民國100年5月號

清熱解毒中藥─黃連活性成分研究新知

黃連 (Huang lian, Coptis Root) 為毛茛科 (Ranunculaceae) 植物黃連 (Coptis chinensis Franch.)、三角葉黃連 (Coptis deltoidea C.Y. Cheng et Hsiao) 或雲南黃連 (Coptis teeta Wall.) 的乾燥根莖，分別習稱「味連」、「雅連」、「雲連」。黃連性苦、味寒，歸心、脾、胃、肝、膽、大腸經；清熱燥濕、瀉火解毒，主要用於寒熱互結、濕熱中阻、肝胃不和、痞滿嘔吐 [1]。

黃連首載於《神農本草經》，歷代本草典籍均有記載，列為上品 [2]，因其根連珠而色黃，故得其名 [3]。現代科學研究發現黃連主要成分有生物鹼 (alkaloids) 和木脂素 (lignanoids)，此外還包括酚酸、揮發油、黃酮類、香豆素 (coumarin)、萜類、固醇類、多糖等；其中小檗鹼 (berberine，C20H18NO4) 的含量高，約占 10%，為主要藥理成分 [4, 5]。

研究證實黃連具有抗發炎、抗癌、抗氧化、抑菌、利膽、抗潰瘍、降血糖、抗心律失常等藥理活性 [3]，最近也有許多關於黃連的藥理研究發表面世，茲簡要摘述如下：

1. 改善糖質代謝：

過去研究顯示小檗鹼 (berberine，BBR) 能改善第二型糖尿病患者糖質代謝，可能機制與活化單磷酸腺苷活化之蛋白激酶 (adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK) 以及改善胰島素敏感性有關，對於其他降血糖機制則尚待探討，Xia 等人以高脂飲食誘導Sprague-Dawley大鼠產生高血糖症，探討糖尿病大鼠肝臟對 BBR 的反應。

結果發現 BBR 能顯著降低空腹血糖，降低肝臟糖質新生相關的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK) 與葡萄糖-6-磷酸酶 (glucose-6-phosphatase，G6Pase) 之基因與蛋白質表達，抑制肝臟脂肪酸合成酶 (fatty acid synthase，FAS) 的表達減少脂肪變性 (hepatic steatosis)，以及降低肝臟forkhead transcription factor O1 (FoxO1)、sterol regulatory element-binding protein 1c (SREBP1) 和carbohydrate responsive element-binding protein (ChREBP) 等轉錄因子的活性，但對肝臟胰島素訊息路徑則無任何改變。BBR能抑制體外培養肝臟細胞耗氧量與降低細胞內 ATP 的濃度。綜上觀察結果，BBR 可能藉由抑制粒線體而直接抑制肝臟糖質新生，改善空腹血糖，並與胰島素訊息路徑無關 [6]。

降血糖中藥方劑糖敏靈 (Tang-Min-Ling，TML) 為大柴胡湯的改良方劑，主要成分包括：黃連 (C. chinensis Franch.)、黄芩 (Scutellaria baicalensis Georgi)、大黄 (Rheum officinale Baill) 以及柴胡 (Bupleurum chinense DC.)。Zhen 等人過去進行多中心隨機對照研究 (multi-central randomized controlled investigation) 顯示 TML 能調控第二型糖尿病患的糖質代謝，但其作用機制仍為未清楚。因此 Zhen 等人以Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty (OLETF) 大鼠作為動物模型，陽性對照組給予降血糖藥rosiglitazone，TML 實驗組給予 TML，連續 12 週口服給予後檢測血清葡萄糖、脂質、瘦體素 (leptin) 與脂聯素 (adiponcetin) ，以葡萄糖鉗制試驗 (glucose clamp test) 檢測胰島素阻抗程度，並觀察骨骼肌單磷酸腺苷-活化蛋白激酶 (skeletal muscle AMP-activated protein kinase，AMPK) 與葡萄糖傳輸子4 (glucose transporter 4，GLUT4) 的變化情形以研究 TML 改善胰島素阻抗的機制。結果顯示 TML 能顯著減小口服葡萄糖耐受試驗 (glucose tolerance test) 曲線下的葡萄糖面積，並能促進調控血清脂質的代謝，顯著降低血清瘦體素濃度，但對於血清adiponectin濃度無任何影響；此外，TML 實驗組的骨骼肌 AMPK 酵素活性與 GLUT4 的表現也有增加。由上述實驗結果推測由於 TML 的主成分為黃連，能改善 OLETF 大鼠糖質代謝，而其機制可能與改善胰島素阻抗有關 [7]。

2. 抗菌活性：

黃連 (C. chinensis Franch.) 、三角葉黃連 (C. deltoidea C.Y. Cheng et Hsiao) 以及雲連 (C. teeta Wall.) 等黃連屬植物有極強的抗菌作用，Feng 等人以微量熱技術 (microcalorimetry) 與統計分析方法，再評估了上述黃連屬植物乾燥根的抗菌功效。使用熱活性測定儀 (thermal activity monitor，TAM) 恆溫微量熱卡計 (air isothermal microcalorimeter) 、反應槽 (ampoule mode) 以評估生物活性；分析黃連主成份作用下，金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) 於 37℃ 生長時能量代謝的動態。

分析結果顯示，第一階段生長速率常數 (growth rate constant，K1) 與最大熱值 (maximum heat rating，P1) 的數值均有變化，表示黃連屬植物對金黃色葡萄球菌 37℃ 時的生長均有抑制作用；paired t-test 統計分析顯示黃連屬植物之間對金黃色葡萄球菌的抑制率無顯著差異；檢測黃連、三角葉黃連與雲連的最小抑制濃度 (minimal inhibitory concentrations，MIC) 分別為 77.82、116.64、93.32 μg/mL，顯示上述研究方法為評估黃連屬植物抗菌作用的有效方法 [8]。

3. 解熱作用：

Liu 等人研究了 2,4-dinitrophenol 誘發動物發熱模型的代謝體學 (metabonomics)，以及黃連萃取物 (Rhizoma coptidis extract，RCE) 對其治療效果。以 UPLC/ESI–Q-TOF/MS 結合主成份分析 (principal component analysis，PCA) 檢測發熱模型大鼠尿液樣本。結果發現有相似的 9 種離子對發熱反應各異，離子在 m/z 206.0278 時鑑定為黃尿酸 (xanthurenic acid)，證實代謝體實驗法能分辨發熱與健康的個體，為活體內篩檢發熱的迅速且可行新技術，同時也能偵測到 RCE 的干擾效應，是探討中草藥對發熱的治療作用的有效方法之一 [9]。

4. 抗癌作用：

黃連對於鱗狀上皮細胞癌 (squamous cell carcinoma) 的研究尚未確立，因此 Wang 等人探究了活體外及活體內黃連對人類鱗狀上皮細胞癌的抗癌活性。活體內實驗在異種異體移植裸鼠 (xenografted nude mice) 中進行，並利用路徑列陣分析技術 (Pathway Array Technology) 瞭解黃連誘導癌細胞凋亡相關的訊息路徑。鱗狀上皮細胞癌細胞株與異體移植裸鼠以黃連處理後，能時間相關性地減少細胞增生繁殖數量。

另一方面，黃連對癌細胞訊息路徑有非常廣泛的影響，包括：細胞週期調控 (Cdk6、Cdk4、cyclin B1、cyclin E、cyclin D1、p27)、細胞黏附 (E-cadherin、osteopontin)、細胞分化、細胞凋亡 (p-Stat3、p53、BRCA1)、細胞骨架 (p-PKC α/β II、Vimentin、p-PKCα)、絲裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 訊息路徑 (raf-1、ERK1/2、p-p38、p-ERK) 以及磷脂醯肌醇－3－激酶 (PI-3-K) 訊息路徑 (p-Akt、Akt、p-PTEN)。綜上所述，黃連可能發展成為治療鱗狀上皮細胞癌的新穎藥物 [10]。

5. 抗發炎作用：

Zhang 等人利用脂多醣 (lipopolysaccharide，LPS) 誘發大鼠小腸損傷模型，觀察黃連水溶性萃取物 (C. chinensis aqueous extract，CCAE) 與小檗鹼 (CCAE主要成分，BBR) 對腸源性敗血症 (gut-derived sepsis) 的影響。

健康大鼠預先灌胃給予不同劑量的小檗鹼 (30或120 mg/kg bw；BBR30或BBR120) 或 CCAE (含9.9% BBR；300 mg/kg bw；CCAE300)，之後腹腔注射LPS (20 mg/kg bw)，結果能顯著地血漿中腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor-α，TNF-α)、介白素-1β (interleukin-1β，IL-1β) 和一氧化氮 (nitrite oxide，NO) 的增加，以及抑制迴腸內的類鐸受體4 (toll-like receptor 4，TLR4) 與核因子-κB (nuclear factor-κB，NF-κB) 的活化。

此外，CCAE300與BBR30能明顯提升迴腸的超氧歧化酶 (superoxide dismutase，SOD) 與榖胱甘肽過氧化酶 (glutathione peroxidase，GSH-Px) 的活性，並抑制增加的丙二醛 (malondialdehyde，MDA) 、NO 與絨毛損傷，減少 LPS 所誘導的小腸損傷。由上述實驗結果推測 CCAE 與 BBR 具有抗發炎作用，在未來可能應用於預防敗血症 [11]。

6. 抗心律失常：

抑制心肌 hERG (human ether-a-go-go-related gene) 通道能延遲去極化並延長 QT 區間，使心臟動作電位 (cardiac action potential) 突然停止，止咳藥 clobutinol 就是因為會抑制心肌 hERG 通道而被禁止使用。為了尋找天然的 hERG 通道抑制劑，Schramm 等人建立了以 HPLC 為基礎的分析方法，並結合 HPLC-microfractionation 與 Xenopus laevis 卵母細胞生物活性測試，觀察黃連 (C. chinensis Franch.) 甲醇萃取物對 hERG 通道的影響。

結果 100 µg/mL 黃連甲醇萃取物能降低 31.7 ± 2.0% 的 hERG 通道電流峰值尾 (peak tail) ，且 HPLC 為基礎的活性分析指出小檗鹼為主要活性成分，但是 100 µM 小檗鹼參考樣本降低 hERG 通道電流峰值尾僅有 16.3 ± 1.6% 的抑制效果，較黃連甲醇萃取物為低，因此 Schramm 等人繼續做 LC‐PDA‐MS 分析，將黃連甲醇萃取物以 microfractionation 的方式收集小檗鹼，結果顯示小檗鹼已經有部分轉變成 dihydroberberine；依據 Leuckart-Wallach 反應機制，將還原劑蟻酸加入 HPLC 流動相 (mobile phase)，以降低原小檗鹼類生物鹼 (protoberberine alkaloids) 的峰值尾，同時檢測與原小檗鹼結構相似之化合物，結果以 100 µM 之 dihydroberberine 的抑制效果最佳 (30.1 ± 10.1%)，為天然的 hERG 通道抑制劑 [12]。

7. 抗氧化：

人類皮膚暴露於紫外線輻射 (ultraviolet radiation，UVR) 會消耗皮膚的抗氧化劑、干擾基因表現、降低人體免疫力而容易導致皮膚疾病的產生，因此 Yan 等人評估了黃連 (C. chinensis) 與黄柏 (Phellodendron amurense) 之多糖類成分的自由基清除活性，及其對 UV 引起的皮膚氧化傷害之保護作用。

首先以 HPLC 分析黃連與黄柏的多糖類成分，結果發現黃連含有阿拉伯糖 (Arabinose)、甘露糖 (Mannose) 與半乳糖 (Galactose) ，而黄柏則含有阿拉伯糖、木糖醇 (xylitol)、葡萄糖 (Glucose) 與半乳糖。傅立葉轉換紅外線 (Fourier transform infrared，FT-IR) 光譜分析黃連與黄柏有顯著的碳水化合物聚合體吸收峰。在 DPPH 自由基清除活性試驗中，有2種多糖類在濃度範圍內具有強力自由基清除活性；受 UV 照射的動物模型給予黃連與黄柏的多糖類成分，結果能劑量相關性地顯著增加皮膚抗氧化酵素與免疫力。綜上實驗結果，推測黃連與黄柏的多糖類成分呈現光保護作用特質，可能是與具有類似類黃酮與胡蘿蔔素的 UV 吸收、抗氧化及提升免疫力等分子特性有關 [13]。

參考文獻

1. 國家藥典委員會，《中華人民共和國藥典》2010年版，一部，化學工業出版社，pp. 213-214，2010年。

2. 田智勇、李振國，黃連的研究新進展，時珍國醫國藥，15:704-706，2004。

3. 崔學軍，黃連及其有效成分的藥理研究進展，中國藥師，9:469-470，2006。

4. 匡艷輝、朱晶晶、王智民、彭新君，黃連屬藥用植物化學成分和質量控制的研究進展，中國藥學雜志，43:1121-1125，2008。

5. 楊俊寶、彭正松、楊軍、趙梅，黃連屬植物研究進展，安徽農業科學，33:1248-1250，2005。

6. Xia, X., Yan, J., Shen, Y., Tang, K., Yin, J., Zhang, Y., Yang, D., Liang, H., Ye, J., Weng, J. Berberine improves glucose metabolism in diabetic rats by inhibition of hepatic gluconeogenesis. PLoS One, 6:e16556, 2011.

7. Zhen, Z., Chang, B., Li, M., Lian, F.M., Chen, L., Dong, L., Wang, J., Yu, B., Liu, W.K., Li, X.Y., Qin, P.J., Zhang, J.H., Tong, X.L. Anti-diabetic effects of a Coptis chinensis containing new traditional chinese medicine formula in type 2 diabetic rats. Am. J. Chin. Med., 39:53-63, 2011.

8. Feng, X., Yan, D., Zhao, K.J., Luo, J.Y., Ren, Y.S., Kong, W.J., Han, Y.M., Xiao, X.H. Applications of microcalorimetry in the antibacterial activity evaluation of various Rhizoma coptidis. Pharm. Biol., Epub ahead of print, 2011.

9. Liu, S., Lu, F., Wang, X., Sun, W., Chen, P., Dong, W. Metabolomic study of a rat fever model induced with 2,4-dinitrophenol and the therapeutic effects of a crude drug derived from Coptis chinensis. Am. J. Chin. Med., 39:95-109, 2011.

10. Wang, H., Zhang, F., Ye, F., Ma, Y., Zhang, D.Y. The effect of Coptis chinensis on the signaling network in the squamous carcinoma cells. Front Biosci. (Elite Ed.), 3:326-340, 2011.

11. Zhang, Q., Piao, X.L., Piao, X.S., Lu, T., Wang, D., Kim, S.W. Preventive effect of Coptis chinensis and berberine on intestinal injury in rats challenged with lipopolysaccharides. Food Chem. Toxicol., 49:61-69, 2011.

12. Schramm, A., Baburin, I., Hering, S., Hamburger, M. hERG Channel Inhibitors in Extracts of Coptidis Rhizoma. Planta Med., Epub ahead of print, 2011.

13. Yan, H., Sun, X., Sun, S., Wang, S., Zhang, J., Wang, R., An, P., Yang, F., Kang, W. Anti-ultraviolet radiation effects of Coptis chinensis and Phellodendron amurense glycans by immunomodulating and inhibiting oxidative injury. Int. J. Biol. Macromol., Epub ahead of print, 2011.