白芷化学成分和药理作用研究进展及其质量标志物（Q-marker）的预测分析＊

邹菊英，苏 维，潘 意，崔 姣＊＊

（1. 湖南中医药大学第二附属医院 长沙 410005；2. 湖南中医药大学期刊杂志社 长沙 410208）

白芷为伞形科植物白芷Angelica dahurica（Fisch.ex Hoffm.）Benth. et Hook .f. 或杭白芷Angelica dahurica（Fisch. ex Hoffm.）Benth. et Hook. f. var.formosana（Boiss.）Shan et Yuan 的干燥根，具有解表散寒、祛风止痛、宣通鼻窍、燥湿止带、消肿排脓的功效[1]。白芷始载于《神农本草经》，初生根杆为芷，色白，故名白芷，药用历史悠久，除了临床应用广泛，还是国家卫生部《药食同源》所收录的品种之一，具有很高的药用价值和食用价值。白芷是40种大宗常用药材之一，在多地引种栽培，商品按历史产区分为禹白芷（河南）、祁白芷（河北）、杭白芷（江浙）和川白芷（四川）四类主流栽培品，杭白芷的历史最悠久，已有1000余年，其次为川白芷，再次为禹白芷，祁白芷的历史最短，不到一百年[2]。近代随着白芷的引种栽培，形成了新的白芷产区，比如安徽的毫白芷、山东白芷、湖南的湘白芷等。白芷的化学成分包括香豆素类、挥发油类、多糖类、氨基酸类、生物碱类、苷类等，现代药理研究表明其具有镇痛、抗炎、舒张血管、抗肿瘤、抗过敏、美白等作用。《中国药典》2020 年版对白芷含量测定项仅对欧前胡素进行了定量控制，本文整理了近年来白芷化学成分及药理作用的研究，在此基础上对其中药质量标志物（Q-marker）进行预测分析，为白芷的质量控制及其进一步研发提供参考。

1 化学成分

根据白芷的历史变迁，不同产地白芷在化学成分方面研究的文献及深度也有所不一样，其中杭白芷和川白芷化学成分方面的研究文献相对较多。目前从白芷中分离得到的化学成分主要有香豆素及香豆素苷类、挥发油类、生物碱类、氨基酸类、其他类等多种成分。

1.1 香豆素及香豆素苷类

白芷中香豆素类成分研究比较早，是白芷主要的药理活性成分之一，也是其化学成分研究最多的一类。目前白芷香豆素的研究主要集中在四大主流品种，极少数是日本白芷、韩国白芷等非主流栽培品，从白芷中已分离鉴定出了122种香豆素及香豆素苷类化合物（见表1 和图1）。常见的主要香豆素类成分在四大主流白芷中均有分离得到，比如以线型吡喃香豆素为主的欧前胡素、异欧前胡素、别异欧前胡素、水合氧化前胡内酯、氧化前胡素等。白芷中的香豆素除了吡喃香豆素、简单香豆素结构之外，也有近年从白芷中分离得到的具有不同长度烯烃或烷烃取代基团的新型呋喃香豆素，比如最开始从杭白芷中发现的andafocoumarins A-J，后续也在禹白芷、祁白芷、川白芷、湘白芷中有测得其含量[3]。2020 年版《中国药典》将欧前胡素作为白芷的质量控制指标性成分。香豆素类化合物在白芷抗炎、镇痛、抗癌等活性中占据重要作用。

图1 白芷中香豆素类成分结构式

表1 白芷中的香豆素类化学成分

1.2 挥发油类

郭耀杰等[34]对8 个川白芷品种（系）的挥发油成分进行GC-MS分析，川白芷不同品种（系）挥发油组分和含量总体一致，主要成分为醇类和碳烯类化合物。舒任庚等[35]比较了水蒸气蒸馏提取与微波提取的白芷挥发油成分，提取的主要成分相同、含量相近，主要含有十二碳醇（24.96%）、棕榈酸（17.41%）、十五碳醇（15.29%）等，但微波提取的挥发油成分更多。徐广等[36]发现鲜白芷挥发油主要成分为十二碳醇（30.62%）、1-十五烯醇（16.15%）和罗勒烯（2.9%）。杨先国等[37]对茶陵白芷及川白芷、杭白芷及亳白芷药材的挥发油成分进行了分析，4 种药材中挥发油的主要成分种类相似，主要为十五烷醇、十二烷醇和油醇，但成分的比例及相对含量存在一定的差异，所含挥发油茶陵白芷>亳白芷>杭白芷>川白芷。张世洋等[38]研究祁白芷、禹白芷、川白芷、毫白芷、杭白芷及山东白芷6 种不同产区白芷药材挥发性成分，发现醇类化合物是白芷挥发油的主要成分，含量最高的物质为十二醇与十四醇。

大多的文献研究表明白芷挥发油主要成分是醇类，但是也存在一定的差异，比如高岩等[39]鉴定了白芷挥发油所含总量99.89%的化合物，相对含量较高的是单萜及其衍生物，占总挥发油含量的72.51%，主要为α-蒎烯、莰烯和β-水芹烯等，其中，含量最高的成分为聚伞花素（16.55%），其次为莰酮（12.75%）。Hu等[40]分析了杭白芷、祁白芷和亳白芷的挥发性成分，最丰富的挥发性成分为萜烯类，另外还有芳香族、醇、醛、酮、酸和酯。白芷挥发油成分差异结果可能与产地、气候、加工、栽培、基原以及挥发油提取方法、检测条件等因素有关。

1.3 多糖类

王德才等[41]采用水提醇沉法测定杭白芷的多糖含量为15.38%。康学军等[42]采用气相色谱法确定了白芷多糖是由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖等7 种单糖组成，并计算出其中6 种单糖的摩尔比分别为1.19:1.19:0.765:1:8.08:3.34。Xu 等[43]从白芷水提物中分离出了鼠李糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖的摩尔比为1.04:13.36:1.00:39.75:16.55。多糖也是白芷的主要有效成分之一，但是主要研究集中在其药理作用方面，化学成分研究相对较少。

1.4 氨基酸类

陈宏伟等[44]采用自动氨基酸分析仪测定了湖南道地茶陵白芷的氨基酸组成及含量，总氨基酸检出除天冬酰胺（Asn）以外的其他16 种蛋白质氨基酸，其中必须氨基酸总量达到27.01%；除此之外，白芷中非蛋白质氨基酸的含量也较高，比如γ-氨基丁酸（g-ABA）、鸟氨酸（Orn）和高半胱氨酸（H-Cys）。对标WHO 标准模式氨基酸谱，白芷中氨基酸的配比很符合人体摄入的需求，除蛋氨酸（Met）和半胱氨酸（Cys）与大豆相当外，其他必须氨基酸均明显优于大豆，接近于模式谱标准（FAO,1973）。牛延菲等[45]以异硫氰酸苯酯为柱前衍生化试剂，结合RP-HPLC 法对四川安岳、四川遂宁、安徽亳州、安徽华佗和四川南川5个产地白芷中的氨基酸进行了测定，均含有人体必需的8种氨基酸，但是氨基酸的含量以及必需氨基酸所占的比例均存在较大差异。

1.5 生物碱类

卢嘉等[11]首次从杭白芷中发现了广金钱草碱，该成分也是首次从伞形科植物中分发现。Qi等[46]从白芷醇提物中首次分离得到白芷碱A-F，是具有吡咯-2-卡巴醛结构的新型生物碱。

1.6 其他类

白芷中还含有其他类活性成分，比如微量元素、黄酮类等。吴铁松等[47]采用AlCl3显色法测得白芷醇提液中总黄酮含量为1.17%。许婉晴等[48]通过响应面优化黄酮的提取条件，得到黄酮类化合物提取率最高为0.75%。白芷中含有锌、铁、钙、锰、铜等人体所必需的微量元素[49-50]。

2 药理作用

2.1 镇痛、抗炎作用

白芷水提液对于化学刺激和热刺激所引起的急性疼痛或者炎症反应引起的慢性疼痛均有明显的抑制作用，其镇痛机制与抑制TRPV1 通道功能紧密相关[51]。也有研究显示白芷中的总香豆素及挥发油均有明显的镇痛抗炎作用，两者联合使用还具有协同增效作用[52-53]。倪红霞等[54]研究发现白芷中的总香豆素及挥发油联用对硝酸甘油诱导的大鼠偏头痛具有明显预防作用，其效果优于单独应用白芷香豆素或白芷挥发油，作用机制可能与调节血管活性物质水平和功能有关联。Lee 等[55]发现白芷可以下调牙周炎模型大鼠的IL-1β 等炎性因子mRNA 表达，改善牙龈上皮组织增生治疗牙周病。

白芷被广泛应用于临床抗炎镇痛方剂，在急性痛风性关节炎外治常用药物中排名第3 位[56]。含有白芷的都梁丸、元胡止痛滴丸等中药复方制剂在不同疾病和不同患者人群中的镇痛抗炎效果均得到了肯定，比如由白芷和延胡索（醋制）制成的元胡止痛滴丸具有理气、活血、止痛的功效，能有效治疗急性痛风性关节炎、膝骨性关节炎、偏头痛、原发性痛经、幽门螺杆菌感染儿童再发性腹痛、手术治疗超前镇痛等疾病[57-60]。

2.2 对微生物的作用

白芷乙醇提取物对小麦赤霉病菌、水稻纹枯病、番茄灰霉病菌、苹果炭疽病菌、小麦纹枯病菌的菌丝生长具有不同程度的抑制作用，特别是对水稻纹枯病能完全抑制其菌丝生长[61]。白芷还能明显抑制白色念珠菌生物膜的生长活性及其菌丝所产生的毒力因子CPH1 和EFG1[62]。郭姝彤等[63]研究了含有白芷的复方中药洗剂中8 味单药的体外抑菌作用，白芷体外抑菌活性最显著的是白色念珠菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，而且对厌氧消化链球菌和阴道加德纳菌也有一定的抑菌效果，该复方制剂临床用于治疗阴道炎症，调节机体内环境，增强阴道的自净作用。刘洋等[64]研究验证了川白芷对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯氏菌、铜绿假单胞菌等均有不同程度的抑菌作用，另外，白芷还有抑制铜绿假单胞菌群体感应的能力。

近几年有研究证实了白芷对甲型流感病毒H1N1和H9N2的抗病毒活性作用，并以生物活性导向从白芷正丁醇组分中分离鉴定出异欧前胡素、氧化前胡素、水合氧化前胡素和欧前胡素四种活性呋喃香豆素，其中氧化前胡素可抑制病毒复制周期的早期阶段，对H1N1 和H9N2 均有显著的细胞病变效应（CPE）抑制作用，其EC50（μmol·L-1）分别为5.98±0.71 和4.52±0.39，强于阳性对照利巴韦林[65]。

2.3 美白和光敏作用

在古代就有文献记载白芷常和其他中药配伍调用于面部护理，是各类美容护肤方剂中使用频率最高的药物[66]。现代药理研究证实白芷的美白作用与其能抑制络氨酸酶有关，但由于白芷中含有光敏性香豆素类成分较多，具有一定的光敏毒性而被禁用于美白产品。研究者也在寻找白芷中光敏物质含量低而美白效果较好的活性部位，发现白芷的挥发油具有较强的酪氨酸酶抑制作用，而水提液比醇提液具有更好的美白活性，且香豆素类物质含量较少[36,67]。彭琳娜[68]的研究发现经过不同加热条件处理的白芷水提液样品对酪氨酸酶的作用存在明显差别，对黑色素形成具有双向调节的作用。白芷搽剂、补骨脂酊、复方白芷酊等中药制剂利用了白芷中光敏性香豆素类成分的特性用于治疗白癜风等皮肤问题，促进机体表皮黑色细胞生成[69-70]。

2.4 抗肿瘤及免疫调节作用

白芷多糖对小鼠的非特异性免疫和特异性免疫具有增强作用[71]，Wang 等[72]从白芷中提取了水溶性多糖，并利用RAW264 和斑马鱼胚胎模型证实了其显著的免疫调节作用。白芷多糖还能提高荷瘤小鼠自然杀伤（NK）细胞和脾淋巴细胞的活性，增加淋巴细胞亚型的比例，显著抑制小鼠肿瘤生长[73]。Hwangbo等[74]发现白芷醇提物可以抑制B16F10 黑色素瘤细胞的生长，作用机制是其能诱导线粒体介导的生长内源性凋亡途径，还能促进基质金属蛋白酶（MMPs）活性及其表达的下调。白芷香豆素类化合物欧前胡素、氧化前胡素和白当归脑对MCF-7 和MDA-MB-231 乳腺癌细胞具有化疗增敏作用[75]。Kim 等[76]从白芷中分离鉴定出异欧前胡素、蛇床子素、欧前胡素、氧化前胡素、白当归脑和水合氧化前胡素6 个呋喃香豆素类化合物，并证实这些化合物都以剂量依赖性的方式对肺癌（A549）、人皮肤恶性黑色素瘤（SK-MEL-2）、卵巢癌（SK-OV-3）、人结肠癌（HCT-15）及中枢神经系统肿瘤（XF498）的增殖呈现出显著的抑制作用。

2.5 抗氧化作用

白芷黄酮类化合物在pH=3-4、温度25-40℃条件范围内稳定，具有良好的抗氧化能力，金属离子Fe2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+以及柠檬酸、苯甲酸等食品添加剂能加强其抗氧化活性[77]。杭白芷多糖能清除羟自由基（·OH）和超氧阴离子自由基（O2—·），机制可能与多糖链结构及其羟基有关，其体外抗氧化活性较维生素C弱[78]。郑立辉等[79]采取水蒸气蒸馏法提取白芷精油，并发现随精油质量浓度的增加其对DPPH 自由基具的清除作用加强，浓度为32.93 mg·mL-1时清除率最大为95.09%。

2.6 对糖尿病的作用

白芷既能降低血糖还能作用于2型糖尿病小鼠创面愈合的多个时期，促进创面愈合。白芷提取物的单次治疗可以改善正常小鼠葡萄糖耐量并增加胰岛素分泌，白芷提取物多剂量治疗能改善糖尿病db/db 小鼠的葡萄糖耐量，白芷提取物及其活性成分珊瑚菜素具有成为新型抗糖尿病药物的潜力[80]。在2 型糖尿病小鼠创面愈合过程中，白芷能抑制db/db 小鼠M0 巨噬细胞向M1 亚型极化，减少炎症因子TNF-α 和IL-1β的分泌，同时促进巨噬细胞M2 亚型极化，刺激生长因子的表达，促进内皮细胞增生；白芷还能通过有效上调p-AKT 促进FOXO1 磷酸化，降低FOXO1 与Ang-2蛋白水平，促进小鼠创面新生血管的形成和成熟[81-82]。

2.7 对心血管的作用

白芷醇提取物具有舒张血管的作用，其机制是通过受体介导的Ca2+通道和电压依赖性钙通道阻断细胞外钙内流[83-84]。Cao 等[85]从白芷提取出欧前胡素持续灌胃给药，发现可以抑制自发性高血压大鼠（SHR）肾脏NADPH 氧化酶mRNA 和蛋白表达，下调MAPK 和AKT 通路，可用于预防高血压和高血压相关肾损伤的治疗。罗凤英等[86]证实风药白芷、防风联合天麻钩藤饮能降低肝阳上亢型肾性高血压，疗效优于天麻钩藤饮单药治疗；机制可能是通过降低大鼠血清内皮素（ET）、血栓素B2（TXB2）水平以及胸主动脉平滑肌AT1R 的表达，促进血清NO、6-酮-前列腺素F1a（6-K-PGF1a）水平从而达到降压效果。

2.8 对血脂的作用

白芷对脂质代谢也有一定的调节作用。白芷可以降低高脂饮食高脂血症小鼠的白脂肪重量，降低总胆固醇以及高脂饮食和Triton WR1339 诱导的高脂血症小鼠肝脏中甘油三酯的浓度，并提高它们的总肝脂肪酶活性。白芷可以调节脂肪相关基因，下调过氧化氢酶（CAT）和甾醇载体蛋白2（SCP2）的表达，上调脂质代谢相关基因脂肪酶成员C（LIPC）和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的表达，白芷对脂质代谢的调节具有预防和治疗脂肪肝和肥胖的潜力[87]。

2.9 其他

除上述药理作用外，白芷还具有抗惊厥[88]、抗过敏[89]、抗血小板凝聚[90]等活性。另外，作为药食两用的中药，白芷还可用于食品的防腐和保鲜以及作为香料、调味品使用[91]。

3 白芷质量标志物的预测分析

3.1 基于植物亲缘学及化学成分特有性的Q-marker预测

白芷是伞形科当归属植物，当归属植物我国约有45 种，其中26 种5 变种1 变型为药用植物，当归、白芷和独活是最常用的中药，已被收录于《中国药典》。当归属植物的化学成分很丰富，大部分植物主要化学成分为内酯类、挥发油类、醇类、烯类等，其中内酯类根据骨架的不同分为香豆素类和苯酞类，除了当归主要是苯酞类为主，其余的当归属中药内酯类成分主要是香豆素类，且该类成分所占比例最大，与白芷化学成分相似[92-93]。陈琳等[94]建立了不同产地白芷药材香豆素成分含量测定方法，并筛选出了氧化前胡素、欧前胡素、异欧前胡素、水合氧化前胡素、佛手柑内酯和白当归素6个影响白芷药材质量的主要标志性成分。以上所述成分氧化前胡素、欧前胡素、异欧前胡素等可作为白芷Q-marker筛选的重要指标成分。

3.2 基于传统药性相关的Q-marker预测

性味归经是中药的基础属性，也是其应用于临床遣药组方的重要依据，白芷味辛性温，归胃、大肠、肺经。辛味药味发散、行气血，以挥发油、苷类、生物碱、氨基酸、萜类等为主要有效成分[95]，白芷中挥发油是其主要有效成分之一，含量较高的为醇类和萜烯类化合物。研究表明挥发油、酯类、有机酸、糖类、无机物、生物碱、黄酮类是温性药物的重要物质基础[96]，挥发油类和酯类中的香豆素类是白芷重要的次生代谢产物，也是主要药效成分，可作为Q-marker的主要选择。

3.3 基于传统功效相关的Q-marker预测

《中国药典》2020 版记载白芷的主要功效为解表散寒、祛风止痛、宣通鼻窍、燥湿止带、消肿排脓，用于治疗感冒头痛、眉棱骨痛、鼻塞流涕、鼻鼽、鼻渊、牙痛、带下、疮疡肿痛[1]。现代药理研究证明白芷中的总香豆素及挥发油联合使用在镇痛抗炎方面具有协同增效的作用。汤建等[97]采用分子对接技术，发现倍半萜类成分可能是白芷挥发油抗炎镇痛的活性物质。白芷提取物除了能抑制细菌、真菌生长外，对病毒的作用也很明显，有研究以生物活性导向从正丁醇组分中分离产生了异欧前胡素、氧化前胡素、水合氧化前胡素和欧前胡素4 种活性呋喃香豆素，表明其在抗病毒活性中起着关键作用，特别是氧化前胡素可抑制病毒复制周期的早期阶段，对H1N1 和H9N2 均有显著的抑制作用，强于阳性对照利巴韦林[65]。欧前胡素和异欧前胡素是白芷抑制血管舒张作用的主要有效成分，该作用类似于对照药维拉帕米[84]。白芷多糖以及香豆素类化合物中的欧前胡素、氧化前胡素、蛇床子素、异欧前胡素、白当归脑和水合氧化前胡素等还有免疫调节、抗肿瘤、抗氧化等作用。这些化学成分与白芷的传统功效一致，是白芷传统功效的主要药效物质基础，可为白芷的质量控制提供参考。（见图2）。

图2 白芷中化学成分、药理活性和中药药效的关系

3.4 基于成分可测性的Q-marker预测

《中国药典》2020 年版规定了白芷中欧前胡素的测定方法，并要求其含量不得少于0.08%。为了更全面、系统控制白芷的质量，越来越多研究者采用气相、液相或质谱联用技术对白芷中多成分同时进行含量测定。挥发油多采用气相色谱-质谱联用技术进行分析。多糖类可以通过气相色谱法确定其组成以及摩尔比。微量元素含量较低，一般采用火焰原子吸收法进行测定。不同产地白芷的香豆素类成分含量都较高，国内外学者目前对其中的欧前胡素、异欧前胡素、氧化前胡素、白当归素、水合氧化前胡素和佛手柑内酯等研究比较多，主要是采用高效液相色谱法（HPLC）对其进行含量测定[94]。张志梅等[98]采用HPLC测定白芷根韧皮部和木质部的欧前胡素和异欧前胡素含量，结果表明这两种成分主要存在于韧皮部，木质部中含量极低。雷雨恬等[99]对不同商品等级的川白芷中白当归素、氧化前胡素、欧前胡素、异欧前胡素、水合氧化前胡素及佛手柑内酯6种香豆素成分建立了同时测定的HPLC 测定方法。邓瑞等[100]建立RRLCUV 法（高分离度快速液相色谱法）同时测定川白芷中6 种香豆素类成分的含量。Pfeifer 等[101]建立了超临界流体色谱法（SFC 法）测定白芷中欧前胡素、异欧前胡素、花椒毒酚、花椒毒素、氧化前胡素、蛇床子素、伞形花内酯和异补骨脂素8 种香豆素类成分，实现白芷的多指标成分测定。综上，这些化学成分可作为白芷的Q-marker。

3.5 基于熏硫加工的Q-marker预测

熏硫具有增白、防虫、防腐、防霉等作用，但是现代研究表明熏硫对白芷药材的香豆素类有效成分能产生较大的变化。马俊[102]基于HPLC 指纹图谱分析不同规格、等级、加工方法的白芷化学成分区别，发现熏硫可以导致白芷香豆素类成分含量及数目的减少，甚至个别成分（氧化前胡素）的缺失。卢晓琳等[103]通过白芷血浆指纹图谱研究，对比发现硫黄熏蒸对白芷香豆素类成分影响较大，熏硫白芷色谱峰的峰面积较未熏硫白芷普遍降低，还有的位置有明显色谱峰的缺失。董芸等[104]基于1H-NMR 代谢组学技术分析，白芷熏硫后氧化前胡素、欧前胡素、葡萄糖和蔗糖含量明显降低，而丙氨酸和亮氨酸含量明显升高。陈琳等[94]采用超高效液相色谱(UPLC)技术，同时测定9 个香豆素成分的含量为氧化前胡素>欧前胡素>异欧前胡素>水合氧化前胡素>佛手柑内酯>白当归素>花椒毒素>花椒毒酚>补骨脂素，还结合聚类分析（CA）、主成分分析（PCA）以及正交偏最小二乘法-判别分析（OPLSDA）等方法综合分析了所测的9 个呋喃香豆素成分，发现其与白芷药材的总体质量呈正相关，且白芷药材的品质和分类均受到硫磺熏蒸的影响，其中的水合氧化前胡素、白当归素、欧前胡素、异欧前胡素、佛手柑内酯和氧化前胡素是影响不同批次白芷药材质量的主要成分，在白芷的质量控制和品质评价中，可结合指纹图谱以及多指标性成分的含量测定综合评价药材质量。以上成分可以作为白芷熏硫加工的Qmarker。

4 讨论

白芷作为常用中药，药用历史悠久，药理活性广泛，在多个成方中出现，同时也是极具特色的药食同源品种，在日常生活中广泛使用，具有很高的开发价值。本文总结了白芷的化学成分和药理活性，成分主要包括香豆素、挥发油、多糖、氨基酸、生物碱、黄酮和微量元素等成分，具有镇痛、抗炎、抗氧化、降血糖、抗菌、抗肿瘤、降血脂、降压和美白等作用。在此基础上，从植物亲缘学及化学成分特有性、传统药效、传统功效、成分可测性、加工炮制的角度对白芷的质量标志物进行分析预测，推测欧前胡素、异欧前胡素、氧化前胡素、白当归素等多种香豆素以及挥发油可作为白芷的质量标志物。根据白芷的自有特性，从多角度综合评价其质量，有助于建立更加科学、客观、全面的质量评价体系以及质量控制标准，推进白芷药食同源的进一步研究。