輻照對(duì)人參活性成分及其藥理特性的影響研究進(jìn)展

齊仕博 張 露 宋鑫萍 高 鵬 崔承弼

(1. 延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002；2. 四川省原子能研究院，四川 成都 610101)

世界公認(rèn)的人參分布區(qū)域在北緯33°～48°以紅松為主的針闊混交林或落葉闊葉林。《神農(nóng)本草經(jīng)》中最早記載了人參藥用功效：“人參，味甘微寒，主補(bǔ)五臟，安精神，定魂魄，開(kāi)心益智。久服，輕身延年”。現(xiàn)代科學(xué)研究也證明了人參具有很高的藥食價(jià)值，例如治療惡性腫瘤[1]、改善糖尿病發(fā)病率等作用[2]。

食品輻照技術(shù)興起于20世紀(jì)50年代。研究人員不斷探索輻照處理食品原料中活性成分[3]、產(chǎn)品特性的變化[4]以及藥理成分及作用是否改變，是否具有遺傳或生理毒性以及其輻照前后的質(zhì)變。輻照最初被應(yīng)用于食品保鮮，以電離輻射產(chǎn)生的高能射線對(duì)食品或原料進(jìn)行殺蟲(chóng)、滅菌以提高食品衛(wèi)生質(zhì)量，延長(zhǎng)貨架期[5]。到20世紀(jì)末期，人參在輻照處理下的貯藏保鮮技術(shù)得到了快速發(fā)展。

1 輻照的安全性

1.1 輻照保鮮機(jī)理

人參在采集、加工、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中受到外界細(xì)菌、霉菌污染，隨著貯藏和人參制品受潮后(含水量達(dá)到15%以上)并在適宜溫度下微生物會(huì)大量繁殖，而輻照保鮮能在微生物水平進(jìn)行滅菌處理。食品常用的輻照源有60Co-γ、137Se-γ射線、5 MeV 以下的X射線、10 MeV以下高能電子束。原理是利用高能量輻射將組成物質(zhì)的原子或分子解離成一對(duì)陰陽(yáng)離子并通過(guò)電離輻射對(duì)食品中的成分產(chǎn)生輻射物理、化學(xué)和生物學(xué)效應(yīng)。輻照的用途是對(duì)食品及原料等進(jìn)行非熱加工、DNA水平進(jìn)行殺蟲(chóng)、滅菌、進(jìn)一步延長(zhǎng)食品貨架期保證食品品質(zhì)[6]。

1.2 輻照技術(shù)的安全性及人參輻照相關(guān)研究

參考GB 18524—2016和CAC/RCP19-1979，Rev.2-2003相關(guān)規(guī)定，輻照源電子加速器X射線、電子加速器電子束的能量限制分別是≤5，≤10 MeV。而60Co-γ、137Se-γ射線未規(guī)定能量限制。

鈷源輻照和電子加速器是目前常用的輻照技術(shù)。常用的輻照源是鈷源(60Co)，其產(chǎn)生的射線種類主要是γ射線，模擬的輻射環(huán)境與太空環(huán)境相當(dāng)，穿透力強(qiáng)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種輻照試驗(yàn)中[7]。電子加速器的輻射射線類型主要是高速電子流，除了產(chǎn)生X射線外，還可產(chǎn)生各種高能粒子。它與鈷源相比，具有使用便捷、無(wú)潛在放射性廢物污染、能量利用率高等獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此電子加速器作為另一種輻照源，也有著廣闊的應(yīng)用前景[8]。1999年，由世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)組成的輻照食品聯(lián)合專家委員會(huì)宣布60Co-γ射線輻照劑量>10 kGy，食品在安全性、營(yíng)養(yǎng)性上仍沒(méi)有大的變化[9-10]，甚至是高達(dá)75 kGy的劑量處理食品亦可以食用[11]。

對(duì)人參及人參制品的輻照保鮮已有研究見(jiàn)表1。

1.3 輻照對(duì)人參及人參制品的安全性研究

隨著輻照技術(shù)的應(yīng)用，關(guān)于輻照人參及人參制品對(duì)人體是否存在安全性問(wèn)題也成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。從表2可以看到輻照人參無(wú)毒性作用。

表1 人參及其制品輻照保鮮相關(guān)研究

2 人參中的活性成分及其作用

人參所含活性成分種類繁多，包括人參皂苷、人參多糖、黃酮類和人參揮發(fā)油等。其中一般認(rèn)為人參的主要活性成分即為人參皂苷，主要分類見(jiàn)表3。

其中包括人參皂苷Rg3在內(nèi)的多種人參皂苷具有極高生理活性如抗疲勞[26]、凝血[18]、抗癌、保肝和免疫刺激活性等[27]。在對(duì)人參及人參制品進(jìn)行輻照處理過(guò)程中，需重點(diǎn)考察輻照強(qiáng)度對(duì)人參及人參制品中活性成分的影響。人參中的活性物質(zhì)具有很多作用，例如人參皂苷Rg1和Rh1具有益智、鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛作用。Rb1對(duì)缺血性腦損傷有保護(hù)作用，人參三醇皂苷Rg2具有抗休克作用，快速改善心肌缺血和缺氧，治療和預(yù)防冠心病[25]。人參皂苷Rg2聯(lián)合紫杉協(xié)同抗胃癌等[28]。在對(duì)人參及人參制品進(jìn)行輻照處理過(guò)程中，需重點(diǎn)考察輻照強(qiáng)度對(duì)人參及人參制品中活性成分的影響。

表2 輻照人參毒性相關(guān)研究

表3 人參皂苷分類

3 輻照對(duì)人參活性成分的影響

3.1 輻照對(duì)人參皂苷的影響

最初在以薄層層析—比色法及分光光度法為檢測(cè)手段下，劑量<8 kGy輻照后人參皂苷含量未發(fā)現(xiàn)顯著差異。當(dāng)輻照劑量在8～30 kGy時(shí)改變了某些特定單體皂苷官能團(tuán)結(jié)構(gòu)，而產(chǎn)生了新的皂苷成分，研究不同輻照劑量對(duì)人參皂苷的影響見(jiàn)表4。另外輻照誘導(dǎo)3年生韓國(guó)野山參不定根愈傷組織產(chǎn)生的可田間栽培的人參株體，其人參總皂苷含量比母株有明顯提升[37]，但具體轉(zhuǎn)化機(jī)制尚不明確(P<0.05)。所以一定劑量的輻照能提升參制品中某些人參皂苷的含量，增加人參皂苷的活性，包括腫瘤抑制、抗轉(zhuǎn)移、抗癌、保肝、神經(jīng)保護(hù)和免疫刺激活動(dòng)[27]。然而輻照劑量限值、輻照時(shí)間對(duì)人參皂苷的影響機(jī)制仍需進(jìn)一步探索與研究。

3.2 輻照對(duì)人參中其他活性成分的影響

人參中的其他活性成分如維生素B12等熱敏感型化合物，輻照后均遭到破壞[30]。多糖類大分子在21 kGy輻照處理后化合鍵斷裂從而分解為小分子，糖的類型增多[33]，可能增加了可以有效保護(hù)小鼠小腸免于輻射誘導(dǎo)損傷的人參酸性多糖(APG)[38]。

4 人參單體皂苷的藥理研究

一些稀有的皂苷單體具有巨大的功能特性，如黑參提取物中的人參皂苷Rh4[39]很可能通過(guò)AMPK-PI3K-Sirt6及上調(diào)β-氧化基因表達(dá)穩(wěn)定I型糖尿病ICR小鼠機(jī)體血糖水平；作為天然二醇型人參皂苷代謝產(chǎn)物的人參皂苷化合物K，也是人參在體內(nèi)發(fā)揮活性的實(shí)體，能顯著降低II型糖尿病大鼠體重和空腹血糖水平，提升糖耐量，上調(diào)InsR、IRS1表達(dá)，并通過(guò)PI3K-Akt通路信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，提升胰島素敏感性降低胰島素抵抗[40](P<0.05)，即人參皂苷Rh4和CK均有利于糖尿病狀態(tài)的恢復(fù)；人參皂苷Rg1可以顯著抑制人形突變體β淀粉樣蛋白積累和B103-APP細(xì)胞的γ分泌酶活性，改善淀粉樣蛋白病理學(xué)，激活PKA/CREB信號(hào)通路起到保護(hù)神經(jīng)作用[41]，人參皂苷Rh2具有抗癌性，而西洋參隨著輻照后貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，Rg1和Rh2含量逐漸增加，抗癌能力大大提升[42](P<0.05)，為延緩老年癡呆和抑制機(jī)體惡性腫瘤的發(fā)生提供了新發(fā)現(xiàn)。

近年與Rg3相關(guān)的研究，多數(shù)也集中對(duì)血液代謝類疾病的影響上(表5)。

人參皂苷Rg3富集提取物能顯著抑制血小板聚集及ATP釋放，下調(diào)相關(guān)蛋白表達(dá)并降低纖維蛋白原和整合素αIIbβ3的結(jié)合水平，治療心血管紊亂[47]，顯著抑制PI3K/Akt通路的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，是血小板介導(dǎo)下機(jī)體心血管疾病的治療劑[43]，韓國(guó)紅參經(jīng)醇提和柿子醋富集提取得到的Rg3和精氨酸—果糖提取物以1 000 mg/kg劑量灌胃自發(fā)性高血壓大鼠后，其收縮壓及舒張壓顯著改善，血管緊張度轉(zhuǎn)換酶I含量降低，NO含量提升(NO的產(chǎn)生對(duì)維護(hù)機(jī)體正常血壓及促進(jìn)血液循環(huán)具有重要作用)[44]，醇提和酶—酸水解法富集的人參皂苷Rg3提取物以3 mg/kg劑量頸靜脈注射后能顯著提升內(nèi)皮一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)和血漿NO的生成，穩(wěn)定自發(fā)高血壓大鼠的血壓(P<0.05)[48]，均顯示出人參皂苷Rg3治療高血壓的功能。

表4 輻照對(duì)人參皂苷影響相關(guān)研究

表5 人參單體皂苷的相關(guān)藥理研究

此外，人參皂苷Rg3也有著很強(qiáng)的抗腎毒性作用，發(fā)酵黑參中20(S)-Rg3顯著恢復(fù)了順鉑誘導(dǎo)的LLC-PK1(豬腎細(xì)胞)細(xì)胞活力，抑制了順鉑誘發(fā)的JNK-p53-caspase-3通路信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(P<0.05)，表明20(S)-Rg3能夠通過(guò)阻斷JNK-p53-caspase-3信號(hào)通路而緩解腎毒性[46]，在未來(lái)可能參與到糖尿病誘發(fā)腎毒性的治療中。

5 輻照對(duì)人參中單體皂苷的作用影響

人參具有降血糖、改善高脂血癥、防治心腦血管疾病、抗癌等功能，是不可多得的藥食兩用植物[48]，人參眾多藥理特性與人參皂苷關(guān)系密切[37,49]。就目前人參皂苷的主要藥理功效大致有抗機(jī)體氧化損傷、緩解血液相關(guān)代謝疾病、抗癌三方面，其中的血液類代謝疾病種類和影響最為廣泛和嚴(yán)重。大多是由于飲食引起的過(guò)度肥胖導(dǎo)致，如高胰島素血癥、高膽固醇血癥及脂肪炎癥等，因而近年來(lái)對(duì)人參抗肥胖、抗高血壓及降血糖的相關(guān)研究越來(lái)越多。

人參經(jīng)過(guò)特定劑量的輻照處理能夠生成新的皂苷，或轉(zhuǎn)化已存在的皂苷類型并提升其含量，進(jìn)而增加藥理作用。輻照對(duì)人參藥理的影響見(jiàn)表6。

近年來(lái)傳染性病毒耐藥變異體不斷出現(xiàn)，抗病毒藥物可用性大大受限，更多人將目光放在了中藥材上，致力于廣譜抗病毒藥物和免疫刺激藥物的研制，人參對(duì)于抗病毒感染極為有效。韓國(guó)紅參本身具有更大的藥理活性和穩(wěn)定性，輻照處理在一定程度下提升紅參皂苷提取物針對(duì)免疫病毒學(xué)和肥胖的改善特性。

不僅如此，在癌癥頻發(fā)的今天以人參改善輻照給大鼠異食癖的研究和減輕放化療患者痛苦帶來(lái)了曙光。所謂的異食癖，是由于大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)缺少嘔吐中樞，故只能通過(guò)攝食飼料外的其他物質(zhì)來(lái)表征其異常反應(yīng)的劇烈程度；采用高嶺土為替代物的研究[51]也表明人參在一定程度上改善異食癖大鼠的攝食行為。

表6 輻照人參或制品相關(guān)藥理研究

6 前景與展望

迄今為止，眾多研究成果均證實(shí)：一定劑量的輻照能提升參制品中某些人參皂苷的含量，增加人參皂苷的活性，包括腫瘤抑制、抗轉(zhuǎn)移、抗癌、保肝、神經(jīng)保護(hù)和免疫刺激活動(dòng)。對(duì)于輻照保鮮，以1～6 kGy輻照劑量的60Co-γ射線對(duì)鮮人參輻照處理保鮮率提升了20%～30%，效果顯著。值得注意的是，過(guò)高的輻照劑量會(huì)造成參體細(xì)胞破壞，細(xì)胞液滲出影響人參價(jià)值。另經(jīng)過(guò)輻照人參皂苷Rg3、Rg1、Rh1、Rh2、Rh4、CK的含量均有顯著提升，可以減輕小鼠特應(yīng)性皮炎癥狀、修復(fù)皮膚損傷，還可以治療高血壓、抗病毒、抗癌，以及經(jīng)輻照人參皂苷對(duì)I型糖尿病和II型糖尿病的治療潛力有所提升，還對(duì)阿茲海默癥患者的神經(jīng)有保護(hù)作用。然而輻照劑量的限值、輻照時(shí)間對(duì)人參的影響機(jī)制以及具體的轉(zhuǎn)化條件還待進(jìn)一步研究。人參的藥理作用及開(kāi)發(fā)前景是社會(huì)普遍認(rèn)可的，實(shí)驗(yàn)室結(jié)果也令人滿意，但是目前研究大都廣而不深。將實(shí)驗(yàn)室成果大膽應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)，使人參不僅限于滿足人類對(duì)保健食品日趨增加的需求，更為人類疾病做出藥理貢獻(xiàn)，應(yīng)該是未來(lái)的研究方向之一。