奇楠沉香木精油裡的「β-石竹烯」之抗癌、抗氧化及抗微生物的特性

 

文 / 踢小編 / 啟動生技研發部
校閱 / 莊哲仁博士 / 美國麻省理工學院

• 序言：

奇楠沉香在中國及東南亞等國家常被用來治療感染、發炎、風濕病及心臟疾病等。這種木本植物在中東也被廣泛用於製作成香料、焚香原料及化妝品。在阿拉伯及日本，奇楠沉香也被應用於治療消化疾病、神經退化性疾病及鎮靜障礙相關疾病。

許多科學研究均顯示奇楠沉香精油具有抗氧化、抗微生物、抗癌活性、解熱、鎮痛、抗缺血、通便及促消化等效果。這些都與植物中的活性成份有關，包括生物鹼、單寧、黃酮類和酚類等化合物。也有研究指出倍半萜類也是沉香木中主要的活性成份之一。

 

這次要介紹的主題，就是探討奇楠沉香木精油中的倍半萜類「β-石竹烯」之抗癌、抗氧化及抗微生物的特性。以下就開始進入我們今天的主題！

 

• 獲取奇楠沉香木精油的方法：

取下新鮮的奇楠沉香木並且以水浸泡後，除去樹皮外側的老廢組織，把樹皮切成小塊狀之後再將其研磨成粉狀，在圓底燒瓶裡加入500公克的粉狀樹皮並倒入5公升的蒸餾水，於25±2℃的溫度浸泡5天後，將水煮沸進行連續48小時的蒸餾萃取，再經由改良後的Clevenger迴流裝置連續12小時收集出淡黃色的沉香木精油，總重量約12.6公克。

 

• 整體實驗流程如下圖描述：

 

步驟1：先使用蒸餾技術獲取奇楠沉香木精油，約12.6公克。

 

步驟2：測試奇楠沉香木精油抑制四種不同癌細胞(HCT 116、PANC-1、PC3及MCF-7)增生的能力。測試結果發現，沉香木精油抑制HCT 116及PANC-1這兩種癌細胞的增生能力最好。

 

步驟3：利用管柱色層分析法初步分離奇楠沉香木精油，得到第1~8號主分離物，並以步驟2對沉香木精油最敏感的兩種癌細胞(HCT 116及PANC-1)當作測試細胞株。測試結果發現，第8號主分離物抑制癌細胞增生的效果最好。

 

步驟4：利用管柱色層分析法進一步分離第8號主分離物，得到第1~3號次分離物，同樣以HCT 116及PANC-1當作測試細胞株。測試結果發現，第3號次分離物抑制癌細胞增生的效果最好。

 

步驟5：第三次利用管柱色層分析法，分離的對象是第3號次分離物，最後獲得一種純物質，名為「β-石竹烯(β-caryophyllene)」。

 

• 以兩種試驗方法測定奇楠沉香木精油分離出的「β-石竹烯」之抗氧化能力：

1. 清除DPPH自由基之能力：
   DPPH是一種有機化合物，可以穩定自由基分子。DPPH最常用於抗氧化實驗；另外也可當作電子順磁共振信號位置和強度的標準。
2. FRAP(螯合亞鐵離子)之能力：
   FRAP試驗方法並不是利用樣品中的抗氧化物來清除特定的自由基，而是以樣品整體的還原能力作為抗氧化力。

 

※ DPPH及FRAP試驗發現「β-石竹烯」的IC50比維生素C還低，這代表「β-石竹烯」的抗氧化能力比維生素C還強。

 

• 奇楠沉香木精油分離出的「β-石竹烯」之MIC(最低抑菌濃度)試驗：

※ 本試驗結果顯示，「β-石竹烯」抑制革蘭氏陽性菌生長效果最好的是「金黃色葡萄球菌(編號3)」，最低抑菌濃度(單位:μM)僅需卡納黴素的二分之一左右。

 

※ 「β-石竹烯」抑制革蘭氏陰性菌生長效果最好的是「綠膿桿菌(編號6)」，最低抑菌濃度(單位:μM)比卡納黴素略低。

但是「β-石竹烯」無法有效地抑制「克雷伯氏肺炎桿菌(編號5)」的生長。

 

※ 「β-石竹烯」均能抑制試驗選用的所有黴菌，抑制生長效果最好的是「木黴菌(編號10)」，最低抑菌濃度(單位:μM)比卡納黴素略低。

 

※ 曾有其他學者發現「β-石竹烯」能夠抑制微生物的生長要歸因於它具有強大的抗氧化能力。在此之前的研究顯示了「β-石竹烯」具有抑制細菌生長的能力，而這是第一次發現「β-石竹烯」也具有抑制真菌生長的能力。

 

• 使用紙錠擴散試驗方式測試「β-石竹烯」抑制細菌生長的能力：

利用「β-石竹烯」去測試是否能在培養盤中抑制「金黃色葡萄球菌」及「木黴菌」這兩種微生物的生長，測試結果與卡納黴素作比較。

 

 

※ 本試驗結果顯示，相同濃度測試藥物的條件下，「β-石竹烯」均能夠抑制金黃色葡萄球菌與木黴菌。

※ 縮寫分別表示，β-C即為「β-石竹烯」、Std即為卡納黴素、NC即為無菌去離子水、EOs即為奇楠沉香木精油。

 

• 使用「β-石竹烯」測試是否對細胞的生長具有抑制效果：

選擇七種人類癌細胞株【註3】及三種正常細胞株【註4】來作測試，測定「β-石竹烯」抑制細胞生長的能力，測試結果以IC50作表示。試驗對比的三種藥物【註5】分別為5-fluorouracil、betulinic acid及tamoxifen。

 

 

※ 本試驗結果顯示，「β-石竹烯」可以有效地抑制HCT 116(人類結腸癌細胞)、PANC-1(人類胰臟上皮癌細胞)及HT-29(人類結腸腺癌細胞)，IC50分別為19、27及63μM。

 

※ 以「β-石竹烯」測試是否會抑制正常人類細胞，結果顯示「β-石竹烯」對CCD-18Co(正常的人類結腸纖維母細胞)及NIH3T3-L1(正常的小鼠胚胎纖維母細胞)具有較低的細胞毒性。

 

• 結論：

1. 本次研究結果提供了相當好的證據表明「β-石竹烯」是奇楠沉香木精油中的重要活性成份，認為「β-石竹烯」具有潛力成為一種對抗真菌的藥物。
2. 「β-石竹烯」對人類結腸癌細胞具有很強的細胞毒性，可能是藉由使其DNA片段化或細胞凋亡的途徑而達成。
3. 未來研究目標將著重於「β-石竹烯」抑制腫瘤細胞移動、細胞侵入及腫瘤細胞聚集等方面的能力。

• 註：

註1、十種微生物分別為：

1. 蠟樣芽孢桿菌。
2. 枯草桿菌。
3. 金黃色葡萄球菌。
4. 大腸桿菌。
5. 克雷伯氏肺炎桿菌。
6. 綠膿桿菌。
7. 黑麴黴。
8. 檸檬黃青黴。
9. 隱根根黴。
10. 木黴菌。

註2、卡納黴素：是一種醫療上常使用的抗生素，它能抑制細菌的蛋白質合成，進而阻止細菌繁殖。

註3、七種人類癌細胞株，分別為：

1. HCT 116：人類的結腸癌細胞。
2. PANC-1：人類的胰臟上皮癌細胞。
3. HT-29：人類的結腸腺癌細胞。
4. ME-180：人類的子宮頸癌細胞。
5. PC3：人類的前列腺癌細胞。
6. K562：人類的慢性骨髓性白血病細胞，俗稱血癌。
7. MCF-7：人類的乳癌細胞。

註4、三種正常細胞株，分別為：

1. CCD-18Co：人類的正常結腸纖維母細胞。
2. NIH/3T3-L1：小鼠的正常胚胎纖維母細胞。
3. RGC5：小鼠的正常視網膜神經節細胞。

註5、對比的三種藥物，分別為：

1. 5-fluorouracil：中文為「5-氟尿嘧啶」，是一種嘧啶類似物，主要用於治療腫瘤。最主要的作用方式是作為胸苷酸合成酶抑制劑，阻斷DNA的複製。
2. Betulinic acid：中文為「樺木酸」，是天然存在的五環三萜類化合物，具有對抗反轉錄病毒、抗瘧疾和抗發炎等特性，可通過抑制DNA複製過程中的拓撲異構酶而作為抗癌藥物。
3. Tamoxifen：藥物商品名為「諾瓦得士錠」，調控特定荷爾蒙的功能，因而控制癌細胞的生長，主要作為乳癌之治療及乳癌手術後之輔助療法。

• 參考文獻：

1. Saad S. Dahham etc, “The Anticancer, Antioxidant and Antimicrobial Properties of the Sesquiterpene β-Caryophyllene from the Essential Oil of Aquilaria crassna,” Molecules, vol. 20, pp. 11808-11829, June 2015.