芦荟苷及其水解产物芦荟大黄素的研究进展

张小妮，陈由强，陈建楠

福建师范大学 生命科学学院，福建 福州 350100

芦荟是百合科的民间草药，种类繁多，主要分布在热带、亚热带地区，属多年生常绿草本植物。芦荟中含有20多种蒽醌化合物，包括芦荟苷、芦荟大黄素、大黄素甲醚和大黄酸等[1]，其中最重要的就是存在于芦荟叶片内表皮层中的芦荟苷和芦荟大黄素，被普遍用于临床医学、保健食品、护肤品等领域[2]。

芦荟苷（aloin，C21H22O9）也被称为芦荟素或芦荟酵素，具有良好的抗菌[3]、抗氧化、促进排便、调节肿瘤细胞凋亡、保护皮肤等作用[4]，还具有增强免疫力、预防心律不齐和动脉硬化等心脑血管疾病的功效[5-7]。芦荟大黄素（aloe-emodin）也被称为芦荟泻素，带有多个酚羟基[8]，也具有抗肿瘤、抗菌和泻下作用，还有清除人体自由基、降脂减肥、去屑和光泽头发等功效。1个葡萄糖分子与芦荟大黄素结合可以形成芦荟苷，相反芦荟苷水解可以生成芦荟大黄素。王普等[9]发现，在同一温度下芦荟苷在水溶液中的水解程度更为明显。与芦荟苷相比，芦荟大黄素有更加强烈的致敏和致泻作用，芦荟苷可以在人体内寄生菌的作用下水解为芦荟大黄素，刺激肠壁蠕动，利于肠道内排泄物排出，这种刺激性的泻下作用对便秘和痔疮患者有很好的疗效。我们主要从芦荟苷和芦荟大黄素的提取分离技术、检测方法，以及芦荟苷的抗炎作用、抗肿瘤机制等方面概述近年来芦荟苷和芦荟大黄素的研究进展。

1 芦荟苷和芦荟大黄素的提取与分离技术

从芦荟中提取芦荟苷的方法有超声波提取法、回旋振荡法和索氏提取法等[10-11]。秦加敏等[12]采用超声波辅助提取法提取大黄和芦荟干粉中的芦荟大黄素，提取率分别为0.81%和10.69%，发现超声波提取氧化芦荟苷法制备芦荟大黄素的产率高于索氏提取法。2017年，杨娇娇[13]采用酶解辅助甲醇浸提法，从库索拉芦荟中提取芦荟苷作为防晒产品的辅助成分，发现在50℃下，当复合酶浓度为30 U/g，用60%的甲醇浸提1 h，利用高效液相色谱法紫外检测器检测芦荟苷的含量，在波长359 nm处检测到芦荟苷的提取率高达17.36%。

研究人员也在芦荟苷的基础上通过生物法合成芦荟大黄素。之前有研究表明，可以利用大肠杆菌等细菌来源的生物酶特异性地催化芦荟苷生成芦荟大黄素[14-15]。钟桂芳等[16]利用源自米曲霉中的重组葡萄糖苷酶催化C-C糖苷键的水解，从而将芦荟苷水解为芦荟大黄素，并且发现重组葡萄糖苷酶不耐酸性，在pH5.2时芦荟苷转化为芦荟大黄素的速率最大。

2 芦荟苷和芦荟大黄素的检测方法

2.1 中华人民共和国药典

最早检测芦荟苷的方法源自中华人民共和国药典。首先用甲醇将待测的芦荟苷样品浸湿后加入少量水，振荡后抽滤，收集滤渣，加入盐酸和三氯化铁，进行回流加热，将所得液体转移至分液漏斗中用氯仿提取。将部分提取液加入醋酸镁甲醇溶液中，混合均匀，检测波长在512 nm处的吸光度，根据所得吸光度值计算芦荟苷的含量。但是经研究发现，采用这种方法测定的是芦荟中总的蒽醌类化合物含量，因此所测结果比芦荟苷的实际含量高。

2.2 高效液相色谱法

谢玲等[17]采用 C18色谱柱（5 μm，4.6 mm×200 mm）检测芦荟苷，流动相为甲醇∶水（40∶60）或乙腈∶水（25∶75），检测波长359或360 nm。徐海燕[18]也用高效液相色谱法检测了不同种芦荟中的芦荟苷和芦荟大黄素，发现芦荟大黄素的含量比较低，只在中华芦荟中检测出微量芦荟大黄素。但高效液相色谱法对待检测的样品要求较高，需要复杂的前处理。

2.3 薄层色谱法

薄层色谱法是一种吸附分离法，其原理是将固定相均匀涂布于玻璃板、塑料或铝基片上，当流动相通过固定相时，样品中不同组分对吸附剂有不同的吸附能力，经过连续的吸附、解吸附、再吸附、再解吸，达到各组分相互分离的目的。刘玉魁等[19]用甲醇溶解芦荟苷，选择醋酸乙酯-甲醇-水（5∶1.5∶0.7）作为展开剂，在365 nm的紫外灯照射下检测了库拉索芦荟中芦荟苷的含量。

2.4 表面增强拉曼光谱法

表面增强拉曼光谱（surface-enhanced Raman scattering，SERS）是使用普通的拉曼光谱法检测吸附在纳米金属颗粒或纳米金属棒如金、银或铜表面的样品，或附着在这些纳米金属粒子或金属棒表面上的样品。以金胶作为检测基底，将芦荟苷溶液与浓缩的金胶充分混匀并在室温下干燥，然后收集芦荟苷的表面增强拉曼光谱。进行表面增强拉曼光谱检测时加入适量NaOH溶液调节溶液为碱性来确定芦荟苷的最低检测限，发现芦荟苷的检测限达5 mg/L，已经达到了芦荟苷的国家限量标准[20-21]。

2.5 基于分子印迹技术的SERS法检测芦荟大黄素

分子印迹技术是指在制备的聚合物中有与被分离物质形状和大小都相同的空穴，能特异性地识别和选择吸附要分离的目的物质，达到分离某种特定物质的分离技术。具有这种特异性识别和选择功能的聚合物被称为分子印迹聚合物。为了检测芦荟大黄素，首先须合成芦荟大黄素分子印迹聚合物，并用此分子印迹聚合物吸附富集芦荟大黄素，然后将吸附样品后的分子印迹聚合物与金胶混合均匀，在室温下干燥后收集芦荟大黄素的拉曼光谱。

3 芦荟苷抗炎作用和抗肿瘤作用的分子机制

3.1 活性氧介导的JAK-STAT信号通路

脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是革兰阴性细菌细胞壁的组成成分，由脂质和多糖组成，它属于一种内毒素，当其作用于人类或动物等其他生物细胞时，就会表现出多种细胞活性。LPS的生理作用是通过存在于宿主细胞表面的Toll样受体而体现的，而Toll样受体家族又与炎性因子有关，因此LPS在自然免疫中起着极其重要的作用。为了评估芦荟苷的抗炎机制，研究人员用LPS诱导细胞产生炎症。Lee等[22]研究了芦荟苷对人脐静脉内皮细胞中的血红素加氧酶-1（HO-1）的诱导以及LPS诱导激活的人脐静脉内皮细胞中诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和环氧合酶-2表达水平的影响，发现芦荟苷有助于肺损伤的治疗。这主要是因为在LPS存在的情况下，JAK/STAT信号被激活，这对iNOS和环氧合酶-2的差异表达起关键作用，发现芦荟苷会降低LPS激活的人脐静脉内皮细胞中STAT-1蛋白的磷酸化。

同样，在马云飞和王子谦等[23-24]的研究中，将Raw264.7细胞与不同剂量的芦荟苷和LPS孵育一定的时间，然后检测了iNOS和环氧合酶-2的表达水平，发现芦荟苷会降低LPS诱导的iNOS表达水平，抑制白细胞介素（IL）-1β、IL-6，肿瘤坏死因子α（TNF-α）的释放和NO剂量依赖性。在机制上，芦荟苷可以抑制LPS诱导的活性氧（ROS）介导的JAK1-STAT1/3激活和STAT1/3核易位。总的来说，芦荟苷可通过抑制ROS介导的JAK1-STAT1/3的活化信号通路减弱LPS诱导的炎症反应，从而抑制Raw264.7细胞中的STAT1/3核转位。

3.2 NF-κB信号通路

败血症是指病菌或条件致病菌侵入血液循环，并在血中生长繁殖，产生毒素而发生的急性全身性感染。败血症伴有多发性脓肿而病程较长者称为脓毒症。早些年，邹宪宝等[25]研究发现人脓毒症血清可以激活人肺血管内皮细胞核因子κB（NF-κB）信号通路，激发炎症反应，损伤血管内皮细胞。而NF-κB信号通路主要是通过调节TNF-α和IL-6来进行的。在芦荟苷的抗炎机制中，芦荟苷通过抑制NF-κB的活化来抑制LPS诱导的炎症反应和细胞凋亡。芦荟苷通过抑制上游激酶p38和Msk1抑制NF-κB的p65亚基的磷酸化和乙酰化，从而阻止LPS诱导的p65蛋白亚基分离出来并易位到细胞核，进而降低p65蛋白亚基的表达水平。因此，通过研究p65蛋白亚基在细胞核中的表达水平，可以反应NF-κB信号通路的激活水平[26]。还有研究表明，芦荟苷抑制LPS诱导的caspase-3活化和细胞凋亡。

李万华等[27]通过对雄性20 g左右的C57BL/6小鼠进行盲肠结扎和穿刺（CLP手术）来诱导脓毒症作为研究芦荟苷抗炎作用的动物模型。基于CLP手术诱导脓毒症而造成肾损伤，然后用芦荟苷处理，通过检测小鼠的血清肌酐、血尿素氮、脂质过氧化、总谷胱甘肽、谷胱甘肽过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性、细胞炎症因子等生理指标，发现芦荟苷使CLP手术后引起的炎症因子显著降低，并且提高CLP手术诱导的脓毒症小鼠的存活率。

3.3 MAPK信号通路

丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是信号从细胞表面传导到细胞核内部的重要传递者，可以被不同的细胞外刺激（如神经递质、激素、细胞应激及细胞黏附、细胞因子等丝裂原）激活的丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶。MAPK可以分为4个亚族，即ERK、p38、JNK和ERK5。2019年，复旦大学附属华山医院神经外科等部门[28]研究了芦荟苷对于D-半乳糖引起小鼠的氧化应激、认知障碍和内分泌障碍的保护作用及其潜在机制，发现芦荟苷可能是通过介导ERK、p38和NF-κB信号通路来减轻D-半乳糖诱导的氧化应激及认知障碍和炎症。

3.4 SIRT1介导的抑制HMGB1的释放

高迁移率蛋白族1（high mobility group box-1 protein，HMGB1）是高度保守的核DNA结合蛋白，被公认为是在败血症晚期产生的中间体[27]，因此抑制HMGB1释放和恢复血管屏障完整性已成为当前治疗败血症的前瞻性策略。Yang等[29]发现芦荟苷诱导的沉默调节蛋白1（SIRT1）和HO-1能够抑制LPS诱导的HMGB1的释放，从而抑制HMGB1诱导的通透性增加，并提高了CLP手术诱导的败血症小鼠的存活率，保护了败血症小鼠的组织器官损伤。在细胞中，芦荟苷通过SIRT1介导的HMGB1脱乙酰基作用和PI3K/Nrf2/HO-1信号转导轴，显著降低了LPS诱导的细胞炎症模型中HMGB1的释放。研究表明，芦荟苷通过激活SIRT1和PI3K/Nrf2/HO-1信号降低HMGB1的释放和败血症的死亡率，表明芦荟苷具有治疗脓毒症的潜力。另外，SIRT1可以通过去乙酰化作用于NF-κB的亚单位RelA/p65，使参与调节NF-κB活性的基因表达缺失，可减少NF-κB与核内炎症基因结合，进而减少了TNF-α、IL-1β等炎症因子的产生[30]。

3.5 芦荟苷的抗肿瘤作用机制

许多蒽醌化合物及其衍生物具有抗肿瘤活性，因为蒽醌化合物能够阻止拓扑异构酶Ⅱ介导的DNA与细胞机体的蛋白质结合，致使DNA裂解乃至细胞凋亡，因此一些蒽醌化合物成为有效的抗肿瘤药物[31]。2018年王子谦等[24]研究了芦荟苷对人胃癌细胞MKN-28和HGC-27凋亡的分子机制。用不同浓度的芦荟苷处理MKN-28和HGC-27细胞特定的时间，发现当芦荟苷在一定浓度时，能够明显抑制MKN-28和HGC-27细胞的活力，诱导细胞凋亡。这是因为芦荟苷处理胃癌细胞后，胞内JNK和p38的磷酸化水平明显增加，而ERK的磷酸化水平下降。这表明特异性抑制剂阻断ERK活化，能够增强芦荟苷诱导的细胞凋亡，阻断p38和JNK的激活，能够部分逆转芦荟苷诱发的胃癌细胞凋亡。刘萍等[32]研究发现，一定浓度的芦荟苷可以抑制非小细胞肺癌的增殖和侵袭行为，这可以为非小细胞肺癌的早期诊断和治疗提供参考意见。蔡华荣等[33]探讨了不同浓度的芦荟苷对食管癌细胞系KESY70的促凋亡作用，发现高浓度的芦荟苷对KYSE70细胞活力有抑制作用，当高浓度的芦荟苷与KYSE70细胞孵育72 h后，细胞增殖能力减弱，表明芦荟苷可以抑制食管癌KYSE70细胞的增殖和侵袭，促进细胞凋亡。

4 结语

综上所述，由于芦荟苷和芦荟大黄素在医学和药学上的抗炎、抗氧化、抗肿瘤作用，世界各国关于芦荟的药理性研究不断取得进展。由于芦荟大黄素在芦荟中的含量相对较少，对芦荟大黄素的研究也相对较少，因此有必要对芦荟大黄素的提取、合成及其发挥作用的机制进行更加深入的研究，更好地把芦荟苷和芦荟大黄素应用于临床医学、保健食品、美容护肤等领域。此外，还需要注重芦荟苷和芦荟大黄素的副作用，如长期使用芦荟苷产品有引发肠道癌症的风险[34]，因而需要对芦荟苷在药品、食品、化妆品中的含量做出更加权威的限量标准，有利于预防芦荟苷所致副作用。