大蒜素的抗氧化功能及其應(yīng)用*

陳文超，師瑞紅，孔春艷，劉 芳

(河南醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校生理學(xué)教研室，鄭州 451191)

綜 述

大蒜素的抗氧化功能及其應(yīng)用*

陳文超，師瑞紅，孔春艷，劉 芳△

(河南醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校生理學(xué)教研室，鄭州 451191)

氧化應(yīng)激損傷與機(jī)體多種病理過(guò)程如腫瘤、神經(jīng)退行性疾病等密切相關(guān)。大蒜素所含的雙硫鍵可與含硫蛋白質(zhì)和谷胱甘肽發(fā)生氧化還原反應(yīng)，通過(guò)多種途徑抑制氧化應(yīng)激。大蒜素易被機(jī)體吸收且直接作用于線粒體，可用于防治氧化應(yīng)激引起的多種臨床疾病。本文著重對(duì)大蒜素的抗氧化功能及其應(yīng)用的最新進(jìn)展作一綜述。

大蒜素；抗氧化；氧化應(yīng)激

大蒜素(allicin)是從百合科蔥屬植物大蒜的鱗莖中提取的一種含硫化合物，化學(xué)名稱為二烯丙基三硫化物(diallyl trisulfide, DATS)，分子式為C6H10S2O，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為CH2=CH-CH2-S-S-O-CH2-CH=CH2，也可人工合成。大蒜素由蒜氨酸經(jīng)蒜氨酸酶酶促修飾形成，疏水性強(qiáng)，可快速通過(guò)細(xì)胞膜到達(dá)細(xì)胞內(nèi)，且易與生物復(fù)合物結(jié)合。大蒜素在細(xì)胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物主要有丙酮、丙烯基甲基硫醚等，代謝研究[1]發(fā)現(xiàn)大蒜素在機(jī)體內(nèi)的吸收達(dá)95%。大蒜素具有清除自由基、抑制腫瘤生長(zhǎng)、降血糖與血脂、抗菌消炎等諸多作用[2]，在防治心血管疾病、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

1 大蒜素抗氧化作用機(jī)制

1.1 減少活性氧簇 細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)受細(xì)胞內(nèi)活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)生成和消除兩方面因素的制衡，氧化應(yīng)激損傷可破壞這種平衡狀態(tài)，造成超氧陰離子自由基、羥自由基等大量產(chǎn)生[1]。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)無(wú)法控制ROS的過(guò)度增多，會(huì)引起脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng)、DNA斷裂和染色體畸變、蛋白質(zhì)變性、酶活性降低、細(xì)胞及線粒體Ca2+超載，促使細(xì)胞內(nèi)ATP耗盡及誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，從而加重組織器官功能障礙，誘發(fā)腫瘤等惡性疾病的發(fā)生[3]。研究[4]發(fā)現(xiàn)大蒜素有良好的抗氧化作用。主動(dòng)脈縮窄小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，喂食大蒜素的小鼠心肌細(xì)胞內(nèi)ROS降低50%；體外實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，10 μmol的大蒜素降低心肌細(xì)胞內(nèi)ROS水平達(dá)60%[5]。另有研究[6]對(duì)大鼠行大蒜素飲食，在大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后大蒜素組與對(duì)照組比較，心肌組織超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性升高，丙二醛、肌酸激酶同工酶水平明顯降低，提示大蒜素有減輕心肌脂質(zhì)過(guò)氧化損傷的作用。

1.2 誘導(dǎo)谷胱甘肽的生成 谷胱甘肽是一種含γ-酰胺鍵和巰基的三肽，其結(jié)構(gòu)中的巰基(-SH)易被氧化脫氫，這一結(jié)構(gòu)特異性使其成為體內(nèi)主要的自由基清除劑，保護(hù)蛋白質(zhì)和酶等分子中的巰基，在人體生化防御體系中起重要作用[7]。利用大蒜素治療高膽固醇血癥兔內(nèi)皮功能障礙的研究[8,9]顯示，大蒜素能上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞的谷胱甘肽與SOD水平，通過(guò)降低氧化應(yīng)激改善血管內(nèi)皮功能障礙。

1.3 清除自由基 在偶氮二異庚腈過(guò)氧自由基溶液中添加大蒜素，發(fā)現(xiàn)自由基信號(hào)強(qiáng)度呈劑量依賴性降低，表明大蒜素對(duì)羥自由基有強(qiáng)大的抗氧化作用，抑制脂質(zhì)分子的過(guò)氧化，可作為一種有效清除自由基的抗氧化劑使用；研究其抗氧化活性關(guān)系的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)烯丙基(-CH2CH=CH2)和-S(O)-的結(jié)合是大蒜素抗氧化活性作用的關(guān)鍵[10]。在體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，利用1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基測(cè)試來(lái)確定合成大蒜素的抗氧化活性，當(dāng)大蒜素濃度為2 mg/ml時(shí)，對(duì)DPPH自由基最大程度的中和達(dá)90%左右[11]。

1.4 調(diào)節(jié)一氧化氮合酶的表達(dá) 一氧化氮在腦損傷病理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，其神經(jīng)保護(hù)或神經(jīng)毒性作用取決于一氧化氮合酶(NOS)的亞型。利用大蒜素治療創(chuàng)傷性腦損傷大鼠的實(shí)驗(yàn)[12]發(fā)現(xiàn)，大蒜素能降低腦水腫和運(yùn)動(dòng)功能障礙，降低腦組織丙二醛和蛋白羰基水平，保護(hù)內(nèi)源性抗氧化酶活性，抑制炎性細(xì)胞因子的表達(dá)；其機(jī)制是通過(guò)增加磷酸化蛋白激酶B(PKB)和內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)，調(diào)節(jié)PKB/eNOS信號(hào)途徑，從而發(fā)揮對(duì)創(chuàng)傷性腦損傷的保護(hù)作用。谷氨酸誘導(dǎo)的體外脊髓損傷實(shí)驗(yàn)[13]發(fā)現(xiàn)，大蒜素可衰減谷氨酸誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞活力的喪失，減少乳酸脫氫酶的釋放與凋亡細(xì)胞數(shù)；免疫印跡分析結(jié)果顯示大蒜素降低誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的表達(dá)，增加熱休克蛋白70(HSP 70)mRNA的水平，提示大蒜素可通過(guò)抑制HSP 70/iNOS通路介導(dǎo)的氧化應(yīng)激對(duì)脊髓神經(jīng)元具有保護(hù)作用。

2 大蒜素抗氧化功能的應(yīng)用

2.1 減輕缺血-再灌注損傷 缺血-再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury, IRI)過(guò)程中氧化應(yīng)激引起ROS大量產(chǎn)生，缺血組織抗氧化防御機(jī)制受損，組織損傷加重、線粒體功能紊亂，影響組織、器官的正常功能。研究表明[14]大蒜素預(yù)處理可提高心肌SOD活性、縮小心肌梗死面積、降低心肌細(xì)胞凋亡指數(shù)，其抗氧化、抗凋亡的作用可有效減輕心肌IRI。大蒜素對(duì)腦IRI的研究[15]亦有相同發(fā)現(xiàn)，大蒜素通過(guò)抗氧化和抗凋亡途徑減輕再灌注引起的神經(jīng)細(xì)胞損傷。兔脊髓IRI的實(shí)驗(yàn)[16]發(fā)現(xiàn)，大蒜素抑制蛋白質(zhì)和脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物的積累，提高過(guò)氧化氫酶、SOD、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性；且抑制ROS產(chǎn)生和線粒體釋放細(xì)胞色素C，通過(guò)改善線粒體功能發(fā)揮對(duì)脊髓IRI的保護(hù)作用。

2.2 舒張血管與降血壓 氧自由基對(duì)調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能和血管張力起著關(guān)鍵作用，氧化應(yīng)激反應(yīng)誘導(dǎo)血管內(nèi)皮損傷和炎癥反應(yīng)，中樞ROS可介導(dǎo)交感神經(jīng)興奮加劇、血管平滑肌收縮，從而導(dǎo)致高血壓[17]。大蒜素能強(qiáng)效清除ROS，減輕氧化應(yīng)激引起的血管內(nèi)皮損傷。人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)[18]發(fā)現(xiàn)，大蒜素可減輕H2O2對(duì)細(xì)胞凋亡的影響，增加SOD與NO的釋放，提高eNOS mRNA的水平。提示大蒜素可通過(guò)抗氧化作用保護(hù)血管內(nèi)皮功能。慢性腎病大鼠模型實(shí)驗(yàn)[19]發(fā)現(xiàn)，喂食大蒜素飼料6周后，大鼠冠狀動(dòng)脈灌注壓和左心室壓力均下降，大蒜素組通過(guò)下調(diào)Keap1和增加Nrf2表達(dá)，上調(diào)抗氧化酶與減少氧化應(yīng)激，從而降低血壓、改善心臟功能。臨床研究[20]發(fā)現(xiàn)，給高血壓患者長(zhǎng)期補(bǔ)充大蒜素，統(tǒng)計(jì)患者血壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其收縮壓、舒張壓均降低10%，提示大蒜素可作為降血壓的輔助藥物使用。

2.3 抑制心肌肥大 ROS與心肌肥大的多條信號(hào)通路密切相關(guān)，研究[21]報(bào)道ROS增多和ERK1/2的激活促進(jìn)心肌肥大的發(fā)生。有研究[5]用血管緊張素II誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大反應(yīng)，大蒜素組心肌細(xì)胞肥大反應(yīng)得到控制，其效果與使用心房鈉尿肽的動(dòng)物組相似，其機(jī)制研究證明大蒜素可通過(guò)阻斷ROS依賴的ERK1/2、JNK1/2和AKT信號(hào)通路的激活，抑制ROS增多和還原型輔酶Ⅱ的活性，從而阻止心肌肥大的發(fā)展。另一實(shí)驗(yàn)[22]也證明，大蒜素可降低 ROS水平、提高谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性與Nrf2蛋白水平，通過(guò)Nrf2抗氧化信號(hào)通路阻止心肌肥厚的進(jìn)展。

2.4 其他方面 大蒜素的抗氧化作用也是其作為天然廣譜抗生素的主要作用機(jī)制之一，其臨床制劑已廣泛應(yīng)用于抗真菌、抗病毒和抗細(xì)菌感染[3]。對(duì)白色念珠菌感染小鼠的治療研究[23]表明，在殺滅真菌所需時(shí)間上，大蒜素活性與常用抗真菌藥氟康唑相似，且電鏡結(jié)果顯示大蒜素可產(chǎn)生與氟康唑相似的破壞真菌結(jié)構(gòu)的效果。此外，大蒜素的抗氧化作用可通過(guò)多條信號(hào)通路抑制細(xì)胞凋亡。在大鼠海馬神經(jīng)元缺血-再灌注實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用大蒜素，可抑制再灌注誘導(dǎo)的ERK1/2磷酸化水平的降低，發(fā)揮其抗細(xì)胞凋亡作用[15]。

3 展望

大蒜素是從天然植物中提取分離的一種單體化合物，其生物活性作用明顯、應(yīng)用范圍廣泛。目前臨床應(yīng)用的大蒜素常用制劑類型有腸溶膠囊、膠丸劑、注射劑等，速溶腸溶膠囊采用“真空干燥獲得凍干無(wú)臭蒜粉”工藝生產(chǎn)，完全保留其有效活性成分，且無(wú)刺激、無(wú)異味、服用方便，值得臨床推廣應(yīng)用[24]。

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[責(zé)任編輯：馬香芹]

2017-05-24

河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(132300410098)。

陳文超(1981-)，女，河南省許昌市人，學(xué)士，講師，從事生理學(xué)教學(xué)工作。

△通信作者：劉芳，E-mail:sincerelf@163.com。

Q 41

A

1008-9276(2017)04-0411-03