丹參萃取物之藥理與生理活性之研究

曾英傑1  林玨羽2   張同吳3  宣大平4  黃 鵬5

慈濟大學分子生物及人類遺傳所 助理教授1
慈濟大學醫學科學研究所 博士班學生2
行政院農業委員會花蓮區農業改良場 副研究員3
行政院農業委員會花蓮區農業改良場 課長4
行政院農業委員會花蓮區農業改良場 場長5

摘要

丹參Salvia miltiorrhiza Bunge是一味東亞常用的傳統多功能藥材，古典用法以乾燥根入藥並以水煎服。具有所謂祛瘀止痛、活血通經、清心除煩等效能。丹參的主要成分可以分為以丹酚酸B （Salvianolic acid B）為主的水溶性酚酸(Phenolic acids)衍生物和以丹參酮IIA（Tanshinone IIA）為主的親脂性二萜醌(Diterpenoid quinones)類似物。臨床前研究發現丹參抽取物具有多重之藥理、生理作用。水溶性抽取物對心血管、腦、肝等器官具保護作用，而親脂脂性萃取除了對心臟健康有幫助外，也有抗癌、抗菌和抗發炎等活性。丹參的複方、水溶性萃取物和丹參酮IIA 磺酸鈉在臨床上已經證實有保護心血管之活性。然而，親脂性之丹參酮因為「低水溶性」、「容易經P 醣蛋白排出」、「葡萄醣醛酸化代謝」等因素造成口服生體可使用率很低（在大鼠約為2.9-3.4%），因此難以開發成為保健食品或臨床藥物。本文除介紹丹參抽取物之開發潛能外，也針對上述問題和可能解決的方式加以探討，並且建議：未來丹參可朝向選擇性的複方調劑，期以加強其生體可使用率。

關鍵字：丹參、藥理活性、生理活性、藥物代謝動力學

一、前言

丹參Salvia miltiorrhiza Bunge是一味在東亞被廣泛使用的藥材。傳統服用方式是取乾燥根部水煎服，具有所謂祛瘀止痛、活血通經、清心除煩等效能。目前用來主治心、腦血管疾病如心絞痛、心肌梗塞、高脂血症、中風等病。丹參更常聯合使用其他草藥成為複方。舉例來說，「複方丹參滴丸」和「複方丹參片」是兩個最常用的丹參複方，含有由丹參 、三七和肉桂(Zhou, et al., 2005)。目前丹參的需求遍及世界各地，根據2006年之估計，僅亞歐美三地區約有500.0萬患者服用丹參。若以經濟價值來看，它踞全球植物用藥市場價值約2億美元，且以每年20%的幅度增加(Zhu, 1998; Ji, et al., 2000; Wang, et al., 2004; Wu, et al., 2004; Sze, et al.,- 88 -2005; Zhou, et al., 2005; Cheng, 2006; Cheng, 2006)。本文首先介紹丹參萃取物的藥理與生理活性，接著討論開發丹參產品所遇到的問題，最後提出可能解決的方案。

二、丹參成分的發現

丹參的活性成分從20世紀30年代就已經有日本人中尾萬三，福島忠勝（1934）加以研究。實際上，丹參單或複方主要製備仍以水萃方式為主，因此水溶性有效成分的分析和鑑定較能作為藥性的依據。不過，首先發現的成分卻是脂溶性的丹參酮。脂溶性成分的鑑定和研究持續到60 年代。而水溶性有效成份則到70 年代以後，才有原兒茶醛的發現。原兒茶醛含量並不高(約為為藥材的0.03~0.16%)；80 年代，丹參素被發現，它和原兒茶醛都分別在當時被認為是水溶性有效成分的代表；直到80 年代末以至90 年代，更進一步的分析才發現，丹酚酸類（Salvianolicacids 又稱丹參酸）才是水萃物中最有效的成分。丹酚酸類有A~K 型，其中以丹酚酸A的活性最強，但含量卻很少(約為藥材的0.01~0.06%)；而丹酚酸B 效能雖不及前者，含量卻較高(可達2~8%)；因此，丹酚酸實為丹參水溶性成分中最主要的活性成分。丹參素化學名為β-3，4-二羥苯乳酸（β-3，4-dihydroxybenyl lactic acid），是各種丹酚酸的基本化學結構。丹酚酸B（SalB）為三分子丹參素與一分子咖啡酸縮合而成，水溶性成分除了上述單一化合物外，還有熊果酸、黃芩甙 ，異歐前胡內酯 ，熊果酸，β-穀甾醇 ，胡蘿蔔甙 ，5-(3-羥丙基)-7-甲氧基-2-(3′-甲氧基-4′-羥苯基)-3-苯並［b］呋喃甲醛，替告皂甙元，豆甾醇等 ，水溶性成分總共約有20 多種化合物（無名氏，年代不詳）。

至於脂溶性之活性成分，從30 年代中尾和福島發現丹參酮I、II、III 後，陸續還有其他的丹參酮如隱丹參酮被發現(Read, 1961)。到目前為止，已經至少50 種以上的脂溶性化合物。這當中又以二萜醌類類的丹參酮化合物為主，主要包括丹參酮（I Tanshinone I）、（Tanshinone II）丹參酮ⅡA、異丹參酮I（IsotanshinoneI）、雙氫丹參酮（Hihydrotanshinone），丹參酮IIB， 甲基丹參酮Methyltanshinone，隱丹參（Cryptotanshinones）和異隱丹參酮I和II（Isocryptotanshinones I and II）等 (Zhou, et al., 2005)。最主要的活性成分是丹參酮IIA (約佔藥材的0.1~0.9%)。

總之，丹參提取物到目前為止已被分離並鑒定出至少含有70 多個化合物。這些活性成分，簡單來說，可以分為水溶性的酚酸衍生物（約27 個）和脂溶性的二萜醌類似物（數量約大於50）。

三、丹參的藥理和生理活性 

在水溶性的成分中，丹酚酸B 是目前研究較多的丹酚酸之一。經過臨床前之實驗結果顯示，丹酚酸B 對心血管、腦、肝等器官均具有重要藥理作用。這些作用有一大部分根源於丹酚酸B 具有很強的生理作用。以抗氧化作用為例，丹酚酸B 能清除氧自由基、抑制脂質過氧化反應，其作用強度高於維生素C、維生素E、甘露醇。另外丹酚酸B 對心肌缺血再灌注損傷、心臟微血管內皮細胞的延遲有保- 89 -護作用、對動脈粥樣硬化有防治作用、對心血管內皮的增厚有防止作用;對腦缺血損傷具保護作用、對記憶功能障礙具改善作用;抗肝臟纖維化作用。此外丹酚酸B除了可以抗衰老、抗腫瘤作用外;還可以促進體外誘導骨髓基質細胞向心肌樣細胞轉化，可作為心臟外科手術後修復時良好細胞來源(湛月娥，2007; 汪芸，2010)。

目前上市的複方丹參滴丸是丹參、三七、冰片的水溶性萃取物，主要成分為丹參素(Danshensu)、原兒茶醛(protocatechuic aldehyde)和丹酚酸B(salvianolic acid B)。宣稱可以預防和治療糖尿病微血管併發症，如糖尿病視網膜病變、糖尿病腎病。

關於脂溶性的丹參酮類的藥理研究，臨床前研究表明，它對抗菌、抑菌、抗發炎、抗雄性激素等均顯出其活性，另外也具有神經、心臟保護(Chang, et al., 2006)作用。這是根據一些實驗得來的結果：例如，前處理丹參酮IIA 對乳鼠腦部損傷之缺氧性貧血具有部分保護作用(Xia, et al., 2005)。口服投以丹參酮I 、II、和隱丹參酮、以及15, 16-雙氫丹參酮後，可以改善由東莨菪鹼 (Scopolamine)引起的記憶減退(Kim, et al., 2007)。腹腔注射丹參酮 IIA和IIB可使腦中風小鼠腦梗死體積減少和神經功能的恢復(Lam, et al., 2003)。腹腔注射隱丹參酮能提高阿茲海默病症基因轉殖小鼠的認知能力(Imanshahidi and Hosseinzadeh, 2006; Mei, et al., 2009)。

丹參酮ⅡA對大鼠灌胃給藥可以抑制心肌梗死之發炎反應(Ren, et al., 2010) 。此外，丹參酮具有免疫調節(Jang, et al., 2003; Huang, et al., 2007)、抗骨質疏鬆(Lee, etal., 2005)、細胞毒性和凋亡誘導(Yang, et al., 2005; Tang, et al., 2007)、抗動脈粥樣硬化(Tang, et al., 2007)和抗氧化和自由基的清除作用(Zhao, et al., 1996; Jang, et al.,2006; Chen, et al., 2007; Zhang and Wang, 2007) 。

關於丹參酮之抗癌活性，多數以癌細胞為測試平台之研究指出，丹參酮對於多種癌細胞具有抑制或毒殺性。例如丹參酮可以對抗人類乳癌 (Wang, et al.,2005)、非小型細胞肺腺癌細胞株(Lee, et al., 2008) ;抑制小鼠P388 淋巴細胞性白血病(Mosaddik 2003)、人類肝癌 (Wang, et al., 1996a; Tang, et al., 2003; Tang, et al.,2003; Yuan, et al., 2004; Zhong, et al., 2007)、非小型細胞肺癌(Lee, et al., 2008)、與前列腺癌細胞株(Gong, et al., 2010)的增殖生長; 誘導人類肝癌、前髓細胞性白血病 (Tang, et al., 2003; Tang, et al., 2003; Yuan, et al., 2004)、（HL60 細胞）紅白血病（K562 細胞） (Sung, et al., 1999; Yoon, et al., 1999)、和鼻咽癌細胞株(Yuan, etal., 2002)的凋亡;而且誘導人類白血病 (Liang, et al., 2000; Wu, et al., 2002; Wang2003)、子宮頸癌細胞株(黃光琦等，1996)的分化。除了抑制人腦膠質瘤 (Wang, etal., 2007; Su, et al., 2008)、大腸癌細胞株(Su, et al., 2008)之生長，也會增加其凋亡率。一些活體研究的結果也顯示出丹參酮IIA的抗癌活性:例如以腹腔或皮下注射對付小鼠肝癌 (Wang, et al., 1996b)、以皮下注射對付人類乳癌 (Wang, et al.,2005)、以口服對付人類前列腺癌 (Gong, et al., 2010) 、以腹腔注射對付人類乳癌(張欣等，2010)、非小型細胞肺癌 (Lee, et al., 2008)等。

比較令人關心的是，丹參酮在臨床方面的進展。雖然，丹參酮對一般性化膿性感染、五官感染、痤瘡以及婦科等疾病都有顯著治療成效的案例報導（王忠永、邱會芬，2001），仍有學者認為這些臨床的結果可能在研究設計方面失之嚴謹，- 90 -例如，缺乏安慰劑的對照組(Chen, et al., 2007)。另有學者認為，一些早期的結果，可能會因萃取技術未臻成熟而使藥物成分不一而結果無法重複。

據藥品說明，丹參酮臨床使用劑量相當高，每天約3~4 克，這與體外的實驗結果並不相稱。目前上市的丹參酮粉劑膠囊主要成分為隱丹參酮，也只宣稱對痤瘡有效。原因有待從藥物動力學的角度加以探討。丹參酮難以溶於水的特性是作為上市藥品的障礙，水溶性磺酸鈉丹參酮IIA 劑型是針對此問題所作的改良。臨床上。對108 例心電圖異常的冠心病患者的臨床雙盲觀察顯示，以每天80 毫克劑量之磺酸鈉丹參酮IIA靜脈注射方式給於心絞痛患者投藥，可以看到症狀改善、心電圖變化、輕度降壓、和降低血漿粘度之效果， 總有效率達到86％，治療胸悶有效率93.1%，改善心電圖異常有效率54.7%，且對患者的血象、肝臟、腎臟均無影響，副作用極小(Annoymous, 1984; Ji, et al., 2000; Adams, et al., 2006)。可惜，丹參酮IIA磺酸鈉抗癌能力卻下降許多。因此，並不能滿足抗癌活性的期待。

四、丹參酮藥物代謝動力學與開發瓶頸

有關丹參成分之藥理和生理活性之研究文獻之數量多，內容也很廣泛。但關於它的代謝動力學，亦即生物體對它的吸收、分佈、生物轉換、排泄之研究則相對較少。以上兩項主要研究，決定藥物進入臨床或上市成品之開發。丹參之水溶性萃取物之生體可使用率很高，因此，容易開發成商品上市。相反的是脂溶性成分之生體可使用率很低。丹參酮是屬於脂溶性的化合物，若以粉末劑型口服，因無法容於消化液而難以被吸收；因此，必須依靠脂類或介面活性乳劑當作介質，以便被消化系統吸收。經過適當媒介攜帶的丹參酮，因為是小分子，進入消化道也能容易穿透腸壁細胞膜。可惜進入消化系統後，卻被消化系統以外異物（Xenobiotics）對待，而以解毒程式處理。因此，生體可使用率很低。以丹參酮IIA為例，它在大鼠的口服生體可利用率只有 2.9-3.4%(Yu, et al., 2007a) 。

解毒程式的第一道步驟是P-醣蛋白（P-glycoprotein），位於小腸管腔上皮細胞（ 纖毛細胞） 的表膜頂面( Apical surface)，是一個大分子細胞膜蛋白，屬於「連結ATP套組」一族。丹參酮類進入腸道，滲入上皮細胞後，立刻被P-醣蛋白運出細胞外的腸腔，和沒有進入腸壁細胞的丹參酮，隨著糞便排出體外(Yu, et al., 2007a; Yu, etal., 2007b; Bi, et al., 2008; Li, et al., 2008) ，未被排出的丹參酮IIA，在小腸細胞中隨即被「NAD（P）H依賴型醌還原酶」（NQO1）將兩個雙鍵氧分子還原成兩個羥的兒茶酚。它是一個代謝過程的中間產物，非常不穩定。旋即藉由UGT1A1酵素在羥基上加以萄糖醛酸化，經此作用後的產物水溶性變高，除藥理或生理活性則減低不少外，也被送入血液中藉由腎臟排除。腸道是丹參酮的代謝和排泄的主要途徑，也是首度效應（First pass effect）主要發生的地方。腸細胞裡沒有被排除和代謝的丹參酮可以進入血液中，大部分（99.2％）會與血漿蛋白高度結合，其中以脂蛋白為主要粘結劑(Hao, et al., 2006)（77.5％）。結合之後可能因此暫時失去藥理活性。血液裡的丹參酮隨著循環作用分布到各組織，一經分布後，移除則- 91 -較為緩慢。組織分佈主要以消化道為多，肺和肝則居其次(Bi, et al., 2007)。進入肝臟的丹參酮可能還會被代謝，丹參酮IIA在大鼠肝微粒體內可以被代謝成三個含羥化之代謝產物，即丹參酮IIB、Hydroxytanshinone IIA、和Przewaquinone。這些代謝可能是由細胞色素P450氧化酵素作用的結果(Li, et al., 2006)。

另外，大鼠口服丹參酮IIA後，研磨其腸道並分析其代謝產物，可以鑑定出丹參酮IIA之葡萄糖醛酸兒茶酚及其另一異構物、脫氫丹參酮IIA和它的兩個葡萄糖醛酸兒茶酚等五種水溶性化合物(Hao, et al., 2007)。同樣的，它們都失去活性且進入血液而排出體外。進入肝臟的丹參酮也可能走入膽囊，被它的P-醣蛋白的排出，隨著膽汁進入腸道而排出體外。總而言之，腸道對丹參酮的排出和代謝是造成丹參酮低生體可使用率的原因。這個缺憾，也成為開發丹參酮成為口服保健食品或藥品的主要障礙。

五、丹參酮口服生物可使用率之改良

如以上分析指出，單參親脂性成分之低口服生物可使用率，主要可以歸納為「低水溶性」、「易被排出」和「易被代謝」三項。低水溶性直接影響藥物被吸收，針對此問題，丹參酮IIA 曾被修飾為磺酸化丹參酮IIA 之化合物已如前述，水溶性的確增加，但抗癌性則減低不少。不過，另一化學合成之乙醯丹參酮IIA最近被發現，它與丹參酮IIA 比較，除具較強之水溶性外，對各種癌細胞之凋亡活性（Apoptotic activity）也較強，不但如此，經腹腔注射投藥於小鼠之活體實驗，也展現出抑制人類乳癌細胞之效果(Tian, et al., 2010)。然而它的口服效果和藥物代謝動力學仍未見報導。

張欣等(2010)曾以「自微乳化藥物傳遞系統」（Selfmicroemulsifying drugdelivery system， 簡稱SMEDDS）來增加丹參酮IIA之溶解性。該系統主要由介面活性劑/共介面活性劑/油酯構成，混和丹參酮IIA 後，經口服入腸胃道內，可以自發形成微小顆粒（約100nm）乳狀之「水包油」懸浮液。這種設計可以增加藥物之穩定性、溶解度、被吸收率。因為顆粒小，所以容易分佈在消化道裡面並被吸收。研究結果顯示，經此系統灌食大鼠給藥後，血漿丹參酮IIA 的濃度隨時間變化之曲線下面積（AUC, Area under concentration）可以增加到2.5 倍。雖然倍數並不高，但已經是一項啟蒙性的研究。另外，一種固液奈米顆粒Solid lipidnanoparticles (SLNs)的技術也被用來裝載隱丹參酮，藉以增加其水溶性。這項研究證實，經餵食大鼠之後所測得的血漿最高濃度值，可以增加1.86 ～ 2.05 倍(Hu,et al., 2010)，算來並不高。

「自微乳化藥物傳遞系統」和「固液奈米顆粒」兩個方法所增加的生體可使用率都不高。可能的原因，除了技術以外，就是忽略了P 醣蛋白對丹參酮的排出作用。排出作用對丹參酮之吸收的確不利，但如能抑制P 醣蛋白的作用應可減少藥物的排出率。其實，這項策略在其他藥物早已被證實。舉例來說， P 醣蛋白抑制劑KR30031 與抗癌藥物「太平洋紫杉醇」共同投藥在大鼠，可以提高8.9 倍的口服生物可使用率(Woo, et al., 2003)；而一些天然的植物黃酮類(flavonoids)如：鷹- 92 -嘴豆芽素A (Biochanin A)，桑色素(Morin)，根皮素(Phloretin)，水飛薊素(Silymarin)也被發現具有抑制P 蛋白抑制的功能(Zhang and Morris, 2003) ，至於這些抑制劑是否可以用來增加丹參酮的口服生物可使用率，目前雖未見相關的文獻報導，仍值得進一步探討。

丹參酮的水溶性和P 醣蛋白排出率如果能被克服，仍有一項丹參酮被葡萄醣醛酸化的代謝問題能待突破。就個人對相關文獻之蒐集，仍未見有人針對這問題加以探討。但在一篇報導中，銀杏(Ginkgo biloba)萃取物可以抑制小腸和肝臟的葡萄醣醛酸作用(Mohamed and Frye 2010)。這些抽取物如能用來抑制丹參酮被葡萄醣醛酸化，將可以提升丹參酮的口服生物可使用率。

從以上看來，解決丹參酮的低口服生物可使用率，要從多方面著手，而且建議要回歸到複方的調劑方式。現今傳統的複方不同的重點在於，現代複方根據分子機制設計，目標也較為具體明確。傳統的藥書將丹參歸納為「君」藥。若能配合劑型的設計、加上P 醣蛋白及代謝抑制的化合物或植物抽取物作為藥引，也許可以進一步搭配成複方，發揮「臣」、「佐」、「使」的作用，提高丹參酮的生體可使用率。