天然抗氧化劑的抗氧化與促氧化作用

汪曙暉，朱俊向，張　莉，汪東風(fēng)

(1 中國海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島　266003；2 青島市疾病控制中心，山東青島　266033)

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天然抗氧化劑的抗氧化與促氧化作用

汪曙暉1，2，朱俊向1，張莉1，汪東風(fēng)1

(1中國海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266003；2青島市疾病控制中心，山東青島266033)

近年來研究表明，天然抗氧化劑因其結(jié)構(gòu)、劑量以及存在環(huán)境不同可能會(huì)發(fā)生對人體不利的促氧化作用。本文綜述近年來天然抗氧化劑的抗氧化與促氧化用的研究進(jìn)展，為正確使用天然抗氧化劑和相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

天然抗氧化劑；促氧化作用；維生素C；維生素E；類胡蘿卜素；酚類化合物

在正常生理?xiàng)l件下，生物體的促氧化和抗氧化作用處在一種動(dòng)態(tài)平衡中，當(dāng)機(jī)體受到營養(yǎng)性應(yīng)激(高脂、高糖飲食)、內(nèi)源性應(yīng)激(細(xì)菌、病毒性疾病引起的免疫反應(yīng)和代謝紊亂)和不良環(huán)境條件(輻射、重金屬污染、低氧)的刺激后，氧化和抗氧化作用失衡，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生和積累大量的活性氧類(ROS)，進(jìn)而誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激[1]。過量ROS能夠氧化損傷生物體內(nèi)糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA等生物大分子，誘發(fā)心血管、癌癥和神經(jīng)變性等多種慢性疾病。

生物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)可以保護(hù)生物大分子免受自由基等物質(zhì)的傷害。除了超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)等內(nèi)源性酶類抗氧化系統(tǒng)外，一些天然的外源性非酶抗氧化劑也起重要作用，它們能夠淬滅體內(nèi)ROS，與酶類抗氧化系統(tǒng)共同構(gòu)成了生物體的初級抗氧化系統(tǒng)[2]。然而，近年來一些抗氧化劑動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、臨床試驗(yàn)和雙盲隨機(jī)對照試驗(yàn)卻得到相反結(jié)論[3]，在一定條件下，天然抗氧化劑表現(xiàn)出對人體不利的促氧化作用，增加了癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。本文綜述了天然抗氧化劑維生素C、維生素E、類胡蘿卜素(Car)和多酚類化合物抗氧化與促氧化作用的研究進(jìn)展，為正確使用天然抗氧化劑和相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1　天然抗氧化劑及抗氧化作用概述

1.1天然抗氧化劑

天然抗氧化劑是一類能夠延緩、阻止或消除氧化損傷的物質(zhì)[4]，在體內(nèi)能直接清除過量ROS，上調(diào)抗氧化酶防御系統(tǒng)表達(dá)，抑制ROS的生成[5]。與人體能自身合成的內(nèi)源性抗氧化物相反，天然抗氧化劑多由食物供給。作為食品添加劑，天然抗氧化劑可用于防止食品氧化變質(zhì)。我國GB2760—2011規(guī)定在食品中可添加的天然抗氧化劑主要有：維生素C(CNS：04.014)、維生素E(CNS：04.016)、茶多酚(CNS：04.005)、甘草抗氧物(CNS：04.008)、迷迭香提取物(CNS：04.017)和竹葉抗氧化物(CNS：04.019)等，著色劑天然胡蘿卜素(CNS：08.147)也有抗氧化作用。

1.2天然抗氧化劑的抗氧化作用

維生素C是含有1個(gè)共軛雙鍵的己糖醛酸內(nèi)酯，可通過逐級供給電子而轉(zhuǎn)變?yōu)榘朊撗蹙S生素C和脫氫維生素C，在這過程中，可清除體內(nèi)ROS自由基。維生素C能緩解許多ROS自由基的負(fù)面作用，在防止或減少由于氧自由基所導(dǎo)致的疾病治療中發(fā)揮重要的抗氧化效應(yīng)[6]。

維生素E是苯并二氫呋喃的衍生物，作為ROS自由基清除劑，通過阻斷脂質(zhì)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來保護(hù)人體內(nèi)不飽和脂肪酸免受自由基的破壞，同時(shí)，能夠抑制由氧化應(yīng)激觸發(fā)的核酸內(nèi)切酶活化，以及促進(jìn)受損DNA的清除，是機(jī)體抗氧化系統(tǒng)中非酶促反應(yīng)體系的重要組成部分[7]。

Car是一類高度不飽和的化合物，含有的一系列共軛雙鍵被認(rèn)為是淬滅單線態(tài)氧和清除過氧自由基的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。激發(fā)態(tài)的單線態(tài)氧將能量轉(zhuǎn)移到Car上，使Car由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，而后者可在溶劑中消散能量直接回復(fù)到基態(tài)。此外，Car與維生素C、維生素E共存時(shí)具有抗氧化協(xié)同效應(yīng)[8]。

酚類化合物是茶多酚、甘草抗氧物、迷迭香提取物和竹葉抗氧化物的主要抗氧化成分，其抗氧化作用主要體現(xiàn)在：直接清除ROS、螯合金屬離子、激活抗氧化酶、抑制氧化酶活性、調(diào)節(jié)由ROS引起的氧化應(yīng)激、上調(diào)體內(nèi)尿酸水平、與維生素C、維生素E和胡蘿卜素等其他抗氧化物在體內(nèi)一起發(fā)揮抗氧化功效[9，10]。

2　天然抗氧化劑的促氧化作用

2.1維生素C的促氧化作用

2.2維生素E的促氧化作用

流行病學(xué)調(diào)查表明，攝入富含維生素E的食品能夠降低心血管疾病的發(fā)病率，然而，一些大規(guī)模的干預(yù)試驗(yàn)卻得到相反結(jié)論。人工干預(yù)男性吸煙志愿者5～8年期間每天補(bǔ)充維生素E，發(fā)現(xiàn)維生素E干預(yù)對男性吸煙者的總體死亡率并沒有影響，卻增加了血性中風(fēng)所導(dǎo)致的死亡率[11]。維生素E表現(xiàn)出的這種兩面性可能與其復(fù)雜的生理功能和化學(xué)行為有關(guān)。維生素E與過氧亞硝酸鹽和超氧化物反應(yīng)后生成維生素E自由基，進(jìn)而誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化的發(fā)生。當(dāng)有其他抗氧化劑存在時(shí)，維生素E自由基將會(huì)被還原為維生素E，促氧化作用被抑制，然而，當(dāng)維生素E含量較高，氧化應(yīng)激條件較顯著時(shí)，維生素E自由基生成速度大于其他抗氧化劑將其還原的速度，抗氧化系統(tǒng)平衡被打破，維生素E則表現(xiàn)出促氧化作用[14]。

Bakir等[15，16]研究了維生素E在亞油酸-Cu2+體系和亞油酸-Cu2+-維生素C鹽體系中抗氧化/促氧化作用，結(jié)果表明，在較低濃度時(shí)維生素E呈現(xiàn)抗氧化作用，濃度升高，促氧化行為明顯，添加槲皮素或異鼠李素，能夠抑制高濃度時(shí)維生素E的促氧化作用。Nadeem等[17]利用體外試驗(yàn)和脂蛋白離體模型在研究極低密度脂蛋白(VLDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)氧化時(shí)，發(fā)現(xiàn)添加α-生育酚和γ-生育酚抑制了VLDL和LDL氧化，卻促進(jìn)了HDL的氧化。

2.3類胡蘿卜素的促氧化作用

Car在一定條件下可由抗氧化劑轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺趸瘎?，主要影響因素包括Car濃度、所處環(huán)境氧分壓和Car氧化產(chǎn)物[18]。在大量細(xì)胞試驗(yàn)中，都發(fā)現(xiàn)了β-胡蘿卜素對細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)、DNA和蛋白質(zhì)不同程度的氧化損傷，證實(shí)了其促氧化作用[19]。除細(xì)胞試驗(yàn)外，體內(nèi)試驗(yàn)也有同樣結(jié)論。在芬蘭曾進(jìn)行了一項(xiàng)長期β-胡蘿卜素干預(yù)試驗(yàn)，29 133名50～69歲男性吸煙者每天攝入20mgβ-胡蘿卜素，干預(yù)期持續(xù)5～8年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肺癌患病率升高了18%，總死亡率升高了8%[20]。

高氧分壓條件下Car的促氧化行為可以用Car自由基化學(xué)的相關(guān)理論來解釋[18，20]。大量的共軛雙鍵使得Car更易受到自由基的攻擊，Car與自由基(以脂質(zhì)過氧化自由基為例：LOO·)的反應(yīng)可分為3種類型：電子轉(zhuǎn)移(Car+LOO·→Car·++LOO—)、抽氫反應(yīng)(Car+LOO·→Car·+LOOH)和加合物生成(Car+LOO·→[Car-LOO]·)。低氧分壓條件下，Car·與LOO·反應(yīng)生成Car-LOO，阻斷了自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，Car起抗氧化作用；高氧分壓條件下，Car·和[Car-LOO]·發(fā)生自氧化反應(yīng)，生成Car-OO·和Car-LOO-OO·(Car·+O2→Car-OO·；[Car-LOO]·+O2→Car-LOO-OO·)，后者可與不飽和脂肪酸(LH)發(fā)生反應(yīng)：Car-OO·+LH→Car-OOH+L·；Car-LOO-OO·+LH→Car-LOO-OOH+L·；L·+O2→LOO·，從而誘導(dǎo)脂質(zhì)發(fā)生過氧化擴(kuò)增反應(yīng)。

此外，在ROS存在下，高濃度Car的促氧化行為還與其氧化產(chǎn)物有關(guān)，這些化合物能夠阻礙線粒體正常工作，打破線粒體中氧化還原的平衡，引起細(xì)胞的呼吸爆發(fā)與凋亡，具有一定的細(xì)胞毒性和遺傳毒性(附圖)[21]。近年來，許多研究都證實(shí)了類胡蘿卜素氧化產(chǎn)物的促氧化毒性，Kalariya等[22]表明，類胡蘿卜素衍生醛能夠誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致人類視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的凋亡；Alija等[23]證實(shí)了β-胡蘿卜素氧化產(chǎn)物對鼠原代肝細(xì)胞的細(xì)胞毒性和遺傳毒性。

附圖　　　　β-胡蘿卜素的抗氧化作用及其氧化產(chǎn)物的　　　促氧化作用[21]注：ADP：二磷酸腺苷；ATP：三磷酸腺苷；SH：含巰基蛋白質(zhì)；MDA：丙二醛

2.4酚類化合物的促氧化作用

在植物源食物中酚類化合物分布廣、種類多、含量差異大，具有良好的抗氧化性，多是食品功能性成分，但酚類化合物在一定條件下也會(huì)表現(xiàn)出促氧化作用。以黃酮類化合物為例，其促氧化行為受以下因素影響[9]：

(1)分子結(jié)構(gòu)。黃酮類物質(zhì)的促氧化行為被認(rèn)為與分子中羥基的總數(shù)直接成正比，一般而言，單或雙羥基黃酮檢測不到促氧化活性，而多羥基黃酮會(huì)使芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基顯著增加。(2)濃度。Yen等[24]研究了槲皮素、柚皮素、橙皮素和桑色素在人類淋巴細(xì)胞中的促氧化活性。當(dāng)添加的柚皮素和橙皮素濃度范圍在0～200μmol/L時(shí)，檢測不到H2O2濃度；當(dāng)槲皮素和桑色素添加濃度范圍分別為25～200μmol/L和125～200μmol/L時(shí)，能夠檢測到H2O2濃度增加。超氧化物陰離子自由基和脂質(zhì)過氧化作用的產(chǎn)品(硫代巴比土酸反應(yīng))的濃度隨著這些黃酮類化合物濃度的增加而增加。此外，這些化合物能夠誘導(dǎo)DNA鏈斷裂，也具有劑量-效應(yīng)關(guān)系。(3)過渡金屬的存在。體內(nèi)氧化過程如果有游離的過渡金屬離子參與，黃酮類化合物則表現(xiàn)出一定的促氧化作用。人體組織受傷后釋放的銅離子與黃酮反應(yīng)，生成亞銅離子，從而啟動(dòng)自由基反應(yīng)，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化等病變。另一方面，黃酮在發(fā)生自氧化時(shí)，表現(xiàn)出的促氧化作用也離不開過渡金屬的作用。Hajji等[25]表明，槲皮素在中性pH和過渡金屬離子的存在下能夠發(fā)生自氧化反應(yīng)，且伴隨著H2O2的快速積累。(4)黃酮苯氧基自由基的生成。黃酮類化合物可以清除ROS，反應(yīng)生成的黃酮苯氧基自由基，化學(xué)性質(zhì)十分活潑，可發(fā)生進(jìn)一步氧化反應(yīng)，生成相對更穩(wěn)定的黃酮醌。黃酮醌仍可通過與親核試劑(如谷胱甘肽、半胱氨酸和DNA)結(jié)合達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)。

3　研究展望

3.1正確認(rèn)識天然抗氧化劑的兩面性

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對天然抗氧化劑的抗氧化作用給予了極大關(guān)注。大量的試驗(yàn)研究表明，抗氧化劑既可作為還原劑，又可作為氧化劑來參與體內(nèi)或體外的氧化還原反應(yīng)。適量的抗氧化劑可以清除體內(nèi)過多的ROS，但過量的抗氧化劑能夠引起體內(nèi)“抗氧化應(yīng)激”，對生物大分子造成損傷，誘發(fā)相關(guān)疾病。然而，如果一味地認(rèn)為抗氧化劑的促氧化作用對人體不利，這是對抗氧化劑的誤解，因?yàn)镽OS本身也具有兩面性[26]。

3.2加強(qiáng)對天然抗氧化劑的促氧化作用與人類健康的研究

最近的一些研究結(jié)果表明，抗氧化劑的促氧化活性在抗癌作用和誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡方面起著重要作用，而非抗氧化作用[27]，未來關(guān)于天然抗氧化劑的促氧化研究任務(wù)依然艱巨。◇

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(責(zé)任編輯李婷婷)

Anti-oxidation and Pro-oxidation Function of Natural Antioxidants

WANG Shu-hui1，2，ZHU Jun-xiang1，ZHANG Li1，WANG Dong-feng1(1College of Food Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266003，China；2Qingdao Municipal Center for Disease Control and Prevention，Qingdao 266033，China)

Recentlysomeresultsshowedthatsomenaturalantioxidantsmightexhibitpro-oxidantactivitywhichwasharmfultohumanbodybecauseofitsstructure，doseandexistingenvironment.Thispaperreviewedresearchadvancementsofanti-oxidationandpro-oxidationofnaturalantioxidantstoprovidereferenceforpromtingfurtherresearchforthecorrectuseofnaturalantioxidantsandrelatedproducts.

naturalantioxidant；pro-oxidation；vitaminC；vitaminE；carotenoid；phenoliccompound

國家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號：31371731)；教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：20110132110007)。

汪曙暉(1986—)，女，博士，講師，研究方向：食品營養(yǎng)。

汪東風(fēng)(1956—)，男，博士，教授，研究方向：食品化學(xué)與營養(yǎng)。

FoodandNutritioninChina