菊苷(EC50为6.6 μmol·L-1)清除自由基的能力最强，菊苣酸(EC50为8.6 μmol·L-1)次之，咖啡酸(EC50为20.5 μmol·L-1)最弱。Jia等[44]研究表明10 mg·kg-1或100 mg·kg-1菊苣酸能够显著抑制活性氧(reactive oxygen species，ROS)的产生和环氧化酶(cyclooxygenase，Cox-2)的表达，其主要机制是通过p38-MAPK、c-Jun和AKT信号通路抑制脑缺血再灌注损伤大鼠的氧化应激和炎症反应。Ma等[45]通过体外试验和斑马鱼模型研究菊苣酸的抗氧化作用，发现6、12及24 mg·L-1的菊苣酸能剂量依赖性的抑制ROS和MDA的表达，刺激超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-px)的产生，并且也通过Keap1-Nrf2和HO-1信号通路发挥抗氧化作用。刁志君[46]分别从细胞和动物水平研究了菊苣酸抑制机体氧化的能力与机制，研究表明100 mg·kg-1菊苣酸能显著提高小鼠大脑皮质和肝脏中 Nrf2 通路相关蛋白的表达、0.5 mg·mL-1的菊苣酸能够维持细胞内氧化还原平衡，以及50 μmol·L-1菊苣酸和100 μmol·L-1H2O2共同作用能够上调 Nrf2/Keap1 信号通路下游相关抗氧化防御酶的表达。另外，植物中不同成分之间也可发挥协同抗氧化的作用，孟创鸽等[47]研究了菊苣茎中5种酸性成分的协同抗氧化活性，结果表明菊苣酸与绿原酸或木犀草苷的复配比例为1∶15时，协同抗氧化能力更强。

4.3 抗肿瘤作用 Tasi等[48]研究了的紫锥菊花中的乙醇提取物对人结肠癌细胞增殖、凋亡和端粒酶活性的影响，发现其乙醇提取物对结肠癌细胞有较强的生长抑制作用(其特征是DNA片段化、caspase-9活化、PARP裂解和 β-catenin下调)，可能的机制是端粒酶活性降低，诱导细胞凋亡所致。Sun等[49]研究证实在异种移植胃癌模型中，20 μmol·L-1菊苣酸以剂量依赖性的方式显著降低SGC-701和MGC-803胃癌细胞的细胞活力，诱导胃癌细胞凋亡，抑制肿瘤生长。菊苣酸这一作用的机制是促进AMPK调控的内质网(endoplasmic reticulum，ER)应激诱导胃癌细胞自噬。

4.4 抗病毒作用 Zhang等[50]建立了D-半乳糖胺(D-GalN)诱导的人HL-7702肝细胞损伤的模型，发现10～100 μg·mL-1菊苣酸能够显著减轻D-GalN诱导的HL-7702肝细胞损伤，1～100 μg·mL-1的菊苣酸在受感染的鸭胎肝细胞中显著抑制DHBV DNA的复制。Langland等[51]发现具有咖啡酰基的部分有机化合物(如咖啡酸、迷迭香酸、菊苣酸等)与金属和其他无机离子配对时咖啡酸抗单纯疱疹病毒(herpes simplex virus，HSV)的特性增强。Lee等[52]研究发现L-菊苣酸的半聚体可作为新的HIV-1(human immunodeficiency virus type1，HIV-1)整合酶抑制剂，两种半聚体的IC50值分别为10.5和12.0 μmol·L-1，与母体化合物L-菊苣酸(IC50为15.7 μmol·L-1)相当。Robinson[53]验证了HIV整合酶抑制剂L-Chicoric acid与蛋白酶抑制剂和齐多夫定的组合，发现其结合物具有抗HIV活性的作用。另外，Pluymers等[54]发现L-CA和D-CA及各自的类似物抗HIV的机制表现在抑制病毒复制的早期阶段，即为病毒的入侵阶段。

4.5 抗糖尿病作用 近年来，糖尿病已经成为一种威胁人类健康的隐形的、慢性的基础代谢疾病，其特点主要是发病率高、并发症多，这使得患病人数逐年增多，给社会造成巨大负担，由于西药毒副作用大、毒性大、安全性差，因此寻找可靠的天然抗糖尿病的药物迫在眉睫[55]。Azay-Milhau等[56]研究表明，50 μg·mL-1和100 μg·mL-1天然菊苣酸提取物均能够增加胰腺细胞的胰岛素分泌及15和30 mg·kg-1天然菊苣酸提取物均能够增加肌肉细胞的葡萄糖摄取，从而发挥抗高血糖的作用。Kim等[57]研究发现10 和15 μmol·L-1菊苣酸均可以平衡机体对葡萄糖的摄取、改善受损的胰岛素信号通路及增强线粒体膜电位和耗氧量。

4.6 抗肥胖作用 有研究认为，前脂肪细胞的死亡和抑制脂肪细胞中脂肪的生成在发挥减肥效果中起着关键作用。虽然菊苣酸具有较强的生物活性，但很少有人研究菊苣酸对3T3-L1前脂肪细胞的作用。Xiao等[58]发现菊苣酸通过ROS介导的PI3K/Akt和MAPK信号通路诱导3T3-L1前脂肪细胞的凋亡达到抑制肥胖的效果，除此之外菊苣酸还通过PI3K/Akt途径下调HO-1和COX-2的表达发挥作用。

4.7 免疫调节作用 Kour等[59]研究了从蒲公英中分离的菊苣酸在增强慢性应激小鼠免疫反应中的作用，发现1 mg·kg-1菊苣酸通过控制CD28/CTLA-4共刺激分子的表达以及通过调节Th1细胞因子IL-12和抑制IL- 10的表达来刺激免疫应答。Stevenson等[60]采用3种体外测量巨噬细胞免疫功能的方法对NF-κB，TNF-α 和 NO的产生进行了检测，结果表明0.2 μg·mL-1的菊苣酸能降低LPS诱导的NF-κB、TNF-α和NO的水平。

4.8 抗衰老 随着经济社会的飞速发展和生活质量的提高，衰老问题逐渐引发社会各界人士的广泛关注，据文献报道，衰老是人体各器官及生理机能逐渐老化的过程且与慢性疾病息息相关，导致死亡风险的程度加大，因此预防自身机能衰老显得尤为重要[61]。Peng等[62]研究表明浓度为25～50 μmol·L-1的菊苣酸能够显著延长线虫的寿命，其主要机制可能是通过调控AAK2上游因子和SKN1下游因子来增强抗氧化应激的特性，延缓其寿命。菊苣酸具体生物活性机制详见下图3。

图3 菊苣酸的生物活性机制

5 结语与展望

菊苣酸作为菊科植物的主要活性成分，具有较广泛的药理作用，提示其作为有效的药物新成分具有一定的可能。近年来，菊苣酸的研究取得了一定的进展，但其稳定性、有效性方面还存在不足，具体表现为以下几个方面：①化学结构的稳定性还需进一步深入研究。菊苣酸具有L-菊苣酸、D-菊苣酸及meso-菊苣酸3种异构体，不同空间结构的异构体也会影响其药理活性强弱。另外，菊苣酸易受到各种外界因素影响，不稳定、易降解，这也与其化学结构相关，因此选取何种构型的菊苣酸作为新药开发的重要活性成分，作用于人体后是否会发生分解反应还有待进一步考究；②植物不同部位的菊苣酸是否存在协同或拮抗作用。植物不同部位(如根、茎、叶、花等)均含有菊苣酸，不同部位菊苣酸可能会影响植物多种分子生物学过程，但此过程中不同部位菊苣酸是协同还是拮抗发挥药理活性还需建立动物模型和大量的临床试验来验证；③菊苣酸作为单体成分，具有成分单一、安全、有效、毒性小的优点，但在免疫调节、抑制肥胖及抗衰老作用方面研究较少，尚需进一步深入研究阐明其机制。

目前，随着我国经济水平和生活质量的提高，菊苣酸无论是作为保健产品的主要成分还是新药的有效成分，其作用都不可估量，具有广阔的市场发展前景。因此，基于菊苣酸具有提高人体免疫力的功能，可开发出适合广大消费者的医疗用品和保健品，充分发挥其潜在的药用价值和经济价值。