芦丁及其衍生物研究进展*

娄 永，马志欢，邵香敏，翟广玉

（郑州工业应用技术学院药学与化学工程学院，河南 郑州 451100）

0 前 言

随着科学技术的发展，人们逐渐认识到，从天然产物中获得的化合物，应用于防病治病，效果更好。利用植物中的化学物质促进健康，是目前人们关注的热点。膳食多酚在植物中广泛分布，众所周知，提高水果和蔬菜的摄入量可以减少发病率，是由于膳食多酚的作用，类黄酮被认为是日常饮食中的膳食多酚[1]。芦丁（Rutin，图1）属于类黄酮，槲皮素的糖苷，存在于水果例如橘子，葡萄柚，柠檬和酸橙等；蔬菜例如芦笋、番茄、黄瓜等；中草药例如槐米、黄芪、葛根、陈皮等。芦丁具有抗氧化，抗炎，抗过敏，抗菌、抗病毒、抗癌、保护心脑血管和抗糖尿病等作用[2]。越来越多的证据证实，源自蔬菜、水果和药用植物的类黄酮通过自由基清除活性，影响细胞的生长，分化及其功能，对人们的健康，防病治病起着重要作用[3]。

图1 芦丁的结构Fig. 1 The structure of rutin

芦丁是一种很有前途的天然膳食化合物，对疾病有预防和控制的作用[4]。芦丁作为保持及恢复毛细血管正常弹性的药物广泛使用，由于芦丁的生物利用度低，对其结构优化修饰，已经合成了许多生物利用度高，活性显著的衍生物[5]。作者从不同的数据库，例如：Elsevier Journal、Springer、PubMed、Google Scholar、SciFinder 和中国知网等，综述了近十年来芦丁及其衍生物研究进展，重点介绍了芦丁的抗癌、降糖，芦丁衍生物的抗菌、抗癌和降糖作用，为天然化合物的开发和利用提供参考。

1 芦 丁

1.1 含有芦丁的常用药

芦丁属于维生素类，有降低毛细血管通透性和脆性的作用，可保持及恢复毛细血管的正常弹性。用于防治高血压脑溢血、糖尿病视网膜出血和出血性紫癜等。目前《中华人民共和国药典》（2018年版）共收录含有芦丁的药物有4 种：

芦丁片：用于脆性增加的毛细血管出血症，也用于高血压脑病、脑出血、视网膜出血、出血性紫癜、急性出血性肾炎、再发性鼻出血、创伤性肺出血、产后出血等的辅助治疗。

复方芦丁片：由芦丁和维生素C 两种成分制成的复方制剂，主要用于治疗高血压、脆性增加的毛细血管出血症，也用于各种出血症状的辅助治疗。芦丁具有维持血管抵抗力、减少脆性、降低其通透性及抗病毒、抗炎等作用；维生素C 是人体每天必需摄入的营养成分,临床用于坏血病的预防及治疗,可增强抵抗力。芦丁是一种氢的传递体，参与体内氧化还原酶的作用，能影响甲状腺的活动，并使肾上腺素免于氧化，在体内，能增强维生素C 的作用和促进维生素C 在体内蓄积。复方芦丁主要药理作用是维持血管弹性，增强毛细血管抵抗力，降低其脆性与通透性，并促进其细胞增生和防止血细胞凝集[6]。

亚油酸维生素E 胶丸/二维芦丁片（商品名为益寿宁）：为复方制剂，亚油酸维生素E 胶丸由亚油酸和维生素E 制成，二维芦丁片由芦丁、维生素B6和维生素C 制成，用于高胆固醇血症及动脉粥样硬化治疗，两者起着相辅相成的作用[7]。

复方三嗪芦丁片：含有氢氯噻嗪、硫酸双肼屈嗪、盐酸异丙嗪、芦丁等10 种主要成分及辅料，该药品主要用于治疗高血压[8]。

珍菊降压片是降血压常用的一种中西药复方制剂,由野菊花、盐酸可乐定、氢氯噻嗪、芦丁、珍珠层粉等成分组成[9]。珍菊降压片药典没有收录，部颁标准有收录，是常用的降压药。

目前，在全球范围内注册的药品中超过130 种治疗药物包含芦丁[10]。

芦丁还作为食用色素(似柠檬黄色)；抗氧化剂；营养增补剂。主要用于冷饮、饮料、糕点、肉类加工品、水产加工品等。

1.2 抗氧化性

在人体代谢过程中有大量的自由基产生，自由基与蛋白质等分子作用，就会导致病理变化。芦丁是天然的抗氧化剂， 可以清除自由基。Kamalakkannan 等[11]研究了芦丁在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠中的抗氧化潜力。腹膜内注射链脲佐菌素（50 mg/kg）可致糖尿病。评估了空腹血浆葡萄糖和胰岛素的水平及肝、肾和脑中的脂质过氧化产物和抗氧化性。口服芦丁（100 mg/kg）持续45 d（p<0.05），可减少脂质过氧化产物，显著降低空腹血糖，增加胰岛素水平并改善糖尿病大鼠的抗氧化状态，肝，肾和脑的组织病理学研究显示芦丁具有保护作用。

1.3 抗菌作用

类黄酮的抗菌活性，与抗生素的协同作用和抑制作用，归因于三种机理：细胞质膜损害，抑制核酸合成，以及能量代谢的抑制。芦丁的抗菌活性主要是，调节普通应激反应中蛋白质的表达水平，特别是诱导蛋白质的激活控制体系，并影响碳水化合物和氨基酸代谢，蛋白质合成和细胞壁完整性[12]。通过水凝胶评估芦丁在水凝胶系统中的抑制区域，一种针对金黄色葡萄球菌，大肠杆菌的实验显示：芦丁水凝胶制剂显示出显著的抗菌活性[13]。在另一项研究中，使用芦丁的甲醇水溶液，进行了圆盘扩散法生长八种肠道微生物和微量稀释方法。显示出对假单胞菌、铜绿假单胞菌和肺炎克雷伯菌的有效活性[14]。Stojkovi 等[15]使用更实用的鸡肉汤方法，而不是微生物培养基，测试芦丁的抗氧化和抗菌性能，他们观察到芦丁抑制了食品污染物鸡肉汤中的金黄色葡萄球菌。

1.4 抗癌作用

大量研究表明，芦丁具有抗癌作用。这些效果已在体外和体内研究中进行了评估。黄酮类化合物作为抗癌药的多种作用机制已经确定，包括致癌物灭活，抗扩散，细胞周期停滞，诱导凋亡和分化，抑制血管生成，抗氧化和逆转多药耐药性或这些机制的组合[16]。

肺癌是世界范围内最常见的癌症，具有死亡率最高，易转移的特点，对化疗药物的耐药性，以及药物的细胞毒性是常见的肺癌患者的死亡原因。芦丁可调节人肺腺癌A549 细胞和糖原合酶激酶3（GSK-3）的表达。GSK-3 参与众多蜂窝网络包括增殖，细胞周期和凋亡的过程。纤连蛋白，I 型和IV 在细胞外基质的形成中起重要作用，该基质控制粘附和癌细胞的迁移。芦丁阻碍了A549 细胞与纤连蛋白和胶原蛋白的粘附I 型和IV 型，从而抑制肺癌细胞的迁移。Sghaier 等[17]证明了芦丁作为一种多功能药物可以抑制增殖，以减少细胞活性氧（ROS）的产生，并减少人肺癌细胞和结肠癌细胞的粘附和迁移。芦丁阻碍了胡萝卜素对4-（甲基亚硝胺基）-1-（3- 吡啶基）-1- 丁酮诱导的单链DNA 断裂的影响，在A549 细胞中这可以归因于其抗氧化特性，因为它消除了ROS 水平。芦丁抑制了小鼠B16F10 黑色素瘤细胞诱导的肺转移，肺肿瘤结节并延长了小鼠的寿命[18]。

芦丁能够抑制血小板聚集、抗炎、抗氧化剂和降低血脂和胆固醇。Chen H 等[19]研究了芦丁对神经母细胞瘤的作用。结果显示：芦丁在细胞周期进程中诱导G2/M阻滞并诱导细胞凋亡。逆转录- 聚合酶链反应显示，芦丁可以降低BCL2 表达和BCL2/BAX 比值。同时，抑制MYCN mRNA 水平和TNF-α 的分泌。这些结果表明，芦丁通过诱导G2/M阻滞细胞周期进程和诱导细胞凋亡，抑制神经母细胞瘤凋亡相关基因的表达等，芦丁可作为一种新的神经母细胞瘤的治疗剂。

芦丁可以调节多种参与致癌作用的分子靶标，例如细胞周期介质，细胞激酶，炎症细胞因子，转录因子，药物转运蛋白和活性氧。芦丁是一种很有前途的天然饮食化合物，具有良好的抗癌潜力，可广泛用于功能性食品、饮食补充剂和用于预防和控制癌症的药物。大量研究表明芦丁可以作为化学治疗和化学预防剂，其抗癌作用可以通过抑制细胞增殖，诱导凋亡或自噬介导，并阻碍血管生成和转移来介导[20]。

三阴性乳腺癌（TNBC）具有很高的转移和死亡率，缺乏有效的治疗方法。受体酪氨酸激酶c-Met的异常失调促进了TNBC 的进展、运动性和存活，因此被认为是有效的治疗靶标。在多种已确定的抗癌药中，包括类黄酮在内的植物多酚已被证明是安全的，并已通过调节多种大分子靶标证明了其抗肿瘤活性。研究显示：实验首次发现c-Met 激酶是芦丁介导的对TNBC 细胞系抗癌作用的潜在靶标。同样，腹膜内注射芦丁的剂量为30 mg/kg，每周3 次，在裸鼠模型中显著降低了TNBC MDA-MB-231 /GFP 原位异种移植物的生长。这些结果清楚地表明功能性膳食黄酮类芦丁是预防和控制c-Met 依赖性乳腺恶性肿瘤的潜在先导剂[21]。

使用芦丁的另一种方法是与抗癌药联合治疗。Nasiri 等[22]证明芦丁与5-FU 和/或奥沙利铂一起使用，比在结肠癌细胞上单独进行药物治疗效果好。他们还发现，芦丁与较低的5-FU 和奥沙利铂剂量可能有助于减少抗癌药的不良反应。

1.5 抗糖尿病作用

源自蔬菜和药用植物的类黄酮可通过改善血糖控制脂质分布和抗氧化剂状态，从而对糖尿病产生有益作用。芦丁的降血糖作用机制包括减少小肠吸收碳水化合物，抑制组织糖异生，增加组织葡萄糖摄取，刺激β 细胞分泌胰岛素。芦丁还减少了山梨糖醇，活性氧，高级糖基化终产物前体和炎性细胞因子的形成。这些作用被认为是芦丁对高血糖和血脂异常引起的肾病，神经病，肝损伤和心血管疾病的保护作用。考虑糖尿病并发症风险之间的负相关关系和控制血糖和脂质，建议使用芦丁作为预防糖尿病并发症的膳食补充剂[23]。

糖尿病及其主要危险因素肥胖已成为世界范围的流行病，并成为数百万人痛苦的原因。慢性高血糖和血脂异常与几种导致组织的细胞内代谢途径的变化损害有关。细胞内变化包括细胞内反应过度产生氧，山梨糖醇积累，二酰基甘油的水平，甘油三磷酸脱氢酶（GAPDH）的活性减少和己糖胺途径活性的增加。研究表明，膳食芦丁抑制醛糖还原酶，降低红细胞中山梨醇的浓度。在糖尿病动物中，给药芦丁改善了不同组织中的抗氧化状态，降低了血液中的葡萄糖[24]。

2 芦丁衍生物

2.1 曲克芦丁

曲克芦丁是芦丁衍生物中应用最成功的一种药物例子。

曲克芦丁（Troxerutin，又名：维脑路通，维生素P4，三羟乙基芦丁，化学名称：7,3′,4′- 三羟乙基芦丁）。曲克芦丁是芦丁经羟乙基化制成的半合成黄酮类化合物。Zyma S.A 首先报道了曲克芦丁合成方法的专利[25,26]。将芦丁溶于NaOH 溶液中，缓慢通入环氧乙烷，升温至80~85℃，保温反应6 h，反应结束后调酸，析晶，用乙醇重结晶得到产品[27]。

图2 曲克芦丁的结构Fig. 2 The structure of troxerutin

曲克芦丁被广泛应用于缺血性脑血管疾病的治疗，如治疗慢性静脉供血不足引起的心脑血管及慢性静脉功能不全等疾病，痔疮、微血管病变，糖尿病、视网膜病变等。最新研究发现，曲克芦丁还对认知缺陷表现出神经保护作用，即在阿尔茨海默症、帕金森氏症、结肠癌和肝细胞癌等疾病中表现出一定的保护作用。

《中华人民共和国药典》（2018年版）共收录含有曲克芦丁的药物有14 种：

曲克芦丁片，适应症为闭塞综合征、血栓性静脉炎、毛细血管出血等。本品能抑制血小板的聚集，有防止血栓形成的作用。同时能对抗5- 羟色胺、缓激肽引起的血管损伤，增加毛细血管抵抗力，降低毛细血管通透性，可防止血管通透性升高引起的水肿。

曲克芦丁香豆素片，由曲克芦丁和香豆素组成。香豆素是由水杨醛经Perkin 反应制得的，具有抗凝血及抗血小板聚集的作用。曲克芦丁香豆素片常用于外伤的治疗、关节炎的解热、消肿等[28]。

2.2 具有抗菌作用的芦丁衍生物

许多研究证明芦丁具有抗菌特性，芦丁还能够增强其他化合物的抗菌活性。经典的青霉素有一些缺点，如水溶性低。通常，青霉素微溶于水，只有钾盐或钠盐可溶于水，但是施用这些盐可能会导致不良的副作用；Lupaᶊcu 等[29]合成了芦丁6- 氨基青霉烯酸的衍生物，并对其进行化学和微生物学表征，确定了这些化合物的结构。这些衍生物是水溶性的，对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均显示出良好的抗菌活性，类似于氨苄青霉素，阿莫西林。结果显示，与标准抗生素相比，特别是对于化合物3a 和3b，对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均具有良好的抗菌活性。

图3 芦丁6-氨基青霉酸衍生物Fig. 3 The 6-aminopenicillic acid derivative of rutin

抗菌素耐药性是一个热门话题，它是对人们公共卫生的主要威胁之一。据统计，耐多药微生物如细菌，真菌和原生动物在最近几十年中有所增加，并且仍在继续扩散。因此，开发新型抗微生物药物来抵抗耐药性感染非常重要。喹啉环是一个非常有趣的结构，因具有多种生物学特性（抗菌剂，抗癌剂，抗惊厥剂，消炎和心血管疾病）而备受关注。另一方面，一些研究显示芦丁具有良好的抗菌作用。基于以上考虑，Lupascu 等[30]设计并合成了八种带有氨基喹啉的芦丁衍生物。结果表明，测试的化合物对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌菌株（包括铜绿假单胞菌）表现出良好的活性，类似于环丙沙星，对白色念珠菌无活性。

图4 芦丁氨基喹啉衍生物Fig. 4 The aminoquinoline derivatives of rutin

2.3 具有抗糖作用的芦丁衍生物

糖尿病是一种代谢疾病，涉及到体内的葡萄糖，脂质和矿物质的含量以及氧化还原反应。糖尿病的主要危险因素之一是心血管疾病及其并发症、高胆固醇、高半胱氨酸血症等。糖尿病的治疗首先是降低血糖水平。Albu 等[31]合成了一种新的芦丁巴比妥酸衍生物。动物实验一个月后获得的数据表明，芦丁巴比妥酸衍生物可以降低胆固醇和血糖，对糖尿病的治疗很有意义。

图5 芦丁巴比妥酸衍生物Fig. 5 The barbituric acid derivatives of rutin

黄嘌呤氧化酶是嘌呤分解代谢途径中的重要酶，可以直接引起痛风，还会引起癌症，糖尿病和代谢综合症等。抑制黄嘌呤氧化酶是治疗痛风、糖尿病等代谢综合症的重要方法。Malik 等[32]设计并合成了5 个芦丁席夫碱衍生物，评价了其抗氧化性和黄嘌呤氧化酶抑制潜能。

图6 芦丁席夫碱衍生物Fig. 6 The Schiff base derivatives of rutin

对芦丁席夫碱衍生物进行的酶动力学研究显示，其竞争性对XO 能力具有潜在的抑制作用，IC50值范围为4.708~19.377 μM，而6b（4.708 μM）的活性最高。分子模拟显示，新的芦丁席夫碱衍生物与氨基酸残基PHE798 相互作用，位于XO 的结合位点内。抗氧化实验表明，所有衍生物均显示出非常好的抗氧化能力。6b 可能是治疗痛风、糖尿病等代谢综合症的候选药。

2.4 具有抗癌作用的芦丁衍生物

天然类黄酮和天然多糖之间的相互作用正在引起研究人员的兴趣，尤其是在药物化学领域。两者之间的协同关联，可以作为制剂中的独立实体使用[33]。将芦丁（低相对分子质量植物化学物质）和岩藻依聚糖（大相对分子质量硫酸化多糖）的结构和功能特征整合在一起，形成相互作用的复合物。芦丁与岩藻依聚糖通过非共价复合获得治疗性聚合复合物，从而克服了芦丁生物利用度的局限性。可开发稳定，功能有效，生物相容且安全的抗癌复合物。Deepika 等[34]合成了芦丁岩藻依聚糖配合物。将芦丁溶于甲醇中，加入岩藻依聚糖，超声搅拌，减压蒸馏得产品。通过细胞凋亡实验和流式细胞术分析了芦丁岩藻依聚糖配合物对HeLa 细胞的化学预防潜力。结果表明，芦丁岩藻依聚糖配合物能够破坏细胞周期调控，并具有通过核碎裂，ROS 生成和线粒体电位损失诱导细胞凋亡的能力。芦丁岩藻依聚糖配合物的体外细胞活力测定表明其在正常细胞上具有生物相容性。

图7 芦丁岩藻依聚糖复合物Fig. 7 The rutin fucoidan complex

实验证实，与个体相比，芦丁岩藻依聚糖配合物针对HeLa 细胞的杀伤力和凋亡作用增强。因此，该研究将打开抗宫颈癌和其他癌症制剂的前景。

Goitia 等[35]合成了芦丁钒配合物。由于钒的配位提高了配体对超氧化物和羟基自由基的抗氧化活性。结果表明，100 mM芦丁和V（IV）O 均未表现出对A549 细胞的细胞毒活性，但芦丁钒配合物具有抗癌作用（IC50= 95 mM），促进细胞活性氧（ROS）、氧化型谷胱甘肽（GSSG）的产生和非酶性抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）的枯竭，并且不影响正常胚胎肺细胞系（MRC-5）（最高100 mM）的生存能力。用抗氧化剂N- 乙酰基-L- 半胱氨酸（NAC）处理后，芦丁钒配合物的细胞杀伤作用得以逆转，表明其治疗效果存在氧化应激机制。芦丁钒配合物可以自发结合牛血清白蛋白（BSA），可以被蛋白质储存和运输。更多证据表明，芦丁钒配合物改善了抗癌性配体在肺癌A549 细胞株中的作用。与芦丁相比，芦丁钒配合物显示出更强的抗癌活性和细胞活性氧ROS 生成。它抑制了细胞生长，并导致ROS 大量增加形成并降低GSH/GSSG 比。这些结果证明芦丁钒配合物通过氧化应激机制诱导细胞死亡，起到抗癌作用[36]。

图8 芦丁钒（IV）配合物Fig. 8 The rutin vanadium（IV）complex

3 总 结

利用具有生物活性的植物化学物质预防和治疗包括癌症在内的慢性疾病、心血管疾病等优于化学合成药物。作为潜在的治疗剂，多酚化合物是目前正在研究的生物活性植物化学物质之一。芦丁是一种具有生物活性的类黄酮，存在于多种食物中,可调节众多疾病与进展有关的细胞内和细胞外信号通路。对芦丁进行结构修饰，已经合成了许多溶解性能好，生物利用度高的芦丁衍生物，是具有广泛治疗应用前景的药物，例如抗癌/抗增殖、抗氧化/抗衰老、抗病毒、抗炎、心脏保护等。优化修饰后的芦丁衍生物将作为药物在不远的将来进入临床，发挥天然药物的作用，为患者解除痛苦，为世界人民服务。