生姜化学成分和药理作用研究进展

生姜化学成分和药理作用研究进展

生姜是姜科姜属植物的新鲜根茎。它是热带和亚热带地区的重要植物。在中国中部、东南部和西南部的许多省份种植。姜的干燥品干姜始载于《神农本草经》,《名医别录》另立生姜,与干姜区分入药。生姜既是民间最普遍使用的调味香料,又是一种传统中药。我国是姜的主要出产国之一,年出口量占世界总出口量的40%。但迄今为止,姜的贸易主体仍然是干姜,随着食品加工技术的进步,应用现代工艺技术提取生姜制成的姜精油(EssentialOil)、姜油树脂(Oleoresin)等深加工产品越来越受到推崇。应用现代科研技术,对其化学成分和药理作用进行研究,不仅为传统中医学治疗实践提供了理论依据,更为中医中药走向世界打开了大门。近年来,国内外许多学者对生姜进行了广泛而深入的研究,本文综述了近年来生姜化学和药理方面的研究成果,以期为更好地开发和利用生姜提供参考。1挥发油的分类生姜的化学成分复杂,已发现的有100多种,主要可归属为挥发油、姜辣素、二苯基庚烷3大类。此外尚含有游离氨基酸、淀粉、树脂状物质等其他类成分。1.1组分结构见表1生姜中的挥发油是一种与水不相溶的油状液体,组分复杂,运用GC、GC-MS等方法检出生姜中的挥发油主要由以下几类成分组成:(1)碳氢化合物,包括49种组分;(2)醇类,包括29种组分;(3)酶类,包括9种组分;(4)醛酮类,包括23种组分;(5)其他,包括8种组分。在已发现的生姜挥发油组分中,主要为萜类物质,生姜中的萜类物质及其含氧衍生物大多有较强的香气和生物活性,是医药、食品、香料和化妆品工业的重要原料。主要包括单萜类(如α-蒎烯、β-水芹烯),倍半萜类(如α-姜烯、β-红没药烯),此外主要是单萜烯和氧化单萜烯类、倍半萜烯和氧化倍半萜烯类[4~6]。1.2姜辣素的分类姜辣素(Gingero1)是姜中的辣味成分,是由多种物质构成的混合物,其结构中均含有3-甲氧基-4-羟基苯基官能团,根据该官能团所连接脂肪链的不同,可把姜辣素分为姜酚类(Gingerols)、姜烯酚类(Shogaols)、姜酮类(Zingerone)、副姜油酮类(Paradols)、姜辣二酮类(Gingerdiones)、姜辣二醇类(Gingerdiols)等不同类型。各结构类型见图11.3调和理想中的生姜方为二苯基庚烷(Diarylheptanoids)是一类具有1,7-二取代苯基并以庚烷骨架为母体结构的化合物的统称,可分为线型和环状两种结构类型。该类化合物属多酚类物质[8~12]。其结构式如图2、图3根据张仲景等名医的用药经验,《名医别录》将生姜分条立名,谓其“主伤寒头痛鼻塞,咳逆上气。”《本草经集注》增补其“归五脏,祛风邪寒热……止呕吐,去痰下气,除风湿寒热。”《药性论》认为姜“主痰水气满,下气,生与干并治嗽,疗时疾,止呕吐不下食”。这一时期的本草主要记述生姜发散风寒、和中止呕、化痰止咳方面的功效。此后的本草则主要增补生姜在解毒和急救昏厥方面的应用:《本草拾遗》谓“(生姜)汁,解药毒”;《医学启源》谓“制厚朴、半夏毒”;《日用本草》谓“解菌蕈诸物毒”;《丹溪心法附余》谓“凡中风、中暑、中气、中毒、中恶、干霍乱、一切卒暴之病,用姜汁与童便服,立刻解散”;《本草纲目》谓“解食野禽中毒”;《本草从新》谓姜汁“救暴卒”。张元素言其“益脾胃,散风寒”;李时珍言其“生用发散,熟用和中”。现代药理研究表明生姜具有抗氧化、改善脂质代谢,降血脂、改善心脑血管系统功能、防辐射、抗炎、抗微生物、抗肿瘤、降血糖等作用。2.1生姜抗氧化能力研究生姜能够通过不同作用途径,抑制生物体氧化,清除各类自由基,具有较强的抗氧化作用。Y.B.Lee研究证实生姜具有很强的抗氧化作用。Kikuzaki以生姜为原料,经提取分离,获得14个抗氧化组分,并证明其抗氧化作用均较生育酚强。黄雪松等以硫氰酸铁(FTC)法和硫代巴比妥酸(TBA)法测定了生姜甲醇、乙醚等有机溶剂提取物的抗氧化作用,证实生姜提取物抗氧化能力的大小依次为甲醇、二氯甲烷、乙醇、己烷、石油醚、丙酮、乙醚的提取物;生姜含有高效的抗氧化物质。王桥等采用4种氧自由基产生体系,研究生姜石油醚提取物对4种不同氧自由基的清除及抑制作用,表明生姜石油醚提取物对4种不同氧自由基有十分显著的抑制和清除作用,是一种高效的抗氧化剂。生姜的石油醚提取物可抑制氧化红细胞的速度和程度,对小鼠肝微粒体LPO有一定抑制作用,且随浓度增大,抑制作用增强。文震等在一定的强化保存条件下,考察了姜油对浓缩鱼油的抗氧化能力。研究表明,超临界CO2萃取的姜油的抗氧化效果优于生育酚,是一种良好的天然抗氧化剂。刘宁研究表明生姜对高脂大鼠体内自由基有不同程度的抑制或清除作用。从分子结构上看,生姜的姜辣素类和二苯基庚烷类化合物均具有酚基、羟基或烯链结构,是极好的氢或电子供体,由于形成的酚类游离基中间体的共振非定域作用和没有适合于氧进攻的位置,比较稳定,不会引发新的游离基或者由于链反应而被迅速氧化,因此具有很强的抗氧化活性,抗氧化过程大致如下:生姜提取物中主要的抗氧化活性物质是姜辛醇类、姜烯酚类和某些相关的酚酮类衍生物,它们能清除超氧化阴离子和苯自由基。生姜可能成为一种具有抗氧化作用的天然抗缺氧药物。2.2抗氧化酶系统生姜能够改善脂质代谢,具有较好的降血脂作用。山东大学硕士研究生张庆在导师丁华的指导下进行了生姜有效部位对高脂血症大鼠肝脏脂肪变性影响的研究,研究表明生姜在改善血浆脂代谢的同时,能够提高肝脏脂肪代谢相关酶如肝脂酶、脂蛋白脂酶等的活性,进一步改善肝脏脂质代谢,有助于减轻肝脏的脂质沉积。生姜有效部位还能够通过提高肝脏中抗氧化酶SOD的活性,减低MDA的生成,提高肝脏的抗氧化能力,有效抑制脂质过氧化;生姜的有效部位还能够抑制TNF-α等致炎因子在肝脏中的表达,减轻炎症反映。Bhandari等研究证实生姜能降低胆固醇,减轻家兔动脉粥样硬化的程度。BianoaFuhrman等报道,250μg生姜汁(1g含有40mg总姜辣素,90mg酚类物质,14μl姜精油),放入1升1.1%的乙醇中,给敲除apoE基因的小鼠饮用10周,可使血清中总胆固醇、TG、低密度脂蛋白(LDL)减少,主动脉粥样硬化程度减轻,LDL的氧化亦减少。2.3姜辣素的降压作用生姜中的姜辣素是一种强有力的强心剂,其主要强心成分是姜酚(Gingerols)和-姜烯酚(-shogaol)。麻醉开胸狗心脏注射-姜酚1mg/kg,能使心脏收缩力增加30%,作用时间持续4min;注射相同剂量的-姜酚,能使心脏收缩力增加30%,作用时间持续4min;注射0.3mg/kg的-姜酚,能使心脏收缩力增加30%,作用时间持续10min。姜辣素在3-30nmol/L浓度时,可加速骨骼肌和心肌钙泵的速率,并呈剂量依赖关系,姜辣素还能激活Ca++-ATP酶活性(EC50为4nmol/L)。-姜酚、-姜烯酚低剂量呈降压效应,高剂量对血压的影响呈三相反应,开始血压迅速下降、继而升高,后期又出现降压作用。姜酚有短暂的舒张血管的作用,能抑制去甲肾上腺素和PGF20引起的小鼠肠系膜静脉收缩反应,还可明显抑制PG2、LTG4、LTD4、TXA2衍生物、U-46619、NA和PhE引起的小鼠肠系膜静脉收缩反应和大鼠主动脉的收缩反应。体外实验显示,生姜水提物可抑制二磷酸腺苷(ADP)、肾上腺素、胶原、花生四烯酸(AA)引起的血小板聚集作用,明显抑制血小板血栓素生物合成和血小板环氧化酶产物的生成。生姜水提物还明显抑制大鼠主动脉前列腺素(PGF2a、PGE2和PGD2)的生物合成而呈抗血栓形成作用。体内试验表明,生姜醇提物能明显抑制由ADP诱导的血小板聚集,显著抑制由80%乙醇诱导的血小板聚集,生姜醇提物在预防和治疗血液凝固引起的诸多疾病方面有一定的作用。2.4生姜提取物对造血系统辐射损伤的保护作用吉林大学研究生陶育晖在导师李景舜的指导下开展了生姜提取物对辐射损伤保护作用的研究。研究表明生姜提取物在适当浓度下对X射线照射造成的雄性小鼠的抗氧化系统损伤具有拮抗作用,使SOD酶、GSH-Px酶活性升高,MDA含量减少;对X射线照射造成小鼠睾丸组织的损伤具有拮抗作用,使G-6-PD酶活性升高,稳定LDH酶活性;对X射线照射小鼠的RBC、HGB具有保护作用;能够保护雄性小鼠的淋巴细胞转化能力。吉林大学研究生哈楠在导师李景舜的指导下进行了生姜提取物对造血系统辐射损伤的保护作用研究,结果表明,给予生姜提取物后进行2Gy照射小鼠,第3天时,BMN、DNA系数、成纤维细胞集落数均明显高于单纯照射组;第7天时,RBC、DNA系数、CFU-S、成纤维细胞集落明显高于单纯照射组,细胞周期阻于G0/G1期,骨髓细胞凋亡低于单纯照射组;第14天时,各项造血功能指标的恢复速度均明显高于单纯照射组。认为生姜提取物对于因辐射导致的造血系统损伤有一定的保护作用,并能够减少细胞凋亡的数量,可能对因辐射造成的骨髓细胞损伤的修复有一定的作用。2.5角叉菜胶和5-羟色胺5-htPennaSC等报道,生姜乙醇提取物腹腔给药,能抑制角叉菜胶和5-羟色胺(5-HT)引起的大鼠足跖肿胀和皮肤水肿,但对于P物质或缓激肽引起的肿胀没有影响,提示其抗炎作用机制与阻断5-HT受体有关。2.6皮肤充分利用培养基中常见的皮肤充质菌的筛选付爱华等报道,生姜乙醇提取物用液态沙堡琼脂基稀释为0.0625%~0.2500%的浓度,即可对培养基中常见的皮肤癣菌———红色毛癣菌、犬小孢子菌、须癣毛癣菌、絮状表皮癣菌有极为显著的抑菌和杀菌作用。王慧芳等研究认为生姜可激活单核细胞的分泌功能,使溶菌酶大量释放水解细菌细胞壁中粘多肽使其死亡或裂解,起到抗菌作用。2.7生姜醇提取物刘辉等研究表明,生姜醇提物能明显提高荷瘤鼠脏器指数和巨噬细胞吞噬率,明显升高IgM的含量,增强T淋巴细胞的转化功能;生姜乙醇提取物,能明显改善动物因荷瘤而导致的非特异性和特异性免疫功能低下的状况,有防治肿瘤的作用。生姜中的6-姜酚可明显抑制Datlon's淋巴腹水瘤细胞和人淋巴细胞生长,显著抑制中国大田鼠卵巢细胞和Vero细胞生长明显抑制DNA对胸腺嘧啶核苷酸的摄取。生姜醇能抑制12-0-十四酰佛波醇-13-乙酸酯(TPA)所致的小鼠肿瘤,与辣椒素协同对小鼠癌症有化学抑制作用。在模拟胃液条件下,生姜对亚硝胺的合成具有显著的抑制作用,可防止亚硝胺致癌。2.8血清胰岛素水平Akhnai报道,生姜汁可阻断腹腔注射5-HT引起的大鼠血糖升高,血清胰岛素水平下降;可使链脲佐菌素(STZ)诱导的大鼠1型糖尿病模型空腹血糖明显下降,血清胰岛素水平显著升高,使血清胆固醇,TG和血压降低,提示生姜汁可能通过阻断5-HT受体,起到降血糖作用。2.9效果东南角注射生姜具有抗运动病作用,姜正林等报道,生姜抗运动病效果腹腔注射作用强于灌胃给药,与抗胆碱药东莨菪碱比较,差异无显著性。生姜可用于妊娠呕吐和恶性肿瘤化疗引起的呕吐,生姜还具有诱导人T-淋巴细胞凋亡等作用。3生姜的化学成分生姜中含有挥发油、姜辣素和二苯基庚烷3大类成分,此外尚含有游离氨