黑米花青苷藥理學(xué)作用研究進(jìn)展

王艷龍，陳　進(jìn)，韓　豪，李新生*，黃　重，張選明，沙志鴻

(1.陜西省水稻研究所，陜西漢中723000；2.漢中市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西漢中723000；3.陜西省資源生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西漢中723000)

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黑米花青苷藥理學(xué)作用研究進(jìn)展

王艷龍1,2，陳進(jìn)1,2，韓豪3，李新生3*，黃重1,2，張選明1,2，沙志鴻1,2

(1.陜西省水稻研究所，陜西漢中723000；2.漢中市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西漢中723000；3.陜西省資源生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西漢中723000)

黑米花青苷是一類重要的生物活性物質(zhì)，具有多種重要生理功能和獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)特性，可廣泛應(yīng)用于食品、保健品、化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)。本文對(duì)黑米花青苷的結(jié)構(gòu)和組分進(jìn)行了研究，并對(duì)黑米花青苷的抗氧化、保肝護(hù)肝、抗血脂、抗癌、減肥等藥理學(xué)作用進(jìn)行了論述，最后對(duì)黑米花青苷的研究和應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了評(píng)述。

黑米；花青苷；藥理學(xué)作用

花青苷(Anthocyanin)是花青啶在自然狀態(tài)下與各種糖苷結(jié)合形成的以2-苯基苯并吡喃陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)為骨架的天然黃酮多酚類化合物，是植物次生代謝的產(chǎn)物，廣泛分布于植物的花、果實(shí)、根、莖、葉器官的細(xì)胞液中，是自然界絢麗色彩的主要來(lái)源，對(duì)人體具有清除體內(nèi)自由基、抗腫瘤、抗癌、抗炎、抑制脂質(zhì)過(guò)氧化、抑制血小板凝集、預(yù)防糖尿病、減肥和保護(hù)視力等生理活性作用。

黑米花青苷是花青苷類物質(zhì)中的重要一類。隨著人們自我保健意識(shí)的不斷增強(qiáng)，黑米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，特別是黑米功能性成分——花青苷及其藥理學(xué)作用，引起研究者、生產(chǎn)者和消費(fèi)者的極大興趣。為此，本文對(duì)黑米花青苷的結(jié)構(gòu)和組分進(jìn)行了分析，回顧了黑米花青苷的抗氧化、保肝護(hù)肝、抗血脂、抗癌、減肥等方面的最新研究成果，并對(duì)今后黑米花青苷的研究和應(yīng)用方面的趨勢(shì)進(jìn)行了評(píng)述，以期更好地開(kāi)發(fā)利用黑米這一珍貴的特種稻資源，更好地為人類的營(yíng)養(yǎng)與健康服務(wù)。

1　黑米花青苷的結(jié)構(gòu)和組分研究

1.1黑米花青苷的結(jié)構(gòu)

黑米花青苷的結(jié)構(gòu)同其他花青苷類似，其母核碳骨架結(jié)構(gòu)都是由2-苯基苯并吡喃陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)組成。花青苷易溶于水、甲醇、乙醇等極性溶劑，且易受光照、溫度、pH值等因素的影響而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。研究發(fā)現(xiàn)，隨著pH值等因素改變，黑米花青苷的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其特征吸收峰位置也相應(yīng)地出現(xiàn)紅移或藍(lán)移現(xiàn)象[1]。在植物組織中黑米花青苷主要以糖苷形式存在，極少部分以苷元形式存在，糖基數(shù)目一般為1～3個(gè)，通常位于母核A、C環(huán)的3、5、7位和B環(huán)的3′、5′位，鏈接的糖基主要是D-葡萄糖、L-鼠李糖、D-半乳糖等。

1.2黑米花青苷的組分制備分析研究

目前文獻(xiàn)報(bào)道的黑米花青苷主要組分有矢車菊素-3，5-二葡萄糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-鼠李糖苷、天竺葵-3，5-二葡萄糖苷、芍藥素-3-葡萄糖苷、芍藥素-3-阿拉伯糖苷、錦葵素-3-半乳糖苷等8種[2]。由于提取目的、提取材料、提取方法、純化技術(shù)、檢測(cè)設(shè)備等不同，市場(chǎng)流通的黑米中花青苷組分也因此有所不同。有研究采用VARIAN Prostar 210 HPLC型制備液相色譜儀對(duì)漢中產(chǎn)黑稻進(jìn)行制備分析，結(jié)果表明，根據(jù)花青苷組分出峰時(shí)間的先后順序不同，得到8個(gè)黑米花青苷組分樣品，同時(shí)，采用液-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對(duì)8個(gè)組分樣品進(jìn)行分析檢測(cè)，得到了14個(gè)可能的花青苷組分的相關(guān)技術(shù)參數(shù)[3]，該方法對(duì)黑米花青苷組分進(jìn)一步分析、標(biāo)準(zhǔn)品的制備及其結(jié)構(gòu)鑒定等工作具有重要的借鑒意義。

2　黑米花青苷藥理學(xué)作用研究

2.1抗氧化作用

自由基具有強(qiáng)氧化性，可損害人體的組織和細(xì)胞，進(jìn)而引起癌癥、衰老及其他慢性疾病。人體自我呼吸及受外界環(huán)境因素影響，不斷在體內(nèi)產(chǎn)生自由基?；ㄇ嘬疹惢衔锸且活愔匾奶烊豢寡趸瘎?，可有效清除自由基對(duì)人體帶來(lái)的傷害。王巧娥等采用溶劑萃取法將黑米花青苷粗提取物分成極性不同的4個(gè)組分，對(duì)其不同極性組分的抗氧化性強(qiáng)弱研究的結(jié)果表明，黑米花青苷的水可溶組分清除2,2-二苯基-1-苦味肼基自由基和羥基自由基的能力是最強(qiáng)的；進(jìn)一步采用柱層析法對(duì)水可溶組分細(xì)分得到(C1～C5)5個(gè)組分，并對(duì)各組分清除DPPH自由基和羥基自由基的活性進(jìn)行了分析，各組分抗氧化能力從大到小依次為：C2>C3>C4>C1>C5[4]。梁引庫(kù)等研究了黑米花青苷對(duì)羥基自由基、超氧陰離子的抑制和其總抗氧化活性，認(rèn)為黑米花青苷能有效清除自由基，具有良好的抗氧化作用，對(duì)羥基自由基、超氧陰離子的抑制和其總抗氧化活性隨著樣品濃度增高而增加[5]。劉琴等采用FRAP、DPPH和ORAC法對(duì)黑米花青苷抗氧化活性進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示在FRAP法與DPPH法測(cè)定中，黑米花青苷抗氧化性高于紫包菜花青苷，符合花青苷的構(gòu)效關(guān)系，而ORAC法測(cè)定的結(jié)果則相反[6]。李晶晶研究發(fā)現(xiàn)黑米花青苷能夠顯著提高小鼠血清和肝臟的總抗氧化能力、抑制羥基自由基能力及總超氧化物歧化酶水平，并能夠降低丙二醛含量，且抗氧化效果與其濃度呈劑量效應(yīng)[7]。石娟等研究也表明黑米花青苷具有提高小白鼠體內(nèi)的抗氧化作用[8]。從以上學(xué)者的研究結(jié)果可以看出，黑米花青苷具有抗氧化作用，其抗氧化作用能力與黑米花青苷的結(jié)構(gòu)、組分、濃度密切相關(guān)[9-10]?？寡趸臋C(jī)制在于其酚羥基提供氫原子、阻止體內(nèi)脂肪的氧化、增強(qiáng)抗氧化酶活性，減少過(guò)氧化脂質(zhì)含量、降低氧化應(yīng)激水平[11]。臨床上可通過(guò)適當(dāng)引入外源性抗氧化劑，如安全無(wú)毒的黑米花青苷清除人體自由基，減緩或改善自由基引起的疾病。目前，黑米花青苷的抗氧化研究尚處于體外抗氧化試驗(yàn)和動(dòng)物體內(nèi)抗氧化試驗(yàn)研究并存階段。

2.2保肝護(hù)肝作用

肝臟擔(dān)負(fù)人體的重要生理功能，篩選保肝護(hù)肝藥品、保健食品或食物具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)黑米花青苷對(duì)肝損傷的預(yù)防和治療具有一定作用。侯方麗研究黑米花青苷對(duì)四氯化碳(CCl4)誘導(dǎo)小鼠肝損傷的保護(hù)作用，結(jié)果表明黑米花青苷能改善肝細(xì)胞損傷，明顯提高肝細(xì)胞的存活率，且濃度越高，效果越好，存在明顯的劑量與效應(yīng)關(guān)系，其機(jī)制可能是黑米花青苷能顯著降低CCl4肝損傷小鼠的肝酶活性，減輕對(duì)肝組織病理學(xué)損傷[11]。路宏朝等研究黑米花青苷復(fù)方膠囊對(duì)實(shí)驗(yàn)性肝損傷的保護(hù)作用，結(jié)果表明黑米花青苷復(fù)方膠囊能顯著提高肝組織中SOD活力，改善肝組織的纖維化，對(duì)CCl4肝損傷有一定防治作用，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)黑米花青苷復(fù)方膠囊對(duì)酒精性肝損傷也有一定療效[12-13]。此外，郝杰研究發(fā)現(xiàn)黑米花青苷對(duì)溴酸鉀(KBrO3)誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激性腎毒性和拘束誘發(fā)的應(yīng)激性肝毒性發(fā)揮保護(hù)作用[14]。

2.3抗血脂作用

高血脂癥是由于基因缺陷、飲食不當(dāng)、代謝紊亂等因素引起的血漿脂質(zhì)高于正常水平的疾病。脂肪代謝紊亂或運(yùn)轉(zhuǎn)異常被認(rèn)為是引發(fā)高脂血癥的重要發(fā)病機(jī)制之一，因危害大、治療費(fèi)用高，其已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)黑米花青苷具有調(diào)節(jié)血脂的作用。徐惠龍通過(guò)對(duì)高脂血癥大鼠灌胃黑米皮、紅米皮、紅菇、靈芝、竹蓀，以辛伐他汀作為陽(yáng)性對(duì)照藥，觀察高脂血癥大鼠體重、血清TC、TG水平的變化。實(shí)驗(yàn)8周后，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)黑米皮對(duì)大鼠血脂水平的綜合調(diào)制效果最為顯著，并與劑量呈正相關(guān)[15]。張名位等研究發(fā)現(xiàn)高脂血癥大鼠攝入黑米花青苷后，血清和肝臟中抗氧化酶活性顯著性增強(qiáng)，血脂水平和動(dòng)脈粥樣硬化指數(shù)均較高脂模型組顯著降低，所含的花青苷類化合物和不飽和脂肪酸可能是其發(fā)揮作用的主要物質(zhì)基礎(chǔ)[16]。卓學(xué)銘通過(guò)給高血脂和高血糖模型小鼠飼喂黑米花青苷和黑米糠的方法，研究花青苷的抗血脂作用。結(jié)果表明，黑米花青苷類化合物具有調(diào)節(jié)血脂和血糖的作用[17]。姚樹(shù)龍通過(guò)建立體外胰脂肪酶模型、膽汁酸微團(tuán)模型以及Caco-2細(xì)胞模型，探討黑米花青苷對(duì)胰脂肪酶活力、膽固醇在微團(tuán)中的溶解度以及小腸細(xì)胞對(duì)膽固醇攝取的影響。結(jié)果表明，黑米花青苷具有抑制胰脂肪酶活力、降低膽固醇在膠團(tuán)中的溶解度、減少小腸細(xì)胞對(duì)膽固醇的攝取、調(diào)節(jié)血脂、預(yù)防高膽固醇血癥的作用，且抑制活性強(qiáng)弱與其中的花青苷的含量呈正相關(guān)[18]。郭紅輝等通過(guò)向高果糖飼料中添加黑米花青苷觀測(cè)其對(duì)高果糖飼喂大鼠胰島素的影響。結(jié)果表明，黑米花青苷對(duì)高果糖膳食引起的大鼠胰島素具有預(yù)防和改善作用，可抑制其脂肪組織內(nèi)氨基端激酶的活化，顯著增加胰島素刺激后胰島素受體底物酪氨酸磷酸化和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的易位，其機(jī)制可能是黑米花青苷通過(guò)抑制氨基端激酶的活化來(lái)改善果糖喂養(yǎng)大鼠的胰島素敏感性[19]。

2.4抗癌及抗腫瘤作用

近年來(lái)，黑米花青苷的抗癌、抗腫瘤作用日益受到各方關(guān)注。羅麗萍研究表明，黑米花青苷能夠抑制乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖，并促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡。其機(jī)制可能是花青苷與ATP競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合HER-2受體，調(diào)節(jié)其磷酸化水平，降低促轉(zhuǎn)移酶活性，削弱乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力[20]。姜偉偉研究發(fā)現(xiàn)，黑米皮提取物能夠抑制人前列腺癌PC-3細(xì)胞的增殖，其機(jī)制可能是通過(guò)p38和JNK的磷酸化及上調(diào)NO和ROS的水平，導(dǎo)致細(xì)胞線粒體受損，細(xì)胞色素C釋放等途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[21]。李晶晶研究發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷提取物對(duì)S180腫瘤小鼠的最高抑瘤率達(dá)32.17%，且抑瘤率與劑量呈正相關(guān)，黑米花青苷提取物能顯著提高S180腫瘤小鼠的胸腺指數(shù)、脾指數(shù)，各劑量組最高的胸腺指數(shù)達(dá)2.162mg/g，脾指數(shù)達(dá)5.298mg/g，分別是比環(huán)磷酰胺對(duì)照組提高28%、35%，表明黑米花青苷能顯著提高S180腫瘤小鼠機(jī)體的免疫能力[7]。?；盏妊芯苛撕诿谆ㄉ諏?duì)白血病HL-60細(xì)胞株增殖的影響，結(jié)果表明，黑米花青苷對(duì)HL-60細(xì)胞具有明顯的增殖抑制作用，能夠有效誘導(dǎo)HL-60細(xì)胞凋亡，并引起G0/G1期阻滯[22]。

2.5減肥作用

肥胖是危害健康的一種慢性代謝性疾病，已成為全球性的健康問(wèn)題。目前，肥胖的治療具有成本高、易反彈、毒副作用大等缺陷。因此，開(kāi)發(fā)一種安全、低成本、有效的減肥方法十分重要。胡艷等研究了黑米花青苷對(duì)高脂膳食誘導(dǎo)大鼠肥胖的影響，結(jié)果表明，黑米花青苷喂飼大鼠12周后，顯著抑制高脂誘導(dǎo)的大鼠體重增加，改善了大鼠肥胖相關(guān)指標(biāo)[23]。吳濤探討了桑果、櫻桃、藍(lán)莓、藍(lán)靛果花青苷對(duì)高脂膳食誘導(dǎo)肥胖小鼠的干預(yù)作用，發(fā)現(xiàn)花青苷僅能抑制小鼠體重增加幅度，不能改變肥胖小鼠體重增加的趨勢(shì)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)花青苷具有降低血清及肝臟中脂質(zhì)的積累作用[24]。焦巖等通過(guò)對(duì)大鼠胃灌藍(lán)靛果果渣花青苷的方法研究花青苷對(duì)高脂膳食誘導(dǎo)肥胖大鼠脂類代謝和抗氧化能力的影響，結(jié)果表明，連續(xù)28d后，藍(lán)靛果果渣花青苷能顯著降低肥胖模型大鼠血脂水平，使肝臟酶活性明顯增強(qiáng)，脂質(zhì)過(guò)氧化物的生成量顯著減少，可有效減少肝臟過(guò)氧化損傷，預(yù)防動(dòng)脈硬化的發(fā)生[25]。

2.6其他藥理學(xué)作用

此外，研究還發(fā)現(xiàn)黑米花青苷具有保護(hù)視力、促進(jìn)小鼠晚期斑塊的穩(wěn)定性、增強(qiáng)免疫力、保護(hù)心血管等多種藥理學(xué)作用。陳瑋等研究發(fā)現(xiàn)光照能誘導(dǎo)大鼠視網(wǎng)膜感光細(xì)胞凋亡，灌胃給予黑米花青苷能降低光照誘導(dǎo)的大鼠視網(wǎng)膜感光細(xì)胞凋亡[26]。金麗琴等研究發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷對(duì)大鼠組織器官免疫功能有重要調(diào)節(jié)作用，且有一定的抗氧化作用[27]。余小平等研究發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷能促進(jìn)載脂蛋白E基因缺陷小鼠晚期斑塊的穩(wěn)定性，該作用可能與其改善脂代謝有關(guān)[28]。張名位等通過(guò)觀察在黑米花青苷預(yù)孵保護(hù)作用下，用ox-LDL過(guò)氧化處理EVC304細(xì)胞株細(xì)胞形態(tài)，研究黑米花色苷對(duì)ox-LDL引起的血管內(nèi)皮細(xì)胞過(guò)氧化損傷保護(hù)作用。結(jié)果表明，黑米花青苷能降低ox-LDL對(duì)細(xì)胞增殖的抑制作用，明顯減輕ox-LDL對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)的損傷[29]。

3　展望

對(duì)于黑米花青苷的研究仍然存在較多問(wèn)題，一是傳統(tǒng)的黑米花青苷提取、分離、純化時(shí)間長(zhǎng)，成本高，得率低，廢水處理成本高；二是由于黑米花青苷標(biāo)準(zhǔn)品的純化和制備難度大、成本高，標(biāo)準(zhǔn)品價(jià)格昂貴，設(shè)備要求高，進(jìn)而造成黑米花青苷結(jié)構(gòu)分析與鑒定的困難，難以獲得花青苷的單一組分；三是黑米花青苷具有抗氧化、保肝護(hù)肝、抗血脂、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、減肥等功效，但對(duì)黑米的生理作用體外環(huán)境模擬研究較多，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床應(yīng)用研究相對(duì)較少，特別是在黑米花青苷的構(gòu)效關(guān)系、量效關(guān)系及其作用的分子、生理機(jī)理仍需進(jìn)一步深入研究；四是黑米中的花青苷含量相對(duì)較低，如何利用生物工程技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)篩選高含量的黑稻品種，提高黑米的花青苷含量等仍需進(jìn)一步的研究。

目前市場(chǎng)上有關(guān)黑米的保健產(chǎn)品較多，如黑米酒、黑米醋、黑米保健茶、黑米粉條等，但黑米花青苷產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上還不多見(jiàn)，目前以黑米花青苷膠囊為代表的一批花青苷產(chǎn)品正在研發(fā)試生產(chǎn)中。隨著黑米及其花青苷保健食品的開(kāi)發(fā)與熱銷，黑米花青苷的市場(chǎng)前景將十分廣闊。進(jìn)一步深入研究黑米花青苷的工業(yè)化自動(dòng)化制備技術(shù)、分離純化技術(shù)，黑米花青苷結(jié)構(gòu)與生物活性關(guān)系，黑米花青苷藥理學(xué)的臨床試驗(yàn)研究及其相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，仍是今后的重要努力方向。

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[26]陳瑋,賈皓,余小平,等.黑米花青素對(duì)大鼠視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷感光細(xì)胞凋亡和Caspase-1表達(dá)的影響[J].成都醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2011(3):196-199.

[27]金麗琴,劉明達(dá),呂建新,等.黑米花色素苷對(duì)大鼠組織器官功能的影響[J].中國(guó)生化藥物雜志,2012(1):16-19.

[28]余小平,夏效東,夏敏,等.黑米皮花色苷對(duì)動(dòng)脈硬化斑塊穩(wěn)定性影響[J].中國(guó)公共衛(wèi)生,2006(2):155-156.

[29]張名位,張瑞芬,郭寶江,等.黑米花色苷對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞過(guò)氧化損傷的保護(hù)作用[J].營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),2006(3):216-220.

Research Progress on Pharmacological Effects of Black Rice Anthocyanins

WANG Yan-long,CHEN Jin,HAN Hao,LI Xin-sheng,HUANG Chong,ZHANG Xuan-ming,SHA Zhi-hong

(1.Shanxi Institute of Rice Research, Hanzhong 723000,China; 2.Han Zhong Institute of Agricultural Science, Hanzhong 723000,China; 3.Shanxi Key Laboratory of Bio-Resources, Hanzhong 723000,China)

Black rice anthocyanins are a group of important bioactive compounds with many beneficial physiological effects and distinctive nutritional properties.They can be widely applied to food,health care products,cosmetics,and medicine etc.This paper describes the structure and components of anthocyanins;and also illustrates their pharmacological effects such as antioxidant property,liver protective effect,lowering blood lipids,anti-tumor activities,and weight loss effect.Finally,this article reviews the progresses on the research and application of black rice anthocyanins.

Black rice;Anthocyanin;Pharmacological effect

2016-05-19

陜西省自然基金項(xiàng)目(02C126)；陜西省科技廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)(06KJZ-06)。

王艷龍(1981—)，男，農(nóng)藝師，碩士，主要從事植物資源開(kāi)發(fā)與利用研究。E-mail:245860878@qq.com。

李新生(1956—)，男，教授，主要從事生物資源開(kāi)發(fā)利用研究。E-mail:lxs9@tom.com。

S511

A

1673-6486-20160193

王艷龍,陳進(jìn),韓豪,李新生,黃重,張選明,沙志鴻.黑米花青苷藥理學(xué)作用研究進(jìn)展[J/OL].大麥與谷類科學(xué),2016，33(3)：5-8[2016-08-18].http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20160818.1936.002.html