泰国草药紫姜的化学成分及药理作用研究进展

李 格，韩福国，郝艳丽，刘清飞1，*

(1.陕西中医药大学，咸阳 712046；2.清华大学药学院，北京 100084)

紫姜是多年生姜科植物小花山柰(Kaempferiaparviflora)的根茎，主产于泰国北部、东北部、老挝及东南亚一带，又称泰国人参，因其呈深紫色到黑色，故亦称为黑姜[1-3]，具有悠久的应用历史，可用于治疗多种疾病。现代药理研究表明，其对多种疾病都有很好的治疗作用，如炎症、溃疡、痛风、脓肿、过敏、骨关节炎、疲劳、胃肠功能紊乱、性功能障碍等疾病[2-5]。本文在系统整理国内外相关文献的基础上对紫姜的化学成分和药理作用进行综述，以期为进一步研究开发提供参考。

1 化学成分

紫姜中含有较为丰富的化学成分。根据近年来的文献报道，从紫姜中分离出了39种化合物[5-59]，见表1。其中，甲氧基黄酮类作为其代表成分，是紫姜化学成分中的研究热点。紫姜中的主要化学成分结构式见图1。

注：Glc:β-D-glucopyranosyl;Rha：α-L-rhamnopyranosyl;Api：β-D-apiofuranosyl。

表1 紫姜中的化学成分

1.1黄酮类 多甲氧基黄酮(PMFs)是苯基色原酮结构上的3、4、5、6、7、8、2′、3′、4′、5′、6′等位置处连有4个或4个以上甲氧基的黄酮类化合物[6]，几乎只在芸香科柑橘属中发现[7]，柑橘类植物中最丰富的PMFs是川陈皮素(5，6，7，8，3′，4′-六甲氧基黄酮)和柑橘黄酮(5，6，7，8，3′-五甲氧基黄酮)。而紫姜中的PMFs与柑橘类中的PMFs在结构上有所不同，只有C-3、C-5、C-7、C-3′和C-4′等黄酮的特定位置甲基化[8]。由于 PMFs甲基化程度高，相对于多羟基黄酮类化合物和黄酮苷类化合物其脂溶性较好，口服生物利用度也较高[9-10]。除了PMFs之外，还发现了其他3种结构类型的黄酮类化合物。

1.2芳香酮类 芳香酮类在自然界中广泛存在，目前从紫姜中已分离鉴定出芳香酮类化合物共4种。

1.3酚苷类 酚苷类大多存在于水果、蔬菜和中草药中，是苷元分子中的酚羟基与糖的端基碳原子缩合而成的苷。大多数酚苷水溶性好，极性大，且能水解，水解时苷键断裂，形成糖和含羟基的化合物，具有抗疲劳、抗衰老、抗癌等多种药理作用，可用于多种疾病的预防和治疗[11-12]。目前从紫姜中已分离鉴定出5种酚苷类化合物。

1.4蒽醌类 蒽醌类化合物在自然界中广泛存在，是许多中药的有效成分，具有抗菌[13]、抗癌[14]、抗炎[15]、止血[16]等多种生物活性，目前从紫姜中已分离得到2种蒽醌类化合物。

1.5甾醇类 甾醇类化合物是一类具有生命活性的天然物质，广泛存在于自然界，与动植物的新陈代谢密切相关[17]。有研究表明，甾醇可降低血液中的胆固醇含量，具有抗癌[18]、免疫调节[19]、抗菌及抗氧化[20]等多种生物活性。目前已从紫姜中分离得到2种甾醇类化合物。

2 药理作用

2.1抗癌 目前，癌症作为人类的高发疾病之一，研究治疗癌症的方法是抗肿瘤的主要任务，而在药物治疗中，由于化学合成药物毒性较大，迫切需要研究和开发毒性较低的天然药物。近年来，大量研究证实，紫姜醇提物可有效抑制肿瘤细胞的生长，具有明显的抗癌作用。Ratana B等[24]学者研究发现，用紫姜95%醇提物能够抑制人早幼粒细胞白血病U937细胞的增殖和活力，并促进细胞凋亡，表现为浓缩的细胞核、凋亡体以及线粒体跨膜电位(MTP)的降低，表明紫姜醇提物是以剂量依赖的方式使含半胱氨酶的天冬氨酸蛋白水解酶3 (Caspase-3)信号通路线粒体凋亡途径活化，触发细胞凋亡。Paramee S等[25]研究发现，在紫姜95%醇提物浓度增加时，表皮生长因子(EGF)存在的情况下，紫姜醇提物对人卵巢细胞SKOV3细胞具有毒性作用，能显著抑制细胞的增殖、迁移和侵袭；基质金属蛋白酶-2(MMP-2)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的活性被抑制，诱导SKOV3细胞凋亡，同时蛋白激酶B(AKT)和细胞外信号调节蛋白激酶(ERK1/2)的磷酸化水平降低，表明紫姜的抗肿瘤活性可能是通过磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/AKT和丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶(MAPK/ERK)信号通路进行调节，紫姜可能成为一种新的治疗卵巢癌的候选药物。亦有研究结果显示，紫姜甲醇提取物对茶碱诱导的小鼠黑色素瘤B16-4A5细胞的黑色素合成有抑制作用，其机制可能与抑制酪氨酸酶、酪氨酸相关蛋白-1(TRP-1)和酪氨酸相关蛋白-2(TRP-2)mRNA的表达有关[26]。Potikanond S等[27]研究发现,紫姜95%醇提物影响人宫颈癌细胞HeLa的生长和存活，主要表现为ERK1/2、E26转录因子1(ELK1)、PI3K和AKT磷酸化水平显著降低，其机制是通过PI3K/AKT和MAPK/ERK信号通路来实现的；另外，紫姜醇提物抑制了HeLa细胞的转移和侵袭，这可能与抑制MMP-2的表达有关，从而诱导细胞凋亡。有学者采用紫姜醇提物对HuCCA-1和RMCCA-1 2种人胆管癌细胞株进行抗肿瘤实验，发现醇提物中黄酮类成分对2种类型的胆管癌细胞均有明显的抗癌作用，其中化合物5是紫姜醇提物中诱导癌细胞凋亡的主要生物活性物质，对肿瘤的侵袭、生长和增殖有明显的抑制作用[28]。有学者采用LLC-GA5-COL150细胞体外转运的试验方法，探讨了紫姜醇提物对P-糖蛋白(P-gp)功能的影响，发现其能显著增加P-gp的底物罗丹明123和道诺霉素在细胞中的积累，抑制P-gp功能，有助于克服P-gp介导的多药耐药性，提高抗癌药物的口服生物利用度，可作为癌症多药耐药的调节剂[29]。紫姜中化合物5、13、15对人结肠癌细胞(HCT-15)的抑制作用均呈剂量依赖性，通过活化Caspase-3信号通路，Caspase-3酶活性升高，诱导细胞凋亡。因此这些化合物都具有成为新型抗癌药物的潜力[30]。

2.2抗勃起功能障碍 Stein R A等[31]选择14名年龄在50～68岁之间患有轻度勃起功能障碍的老年男性作为研究对象，每天服用100 mg紫姜醇提物，连续30 d，发现勃起功能国际问卷(IIEF)、全球评估问题(GAQ)的平均得分、勃起功能及性交满意度均显著提高。此外，有研究发现，紫姜混悬液可显著提高链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠血清睾酮水平、精子密度和睾丸质量，改善交配行为[32]。研究表明，每天给予70 mg·kg-13种紫姜不同提取物(乙醇、正己烷和水)，给药4周后，醇提物显著缩短射精潜伏期，显著增加了睾丸的血流量。进一步研究表明，静脉注射紫姜醇提物可使睾丸血流量依赖性增加[33]。Temkitthawon P等[34]采用两步放射性比色法证实了紫姜醇提物对5型磷酸二酯酶(PDE-5)有抑制作用，其中化合物5能诱导血管平滑肌和血管舒张，增加流向阴茎组织的血流量，提示其可成为开发选择性高的强效PDE-5抑制剂以及治疗勃起功能障碍的潜在先导化合物。亦有研究发现，紫姜醇提物能够显著缩短性行为的潜伏期，显著增加下丘脑中多巴胺受体DA1免疫阳性神经元的密度，因此，可能是由于下丘脑多巴胺功能的增强，促使其进一步开发成为男性功能性食品或保健品，特别是对于有性功能障碍风险的男性，为临床应用提供了实验依据[35]。Wannanon P等[36]报道，在90 mg·kg-1剂量下，紫姜醇提物能够提高勃起活性，显著缩短对性刺激的反应潜伏期，在静息状态和勃起状态下阴茎的长度和大小均显著增加，再一次表明紫姜有可能成为开发治疗老年男性勃起功能障碍的保健药物的潜在资源。

2.3抗高血压 高血压是最常见的慢性病，也是心脑血管病最主要的危险因素。近年来诸多学者研究证实，紫姜醇提物具有较显著的抗高血压作用，并对其作用机制进行深入研究。Wattanapitayakul S K等[37]研究发现，紫姜醇提物对苯肾上腺素(PE)和乙酰胆碱(ACH)具有预收缩主动脉和回肠的作用。在PE或ACH诱导的离体组织中，呈剂量依赖性引起主动脉环和回肠舒张。Yorsin S等[38]研究发现，给予中年雄性大鼠紫姜提取物6周后，胸主动脉和肠系膜动脉对PE导致收缩的作用减弱，对ACH的血管舒张作用增强，其机制可能与内皮型一氧化氮合酶(eNOS)表达上调和一氧化氮(NO)生成有关。紫姜醇提物与人脐静脉血管内皮细胞(HUVEC)共孵育48 h，可上调HUVECs中eNOS的表达，且呈剂量依赖性，显著增加NO的产生，在维持血管正常功能和预防心血管疾病方面发挥着重要作用[39]。紫姜醇提物质量浓度在0.1～100 μg·mL-1范围内可舒张大鼠主动脉血管，这种舒张作用通过环氧合酶(COX)途径，涉及内源性NO和前列腺素。此外，紫姜醇提物诱导的血管舒张作用可能是由于KCa、KIR、KATP通道的K+流出增加、Ca2+流入减少所致，其结论支持了紫姜作为抗高血压药的传统应用[40]。亦有研究发现，紫姜醇提物质量浓度在75～300 μg·mL-1范围内，能显著增加心脏作用和Ca2+变化，通过NO信号通路的下游级联作用增加心肌细胞的环磷鸟嘌呤核苷(cGMP)水平，Ca2+瞬变现象减少，表明在一定的质量浓度范围内，紫姜醇提物通过减少Ca2+内流，起到血管舒张的作用[41]。有研究发现，化合物2对甲氧胺预收缩主动脉环具有浓度依赖性的舒张作用，说明其可引起内皮依赖性舒张，部分机制是通过NO-cGMP途径实现，其血管松弛反应主要是由于K+外流和抑制Ca2+流入血管平滑肌。进一步研究将内皮完整环与一氧化氮合酶(NOS)抑制剂亚硝基左旋精氨酸甲酯(L-NAME)共同孵育，化合物2的血管舒张明显减弱，说明NO在化合物2中诱导的血管舒张反应中发挥重要作用，支持了紫姜在泰国传统药物治疗心血管疾病中的应用，尤其是治疗高血压的临床应用[42]。

2.4抗炎 炎症性疾病是生活中的常见疾病，受很多因素影响，致病机制复杂，多为慢性病，一种炎症的出现可引起多种炎症的产生，具有一定的关联性。近年来，对紫姜主要活性成分在炎症方面的作用进行了相关研究。Sae-Wong C等[43]研究发现，紫姜醇提物中化合物2、5、73种活性成分对脂多糖(LPS)激活的RAW264.7细胞产生的NO有明显的抑制作用，对肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的产生有一定的抑制作用，对iNOS信使RNA和诱生型一氧化氮合酶(iNOS)蛋白的表达呈剂量依赖性抑制作用，表明紫姜醇提物对RAW264.7巨噬细胞的抗炎作用主要与下调iNOS蛋白的表达有关。有研究发现[44]，紫姜醇提物对LPS诱导的RAW267.4细胞产生的前列腺素E2(PGE2)有明显的抑制作用，其抗炎作用是以剂量依赖的方式抑制iNOS mRNA表达，而部分通过抑制环氧合酶-2 mRNA的表达来实现。除此之外，对角叉菜胶致大鼠足肿胀，紫姜醇提物减轻了大鼠足跖水肿的症状。Tewtrakul S等[45]研究化合物15对LPS诱导RAW264.7细胞的作用，发现其对NO释放的抑制作用最强，同时对PGE2的释放有明显的抑制作用，但对TNF-α无明显抑制作用，表明化合物15可能是通过抑制NO和PGE2的释放来治疗炎症性疾病，但部分也可能是对TNF-α的作用。Tewtrakul S等[46]学者采用酶联免疫吸附(Elisa)法检测了紫姜醇提物中分离得到的化合物对炎症介质NO的作用，发现化合物15的抑制活性最高。用Elisa试剂盒测定PGE2和TNF-α的浓度，其对PGE2有显著的抑制作用，而对TNF-α的抑制作用较弱，表明紫姜醇提物治疗炎症相关疾病的作用机制是通过抑制NO、TNF-α和PGE2等炎症因子的释放实现的。Horigome S等[47]将RAW264.7巨噬细胞与不同质量浓度的紫姜醇提物共同孵育，用LPS刺激RAW264.7小鼠巨噬细胞，用荧光标记的人单核细胞白血病人外周血的单核细胞系(THP-1细胞)与TNF-α刺激的人脐静脉血管内皮细胞(HUVECs)结合，发现化合物2可降低RAW264.7细胞亚硝酸盐水平(作为NO产生的指标)，并抑制THP-1细胞与HUVECs的黏附，诱导内皮细胞表达人血管eNOS，下调多种细胞黏附分子、炎症介质和内皮功能相关基因的表达，显示出潜在的抗炎活性。Wattanapitayakul S K等[39]研究发现，紫姜醇提物能呈剂量依赖性增加HUVEC培养液中亚硝酸盐的浓度，提示紫姜可能通过激活内皮NO的产生与eNOS mRNA蛋白的表达，从而增加亚硝酸盐的浓度，起到抗炎作用。

2.5抗肥胖 体内外试验证实，紫姜醇提物具有抗肥胖作用。Akase T等[48]采用与人类代谢综合征(MS)相似的多因素遗传性疾病动物模型TSOD小鼠，并以Tsumura、Suzuki、Non-Obesity(TSNO)小鼠为对照。随机给TSOD和TSNO小鼠添加含有质量分数1%或3%紫姜粉末的混合饲料8周后，TSOD小鼠体质量增加、内脏脂肪堆积、脂代谢异常、葡萄糖耐受性降低、胰岛素抵抗、高血压及外周神经病变均得到抑制，但对TSNO小鼠无明显影响，表明紫姜对肥胖及多种代谢紊乱具有预防作用，抑制内脏脂肪的积累是抗肥胖的主要机制。亦有学者采用3T3-L1前脂肪细胞，化合物5、16是降低3T3-L1成熟脂肪细胞内三酰甘油(TG)的主要成分，均可上调脂肪三酰甘油脂肪酶(ATGL)和激素敏感性脂肪酶(HSL)，增加脂解过程中的关键因子ATGL和HSL的mRNA表达，促进成熟细胞脂肪细胞的脂解[49]。Kobayashi H等[50]学者以自发性2型糖尿病动物Tsumura、Suzuki、TSOD为研究对象，发现紫姜醇提物可剂量依赖性地增加棕色脂肪细胞中TG的积累，过氧化酶体增殖剂激活受体γ(PPARγ)、解偶联蛋白(UCP-1)和β3肾上腺素受体(β3AR)中基因的表达与对照组相比均呈上升趋势，进一步表明紫姜醇提物对脂肪细胞有直接作用，可增强棕色脂肪细胞的分化和生热作用。

2.6抗菌 细菌引起的疾病多用抗生素进行治疗，但过度使用抗生素会导致细菌产生耐药性，因此选用中药或天然药物抑菌不仅避免了细菌耐药性的产生，而且也减少了因细菌耐药造成的无法控制的疾病，降低了死亡率。近年来，研究者采用体外实验对紫姜的抗菌作用进行了相关研究。Kummee S等[51]采用纸片琼脂扩散法研究发现，紫姜醇提物对皮肤真菌有较强的抗真菌活性，进一步采用琼脂稀释法研究发现，紫姜醇提物中只有化合物11对皮肤真菌表现出明显的抗真菌活性，而其他化合物并未显示出明显的抗真菌活性。进一步研究表明，紫姜醇提物与纯化合物相比具有更高的抗真菌活性，支持了其在传统治疗皮肤真菌感染方面的应用。Yenjai C等[52]用改良的甲氮法测定抗真菌活性，结果发现，化合物5、7具有抗疟原虫、抗真菌、抗细菌活性。化合物5、13对白色假丝酵母菌具有较小的抗菌活性，最小抑菌质量浓度(MIC)分别为200、50 μg·mL-1。

2.7抗胃溃疡 Rujjanawate C等[53]研究发现，紫姜醇提物预处理溃疡大鼠，在剂量60、120 mg·kg-1的情况下，对大鼠胃壁黏液有明显的保护作用，能显著增加HCl/EtOH溃疡大鼠胃黏液含量，而剂量为30 mg·kg-1时对胃壁黏液无明显影响，表明紫姜醇提物的抗胃溃疡作用与其保护胃黏液分泌有关。

2.8抗病毒 近年来，病毒性疾病给人类生活带来了严重威胁。化学药的抗病毒作用不仅药效差，而且毒性和不良反应大。天然药物在抗病毒方面比西药具有特有的优势，毒性和不良反应小，开发治疗与病毒性疾病相关的天然药物是今后的必然趋势。随着学者的研究，发现紫姜具有抗病毒作用。Sookkongwaree K等[54]研究发现，从紫姜中分离得到的8种黄酮类化合物中，化合物1、2是对人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)蛋白酶最有效的抑制剂，表明紫姜为HIV-1蛋白酶提供了新的特异性抑制剂，具有特异抗病毒的特性，可能有望成为新型先导化合物。

2.9抗过敏 Kobayashi S等[55]研究采用Ca2+载体钙镁混合盐(A23187)和二特丁基对苯二酚(DTBHQ)分别刺激2种化合物，其中化合物14在A2387和DTBHQ刺激后均表现出明显的抑制作用，而化合物12并不能抑制A23187的刺激效应，结果表明，这2种化合物对抗原刺激的RBL-2H3细胞脱颗粒的抑制作用主要是抑制不同机制的脱颗粒介导的Ca2+内流。通过免疫印迹实验证实，化合物12、14抗过敏的作用机制是通过下调磷酸酯酶-Cγ-1(PLCγ1)信号转导、下调SYK和细胞膜上PLCγ1的磷酸化水平实现的，且对细胞表面免疫球蛋白E(IgE)高亲和力受体(FcεRI)有抑制作用。紫姜中甲氧基黄酮类化合物具有多种脱颗粒机制，可抑制RBL-2H3细胞的生长，有较显著的抗过敏作用，有利于减轻Ⅰ型过敏症状。Tewtrakul S等[5]通过抗过敏活性实验发现化合物15表现出最高的抗过敏活性，其次是化合物1、4。其中化合物1、15对离子霉素诱导的己糖胺酶释放的抑制作用与抗原在RBL-2H3细胞中的作用相似，可能主要通过钙释放激活的钙通道激活钙内流；而化合物4也可能通过抑制细胞内Ca2+内流来实现。这3种化合物均为紫姜抗过敏活性成分，这一发现支持了紫姜在治疗过敏和与过敏相关的疾病方面的应用。

2.10抗骨关节炎 骨关节炎(OA)是一种关节软骨的慢性退行性疾病，多发于中老年人，主要病理改变为软骨基质降解，软骨周围骨质增生，骨赘形成。OA的发病机制并不明确，可能与年龄、性别、创伤、炎症有关，有待后续进一步的研究。紫姜提取物具有治疗OA的作用，其机制研究也取得了一定的进展。Wu L等[56]在体内研究中，证实化合物7通过降低骨关节炎大鼠关节滑液中的白细胞介素-1β(IL-1β)、TNF-α和PGE2的浓度，对软骨进行保护；体外实验中，经过PEG2诱导后，软骨细胞凋亡率明显增加，PEG2增加了软骨细胞环腺苷酸/蛋白激酶A (cAMP/PKA)信号通路的表达，积累了β-catenin，激活了β-catenin信号通路的表达，化合物7可剂量依赖性地消除PEG2诱导后的活性。综上所述，化合物7通过抑制EP/cAMP/PKA信号通路和β-catenin信号通路，成为潜在的具有软骨细胞保护作用的化合物。有学者通过建立软骨细胞糖原合酶激酶(GSK-3β)基因敲除或过表达的方法，发现GSK-3β可显著增强内质网应激反应(ERS)诱导软骨细胞凋亡，化合物7可通过下调GSK-3β和ERS的表达改善软骨细胞的凋亡[57]。Kobayashi H等[58]运用大鼠OA模型，发现紫姜提取物可降低OA痛阈和OA的软骨损伤严重程度。进一步用IL-1β处理人膝关节软骨细胞，发现紫姜提取物中的化合物2、5是主要活性成分，在体内有较好的吸收，可降低软骨基质金属蛋白酶(MMPs)的表达，MMPs是降解软骨中胶原的主要细胞外基质酶。提示紫姜醇提物可能是通过降低软骨中的MMPs表达来发挥抗OA的作用。

2.11抗胆碱酯酶 Sawasdee P等[59]采用核磁共振技术(NMR)发现化合物2、5对乙酰胆碱酯酶(AchE)和丁酰胆碱酯酶(BchE)的抑制率在43%～85%范围内，构效关系研究发现，C-5、C-7含有取代基甲氧基和C-3含有自由取代基的化合物在剂量为0.1 mg·kg-1时，具有明显的抑制作用。化合物2具有很高的选择性，对BchE的抑制率达85%，超过了对AchE的抑制作用。因此开发这种BchE选择性抑制剂可能对阐明该酶的生理作用和为阿尔茨海默症提供新的治疗药物具有重要意义。

3 总结与展望

紫姜在泰国民间有上百年的应用历史，被广泛用来治疗多种疾病。本文通过对国内外研究成果进行收集、整理，对紫姜的化学成分及药理作用研究现状进行了系统介绍，研究表明，其主要活性成分为黄酮类化合物，尤其是甲氧基黄酮类成分，具有多种药理作用，包括抗炎、抗勃起功能障碍、抗癌、抗过敏、抗菌、抗高血压、抗病毒、抗胃溃疡、抗肥胖等。

目前对于紫姜的活性成分、药理作用等方面的研究虽然取得了一些进展，但研究仅局限于黄酮类成分，且对其毒理与安全性缺乏系统深入的研究，从而在一定程度上限制了其深度开发和利用。今后，有必要对紫姜的其他成分及其药理毒理作用进行深入研究，同时，加强对小花山柰其他植物部位的研究探讨，以期更合理有效地全面挖掘小花山柰的药用价值，拓展其临床应用。