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    多種植物提取物對(duì)DMPD自由基清除作用的研究

    2015-03-23 08:00:49劉國(guó)安常錦春喬想金何彩麗鄒柯姝
    關(guān)鍵詞:籽油果酸沙棘

    劉國(guó)安, 常錦春, 喬想金, 何彩麗, 鄒柯姝, 丁 蘭

    (西北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 蘭州 730070)

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    多種植物提取物對(duì)DMPD自由基清除作用的研究

    劉國(guó)安*, 常錦春, 喬想金, 何彩麗, 鄒柯姝, 丁 蘭

    (西北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 蘭州 730070)

    用DMPD法檢測(cè)了植物來源的天然產(chǎn)物對(duì)DMPD˙+自由基的清除作用. 結(jié)果表明,11種單體化合物和沙棘籽油在此反應(yīng)體系表現(xiàn)出不同的活性. 黃酮類化合物中槲皮素活性最強(qiáng),100 μmol/L時(shí)清除率為55.76%,蘆丁和葛根素居中,分別是16.64%、2.25%,芹菜素最弱,此濃度未檢測(cè)到清除作用;酚類化合物中阿魏酸的活性最強(qiáng),100 μmol/L時(shí)達(dá)96.78%;三萜化合物熊果酸較齊墩果酸作用強(qiáng),1 μmol/L時(shí)檢測(cè)到清除活性達(dá)到最高,分別為23.05%和3.05%;混合物沙棘籽油對(duì)DMPD˙+自由基有一定的清除能力,其半清除濃度為12.84 mg/mL. 此結(jié)果為這些植物來源化合物發(fā)揮抗氧化作用的合理濃度范圍及進(jìn)一步應(yīng)用提供了一定的依據(jù).

    DMPD; 自由基清除作用; 植物抗氧化劑

    自由基(free radicals)和活性氧(active oxygen species,ROS)的重要性近幾十年得到了極大的關(guān)注,ROS是細(xì)胞代謝的正常產(chǎn)物,主要包括超氧陰離子(O2˙ˉ),羥自由基(HO˙),過氧化氫(H2O2)和單線態(tài)氧(1O2). 研究發(fā)現(xiàn),ROS在細(xì)胞損傷和衰老,信號(hào)途徑的激發(fā)當(dāng)中扮演著重要角色,此外,癌癥及很多其他疾病的發(fā)生和發(fā)展與ROS密切相關(guān). 人體代謝中如果ROS水平過高,會(huì)通過增加DNA的突變或者誘導(dǎo)DNA損傷,基因組的不穩(wěn)定以及細(xì)胞的增殖來誘導(dǎo)癌癥的發(fā)生與發(fā)展[1]. 機(jī)體本身的各種抗氧化酶和抗氧化成分會(huì)清除過量的ROS,但由于某些原因?qū)е缕胶獗黄茐模瑱C(jī)體將會(huì)處于氧化脅迫(oxidative stress)狀態(tài),攝入抗氧化劑就有可能會(huì)逆轉(zhuǎn)脅迫,保護(hù)細(xì)胞免于活性氧的侵害,進(jìn)而阻止或延緩許多慢性疾病的發(fā)生和發(fā)展[2]. 已知許多種類的植物化學(xué)成分比如維生素、多酚、黃酮類、類胡蘿卜素能夠清除自由基及ROS[3]. 檢測(cè)化合物抗氧化的指標(biāo)很多,如清除羥自由基或超氧陰離子等,但單一的體系不能全面反應(yīng)待測(cè)物的活性,因此,多種指標(biāo)檢測(cè)的綜合結(jié)果才能說明物質(zhì)的總體活性.

    N,N-二甲基-對(duì)苯二胺(N,N-dimethyl-p-phenylendiamine, DMPD)法檢測(cè)物質(zhì)對(duì)自由基清除作用,是近年來發(fā)展起來的一種用來測(cè)定天然產(chǎn)物潛在抗氧化活性的方法. 酸性條件下,DMPD可被ABAP、FeC13、CuC12氧化生成穩(wěn)定有顏色的DMPD˙+自由基,其在505 nm處有最大吸收峰. 當(dāng)加入抗氧化劑時(shí),能轉(zhuǎn)移1個(gè)氫原子給DMPD˙+,使溶液脫色,脫色程度越強(qiáng),說明樣品的抗氧化能力越強(qiáng)[2]. DMPD的吸光值在室溫下12 h內(nèi)基本恒定,尤其適合含水食品提取物的大規(guī)模篩選,此反應(yīng)迅速、穩(wěn)定、容易操作而且成本低,其他測(cè)定總體氧化狀態(tài)的方法都相對(duì)耗時(shí)并且涉及多個(gè)步驟[4],所以此方法可用來大規(guī)模篩選抗氧化劑,并比較不同抗氧化劑在同一體系當(dāng)中清除自由基的活性. DMPD法現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用來測(cè)定許多樣品的抗氧化能力,如水果、蔬菜、葡萄酒[5]以及蛋白質(zhì)中的不穩(wěn)定硫化物,綠茶提取液抗氧化活性和人體血漿的氧化還原狀態(tài)[6].

    本實(shí)驗(yàn)中,用DMPD法測(cè)定了單體化合物槲皮素、蘆丁、芹菜素、葛根素、白藜蘆醇、阿魏酸,迷迭香酸、香蘭素、茜素紅、熊果酸和齊墩果酸以及混合物沙棘籽油對(duì)DMPD˙+自由基的清除活性,比較這些化合物在此體系中清除自由基的活性,并驗(yàn)證混合物沙棘籽油的抗氧化活性. 為這些植物成分在保健以及醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用提供一定的科學(xué)依據(jù). 各種成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖1.

    圖1 化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)式

    1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

    1.1 實(shí)驗(yàn)材料

    槲皮素、蘆丁、芹菜素、葛根素、白藜蘆醇、阿魏酸、迷迭香酸、香蘭素、茜素紅、熊果酸、齊墩果酸為西安慧科生物公司產(chǎn)品,沙棘籽油購(gòu)買自甘肅天工生物科技有限公司. DMPD為Sigma產(chǎn)品,其余試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純.

    1.2 實(shí)驗(yàn)方法

    1.2.1 沙棘籽油的乳化 沙棘籽油本身是油系,體外研究其抗氧化活性因反應(yīng)體系的水性體系必須將其轉(zhuǎn)化成水系. 參照做微乳的思路,制備沙棘籽油自乳化乳劑[7-8]. 以沙棘籽油作油相,取沙棘籽油加入司盤80不斷吸打,分散均勻.水浴55~60℃,保溫60 min左右,在此期間每5 min吸打一次,另取吐溫80、OP-10和丙二醇溶于55~60℃蒸餾水中,搖勻后緩慢加入上述保溫60 min的油相中,繼續(xù)每5 min吸打一次,使其分散均勻,10~15 min后制成初乳,并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)[9].

    1.2.2 對(duì)DMPD˙+清除能力測(cè)定 清除DMPD˙+能力的測(cè)定根據(jù)Foglian等[10]的方法,稍作修改. 將0.1 mol/L、pH 5.25的醋酸鹽緩沖液和100 mmol/LDMPD溶液混勻,再加入0.05 mol/LFeC13溶液?jiǎn)?dòng)反應(yīng),產(chǎn)生DMPD˙+溶液. 在不同濃度的樣品溶液中分別加入1 mL DMPD˙+溶液,在25℃下反應(yīng)10 min,505 nm處測(cè)吸光值. 清除率的計(jì)算如下:

    DMPD˙+清除率=( 1-A505-1/A505-2) ×100%,

    其中,A505-2為DMPD˙+初始濃度的吸光值;A505-1為存在待測(cè)劑時(shí)剩余DMPD˙+濃度的吸光值. 所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次以上.

    2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    2.1 沙棘籽油乳化及穩(wěn)定性結(jié)果

    沙棘籽油經(jīng)過乳化之后,制得的乳劑樣品輕度油水分層,微量漂油,將乳化后的沙棘籽油在室溫下放置2 d,可見輕度油水分層,油層為整個(gè)乳液樣品的2%~3%,下層水相清澈透明,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中能夠保持較好的穩(wěn)定性,符合穩(wěn)定性要求.

    2.2 多種天然產(chǎn)物對(duì)DMPD˙+自由基的清除作用

    2.2.1 4種黃酮化合物對(duì)DMPD˙+自由基的清除作用 從結(jié)果(圖2)可看出,槲皮素在較低濃度(1 μmol/L)就表現(xiàn)出清除作用,濃度為100 μmol/L時(shí)對(duì)DMPD˙+自由基的清除率為55.76%,但是隨著濃度升高,其對(duì)DMPD˙+自由基的清除作用并沒有相應(yīng)的升高,當(dāng)槲皮素的濃度為250、500 μmol/L時(shí),其清除率分別為77.52%、72.95%. 葛根素屬于異黃酮的甙類,此體系中對(duì)DMPD˙+自由基有較弱的清除作用并呈濃度依賴性,濃度達(dá)100 μmol/L時(shí)清除率僅為2.25%,隨著濃度的增大清除率升高,1 000 μmol/L時(shí)清除率達(dá)55.24%. 但同樣作為黃酮類的蘆丁,在濃度達(dá)100 μmol/L時(shí)其清除率僅為16.64%,高濃度時(shí)體系的吸光值增加,表現(xiàn)出促進(jìn)DMPD˙+自由基生成的作用(實(shí)驗(yàn)中,已將蘆丁的顏色和沉淀造成的光吸收值除去).而同樣屬于黃酮化合物的芹菜素,不僅在低濃度時(shí)未檢測(cè)到清除作用,在高濃度下反而有促進(jìn)DMPD˙+自由基生成的作用. 以上這些結(jié)構(gòu)不同的黃酮類化合物在濃度為100 μmol/L時(shí)對(duì)DMPD˙+自由基清除能力的強(qiáng)弱排序?yàn)殚纹に?蘆丁>葛根素,芹菜素?zé)o清除作用.

    2.2.2 5種酚類化合物對(duì)DMPD˙+自由基的清除作用 與黃酮類物質(zhì)不同,酚類化合物白藜蘆醇,阿魏酸在較低濃度(1 μmol/L)就表現(xiàn)出清除作用,并且隨著濃度增大清除作用也加強(qiáng)(圖3),兩者在100 μmol/L時(shí)清除率分別為89.71%和96.78%. 但是同樣作為酚酸類化合物的迷迭香酸卻對(duì)DMPD˙+自由基清除作用較弱,同樣濃度下清除率僅為32.57%. 天然植物香料香蘭素在低濃度時(shí)清除作用也較弱,但隨著濃度升高清除作用增強(qiáng),在1000 μmol/L時(shí)清除率達(dá)到60.28%. 此組茜素紅的作用最弱,僅在0.1 μmol/L時(shí)表現(xiàn)出清除能力(9.73%),濃度提高后也表現(xiàn)出促氧化作用.

    圖3 酚類化合物對(duì)DMPD˙+的清除作用

    2.2.3 三萜和沙棘籽油對(duì)DMPD˙+自由基的清除作用 三萜化合物熊果酸和齊墩果酸在植物中最常見. 本實(shí)驗(yàn)中熊果酸比墩果酸的作用強(qiáng),雖然兩者都在1 μmol/L時(shí)清除活性達(dá)到最高,但清除率分別為23.05%和3.05%(圖4),齊墩果酸的活性約為后者的8倍. 提高濃度后并沒有檢測(cè)到更強(qiáng)的清除作用.

    與上述所有化合物不同,沙棘籽油是多種成分的混合物. 對(duì)DMPD˙+自由基有著較強(qiáng)的清除作用,在較低濃度就表現(xiàn)活性,并呈濃度依賴性. 當(dāng)沙棘籽油濃度為1.922 mg/mL時(shí)就表現(xiàn)出較高清除作用(21.62%),回歸分析表明,當(dāng)其對(duì)DMPD˙+自由基的清除率達(dá)到50%時(shí),沙棘籽油濃度為12.84 mg/mL.

    圖4 三萜和沙棘籽油對(duì)DMPD˙+的清除作用

    3 討論

    正常情況下人體內(nèi)自由基或ROS是處于不斷產(chǎn)生與消除的動(dòng)態(tài)平衡中,不致產(chǎn)生危害. 但若代謝紊亂,如缺乏維生素及微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),以及藥物產(chǎn)生的自由基、高壓氧等因素均會(huì)促進(jìn)氧自由基的生成,進(jìn)而引發(fā)脂質(zhì)過氧化,造成生物膜功能和結(jié)構(gòu)的破壞,這些損傷可能和衰老、癌癥或心血管等慢性疾病的發(fā)生與發(fā)展有關(guān)[11]. 在理論上,通過添加外源性抗氧化劑就可能增加自身清除ROS的能力或減少ROS的產(chǎn)生. 但在實(shí)踐中盲目地使用抗氧化劑,有時(shí)候不僅不能有效發(fā)揮機(jī)體抗氧化能力,反而有可能使得氧化應(yīng)激更加嚴(yán)重[12]. 因此對(duì)不同的抗氧化劑起到抗氧化作用濃度范圍的確定是非常必要的. 本文使用DMPD法測(cè)定了一些天然產(chǎn)物對(duì)DMPD˙+自由基的清除能力,比較它們?cè)谶@一體系當(dāng)中抗氧化能力的強(qiáng)弱.

    從植物當(dāng)中獲得的天然提取物,很多成分具有良好的抗菌、抑菌效果. 槲皮素是食品和中藥中最常見的黃酮類抗氧化劑,蘆丁是槲皮素的蕓香糖甙. 研究表明,在黃酮的結(jié)構(gòu)中,除了抗氧化活性必需的功能團(tuán),增加羥基的數(shù)量可增加其抗氧化活性[13]. 本實(shí)驗(yàn)體系中蘆丁對(duì)DMPD˙+自由基的清除作用遠(yuǎn)低于槲皮素,說明由于糖甙的形成取代了槲皮素當(dāng)中的一個(gè)羥基所以降低了其清除DMPD˙+自由基的活性,在H2O2誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞氧化損傷和大鼠腦脂質(zhì)過氧化的保護(hù)作用當(dāng)中,槲皮素的活性也大于蘆丁[14]. 葛根素屬于異黃酮甙類化合物,是中藥葛根的有效成分,它對(duì)于超氧陰離子和羥自由基有清除作用[15], 本實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到對(duì)DMPD˙+自由基有較強(qiáng)的清除作用,說明這種異黃酮結(jié)構(gòu)含有的兩個(gè)酚羥基是其較高抗氧化活性的基礎(chǔ). 芹菜素,化學(xué)名為4',5,7-三羥基黃酮,在以前的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),相比白藜蘆醇、茜素紅、葛根素、阿魏酸,芹菜素抑制脂質(zhì)過氧化和保護(hù)牛血清白蛋白氧化降解的作用較弱[16]. 而本實(shí)驗(yàn)未檢測(cè)到它對(duì)DMPD˙+自由基的清除作用,說明該化合物雖然有3個(gè)羥基,但在這些體系中卻不能很好地發(fā)揮作用,在此反應(yīng)體系中溶解度較低可能影響了其活性,這可能與姜黃素在這一體系當(dāng)中敏感性和再現(xiàn)性較低原因相似[17].

    白藜蘆醇是近年來研究較多的多酚抗氧化劑,存在于葡萄科、百合科、豆科等70多種植物中[18],阿魏酸是酚酸類化合物,兩者都由于其羥基取代的高反應(yīng)性和吞噬自由基能力而有很好的抗氧化活性[19],本實(shí)驗(yàn)中對(duì)DMPD˙+自由基也具有很強(qiáng)的清除作用,說明了其抗氧化的廣譜性. 迷迭香酸是含多酚羥基的酸,能抑制中性粒細(xì)胞超氧陰離子、過氧化氫以及丙二醛的產(chǎn)生[20],它對(duì)DMPD˙+自由基也具一定的清除作用. 這些酚酸化合物抗氧化性能基本都源于分子中酚羥基的脫氫能力及苯環(huán)上鄰、對(duì)位取代基的影響[21]. 香蘭素作為用途廣泛的香料,本體系中對(duì)DMPD˙+自由基的清除作用明顯,其他研究發(fā)現(xiàn)能夠清除輻射產(chǎn)生的自由基,抑制X射線作用后所誘導(dǎo)的DNA單鏈斷裂[22],表明其抗氧化作用具有普遍性. 茜素紅屬于蒽醌類化合物,在本體系中只有在0.001~0.1 μmol/L的濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)出清除作用,說明茜素紅對(duì)DMPD˙+自由基清除作用有限.

    三萜化合物是香茶菜屬植物中的主要次生代謝產(chǎn)物,熊果酸、齊墩果酸在低濃度條件下表現(xiàn)出清除作用,但是齊墩果酸對(duì)DMPD˙+自由基清除作用低于熊果酸,對(duì)比兩者的結(jié)構(gòu)式可知,僅一個(gè)-CH3的位置不同,就可以引起較大的活性改變. 據(jù)報(bào)道,在醫(yī)學(xué)研究和臨床上,沙棘籽油對(duì)慢性支氣管炎、胃潰瘍、缺血性心臟病等具有較好的療效[23]. 但其抗氧化活性研究未見報(bào)道. 沙棘籽油中含有亞油酸、類胡蘿卜素、維生素E、黃酮等生物活性成分,本實(shí)驗(yàn)中其半清除濃度為12.84 mg/mL,對(duì)DMPD˙+自由基的清除具一定的活性,可能其含有的多種成分共同參與了對(duì)DMPD˙+自由基的清除. 其抗氧化活性可能參與了藥理作用的發(fā)揮.

    總體來說以上幾組化合物中白藜蘆醇和阿魏酸等幾種酚類清除作用最強(qiáng),黃酮類中只有槲皮素活性較強(qiáng),三萜化合物熊果酸有一定作用,沙棘籽油也具有較高的活性.

    綜上所述,本實(shí)驗(yàn)用DMPD法測(cè)定了11種單體化合物以及混合物沙棘籽油對(duì)DMPD˙+自由基的清除活性,這不僅比較了這些成分清除DMPD˙+自由基的活性,也為這些植物來源化合物抗氧化作用濃度范圍的確定提供一定的依據(jù).

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    The study on the DMPD free radical scavengation by some plant extract

    LIU Guoan, CHANG Jinchun, QIAO Xiangjin, HE Caili, ZOU Keshu, DING Lan

    (College of Life Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070)

    The DMPD assay was used for evaluating scavenging effect of several botanical products on free radical DMPD˙+. The results indicated that 11 kinds of monomeric compounds and sea-buckthorn seed oil exhibited different antioxidant activities in this system. In flavonoids group, quercetin displayed the strongest scavenging capacity, apigenin showed the weakest, rutin and puerarin were medium , at 100 μmol/L, the clearance rate was 55.76%, 16.64%, 2.25% and non-scavenging, respectively. As phenolic compounds, ferulic acid showed the strongest action, the clearance rate reached 96.78% at 100 μmol/L. Triterpenoids ursolic acid exhibited more effective than oleanolic acid, at 1 μmol/L they exhibited the highest scavenging rate, 23.05% and 3.05%, respectively. Sea-buckthorn seed oil had the definite effect, the half clear concentration is 12.84 mg/mL. The results provided date to the further use and reasonable concentration in application of these compounds.

    DMPD; radical scavenging effect; botanical antioxidants

    2014-09-30.

    國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30960464);教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目.

    1000-1190(2015)01-0102-06

    Q591

    A

    *E-mail: liuguoan@nwnu.edu.cn.

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