一.研究背景
姜黄素是从姜黄中提取的天然多酚类化合物，因具备显著的抗癌特性而被广泛研究，但由于姜黄素水溶性极差，在水中溶解度仅为2μg/mL，且渗透性低、生物利用度差，同时还容易降解。这些问题严重阻碍了它作为抗癌药物的开发进程。尽管在酸性条件下姜黄素稳定性较高，可在该环境下其溶解度极低，在生理 pH 值的胃肠道液体中难以溶解，导致口服吸收效果不佳，若要达到有效吸收剂量，又会引发如胃刺激、恶心、腹泻等胃肠道副作用。
L-精氨酸作为一种小分子亲水性碱性氨基酸，安全无毒，其pKa值为12.5，有望与姜黄素形成离子对或盐，以此提高姜黄素在胃肠道中的溶解度和渗透性，进而增强其抗癌活性，因此，本研究利用碱性氨基酸L-精氨酸来解决姜黄素的上述问题。
二.实验方法
研究采用物理混合和共沉淀两种方法制备姜黄素–精氨酸盐，物理混合法将两者粉末混合过筛，共沉淀法将姜黄素甲醇溶液与精氨酸水溶液混合后蒸发溶剂，通过分子对接、溶解度测试、DSC、FTIR、XRD进行表征，在模拟胃液中进行体外溶出实验，以MTT 法在 MCF7细胞株中开展细胞毒性实验，测定不同浓度样品作用后的吸光度并计算IC₅₀值。
三.研究结果及分析
3.1 分子对接
通过分子对接技术研究姜黄素与L-精氨酸的结合模式与相互作用。使用MOE 2014.09软件进行模拟，结果显示L-精氨酸通过静电作用夹在姜黄素的两个酚羟基基团之间，其碱性氨基与姜黄素中间的烯醇基团形成稳定结合。
图 1.姜黄素与L-精氨酸之间的可能相互作用
3.2 溶解度测试
姜黄素-L-精氨酸物理混合物（Cur:L – arginine PM）、姜黄素-L-精氨酸共沉淀物（Cur:L – arginine Coppt）的溶解度及平衡溶液 pH 研究，实验方法为各取过量样品置 10mL 蒸馏水，37℃振荡 48h 后取上清测吸光度算溶解度，同时测平衡溶液 pH。结果如图2：
图2 姜黄素以及姜黄素-L-精氨酸物理混合物（PM）和共沉淀混合物（Coppt）的溶解度（A）及平衡时溶液的pH（B）
图（A）显示Cur溶解度低，PM和Coppt中姜黄素溶解度显著提升，Coppt 溶解度约为900μg/ml高于PM的溶解度；（B）表明Cur平衡溶液pH约5，PM和Coppt对应溶液pH为9，说明L-精氨酸参与作用改变了姜黄素溶解环境与溶解度，且共沉淀法对提升溶解度效果更优。
3.3 DSC、FTIR和XRD分析
图3姜黄素、姜黄素-L-精氨酸物理混合物和姜黄素-L-精氨酸共沉淀物的DSC图谱
姜黄素在183℃出现尖锐吸热峰，对应其熔点；L-精氨酸在109℃和252℃分别出现吸热峰，原因是失去结合水和自身的熔融。物理混合物（PM）的DSC曲线仅为两者峰的简单叠加，而共沉淀物（Coppt）中姜黄素和L-精氨酸的特征峰完全消失，在178℃出现新的吸热峰，表明共沉淀法形成了新的复合物。
图4.姜黄素、姜黄素-L-精氨酸物理混合物和共沉淀物的FTIR光谱
姜黄素的3515 cm⁻¹（酚羟基）和1610 cm⁻¹（C=O）峰在物理混合物中保留，但在共沉淀物中消失，说明共沉淀过程中酚羟基与L-精氨酸的氨基发生相互作用，导致官能团发生变化。
图 5. 姜黄素、姜黄素-L-精氨酸物理混合物和共沉淀物的XRD图谱
姜黄素和L-精氨酸的尖锐衍射峰代表结晶结构，物理混合物的峰为两者叠加，而共沉淀物的衍射峰消失并呈现弥散峰，表明共沉淀法破坏了原有的结晶结构，形成无定形盐复合物。
DSC、FTIR和XRD的结果共同证明，共沉淀法制备的姜黄素–精氨酸盐通过静电作用和氢键形成了新的复合物，而物理混合没有发生变化。这些表征为复合物的结构确证和溶解度提升机制提供了关键证据。
3.4 体外溶出实验
姜黄素的体外溶出实验，目的是评估姜黄素、姜黄素与L-精氨酸物理混合物以及共沉淀物在模拟胃液环境中的溶出特性。实验结果如图6：
图6 姜黄素、姜黄素与L –精氨酸物理混合物（PM）和共沉淀物（Coppt）的体外药物溶出情况
结果表明，姜黄素单独存在时溶出率较低，而姜黄素与L-精氨酸形成的物理混合物和共沉淀物的溶出率均有显著提升，尤其是共沉淀物在2小时内的溶出率达到了60%，远高于姜黄素自身的溶出率，这进一步证实了L-精氨酸与姜黄素结合形成的复合物能有效改善姜黄素在模拟生理环境中的溶出性能。
3.5 细胞毒性研究
探究姜黄素、姜黄素-L-精氨酸盐对MCF-7人乳腺癌上皮细胞系的细胞毒性，并与紫杉醇（Taxol®）这一标准抗癌药物作对比。实验结果如图7：
图7 六种不同浓度的姜黄素、姜黄素-L-精氨酸盐和紫杉醇（Taxol®）对MCF-7 人乳腺癌上皮细胞系的细胞毒性
结果表明，在高浓度（100、50μg/ml）时，三者毒性近100%；在中低浓度（25、12.5μg/ml），姜黄素-L-精氨酸盐毒性略高于姜黄素，与紫杉醇相近；低浓度（6.25、3.125μg/ml），姜黄素-L-精氨酸盐毒性显著高于姜黄素，且接近紫杉醇。这表明姜黄素与L-精氨酸成盐可增强对 MC-7细胞毒性，为姜黄素抗癌药物开发提供依据。
姜黄素-L-精氨酸盐对MCF-7细胞的毒性显著增强，其IC₅₀值（半数抑制浓度）为 5.64±0.08μg/mL，相比姜黄素的 7.83±0.03μg/mL，细胞毒性提升了1.4 倍，且该数值与紫杉醇的 4.85±0.05 μg/mL较为接近。这表明通过与L-精氨酸成盐，有效增强了姜黄素对乳腺癌细胞的杀伤效果。
结论：
该研究通过分子对接明确姜黄素与L-精氨酸的结合模式，经溶解度测试、DSC、FTIR、XRD 等表征及体外溶出、细胞毒性实验，证实共沉淀法制备的姜黄素-L-精氨酸盐可显著提升姜黄素溶解度与体外溶出率，且对 MCF-7乳腺癌细胞毒性强于游离姜黄素、更接近紫杉醇。本篇文献的创新点在于利用L-精氨酸与姜黄素形成共沉淀物，突破姜黄素水溶性差的局限，为改善姜黄素药代动力学及抗癌应用提供新策略，对姜黄素从天然成分向有效抗癌制剂转化提供理论基础。
DOI:10.3390/molecules28010262