花青素和矢車菊素的生物活性及抗氧化功能研究進展

劉 迪，張 浩，張寒雪，馮憲敏* (.吉林醫(yī)藥學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,吉林 吉林 303；.北華大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院,吉林 吉林 300)

花青素屬黃酮類化合物,是一類水溶性天然色素，廣泛存在于蔬菜和水果中?；ㄇ嗨赜诩毎|(zhì)中合成，之后被轉(zhuǎn)入至細胞的液泡中，也可由葉綠素轉(zhuǎn)化而來，在生理上扮演重要角色，且具有良好的開發(fā)利用前景。根據(jù)苷元、糖苷配體不同，花青素可分為多種，目前已知的花青素有550余種，存在于植物中的主要有6種：錦葵色素、牽?；ㄉ?、芍藥色素、矢車菊色素、天竺葵色素及飛燕草色素。其中矢車菊素-3-O-葡萄糖(Cyanidin-3-O-glucoside，C3G)主要存在于黑米、黑豆、紫薯和藍莓等植物中，是自然界存在的最普遍的、比較穩(wěn)定且易于獲得的一種花青素。該化合物通常為鹽酸鹽形式存在，又稱為氯化矢車菊素-3-O-葡萄糖苷，為黑棕色結(jié)晶粉末。

1 花青素與矢車菊素的生物活性

1.1 花青素的生物活性

花青素具有抗癌、抗糖尿病、改善視覺健康、抗肥胖、心血管保護、抗菌和預(yù)防慢性疾病等作用。研究發(fā)現(xiàn)，花青素中有一種抗血管生成的因子極為豐富，將其從不同的植物源中提取并分離出來,探討它們在食道、結(jié)腸、乳腺、肝臟上的抗癌能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，某些結(jié)構(gòu)的花青素可以抵抗結(jié)腸癌、肺癌、乳腺癌、黑素瘤的生成[1-3]?；ㄇ嗨匾彩蔷S持良好視力、緩解視覺疲勞、預(yù)防視力受損的重要營養(yǎng)物質(zhì)。流行病學(xué)研究顯示,含花青素的食品與預(yù)防心血管疾病之間的關(guān)系密切，花青素攝入量和罹患心血管相關(guān)疾病的風(fēng)險呈負相關(guān)?；ㄇ嗨刂泻械囊环N稱為抗血管生成因子的植物化學(xué)物,已被證實具有體外抗血栓效應(yīng)。這種因子可通過阻礙心血管血栓的形成發(fā)揮對心血管的保護作用[4]。此外，花青素作為一種具有多種生物活性的化合物，對微生物也具有廣泛的抗菌活性，特別是其能夠抑制食源性致病菌的生長，具有潛在的應(yīng)用價值。

1.2 矢車菊素的生物活性

矢車菊素-3-O-葡萄糖苷具有抗氧化、抗炎、抗癌、抗肥胖、預(yù)防糖尿病、保護心臟、增強血液循環(huán)和保護感受器細胞等作用。其中抗癌效應(yīng)主要是通過抗氧化、激活Ⅱ相解毒酶、抗細胞增殖、抗炎效應(yīng)、抗血管生成、誘導(dǎo)細胞分化等機制來發(fā)揮作用。另外研究發(fā)現(xiàn)，其具有顯著促進細胞葡萄糖消耗的活性[5]，該作用是通過矢車菊素抑制X連鎖凋亡抑制蛋白和上調(diào)Smac蛋白表達而實現(xiàn)的[6]。不但如此，C3G還可以增強全身的血液循環(huán)，保持血細胞正常的柔韌性，提高血紅細胞通過細小的毛細血管的效率，以此增強細胞活力。此外，矢車菊素還具有較高的抗癌預(yù)防效應(yīng)。食用富含花色苷的食物可以在一定程度上降低癌癥等疾病的風(fēng)險。有日本研究者發(fā)現(xiàn)，黑豆中含有18種以上花青素類物質(zhì)，其中矢車菊素類的含量相對較高，可以有效改善黃褐斑癥狀。故老年人多吃黑豆對保護身體有極為重要的作用[7-8]。

2 花青素與矢車菊素的抗氧化作用

2.1 氧化產(chǎn)生的機制

在人體的細胞內(nèi)，酶能使細胞的氧化過程在比較低的溫度下釋放能量，此過程中氧分子的相互作用可產(chǎn)生自由基。人體與外界的持續(xù)接觸，包括呼吸、輻射、環(huán)境污染以及精神狀況等因素都會引起人體體內(nèi)產(chǎn)生大量自由基。自由基的持續(xù)增加就對機體造成大量氧化壓力。自由基或氧化劑會將細胞和組織分解，影響機體代謝功能。目前的研究發(fā)現(xiàn)，機體發(fā)生衰老、癌變或其他疾病等大都與機體內(nèi)產(chǎn)生過量自由基有關(guān)聯(lián)。人體自身清除自由基能力下降或自由基不再適量產(chǎn)生，就會導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生甚至惡化。

2.2 花青素抗氧化作用

花青素的保健效果和治療效果主要是由其抗氧化活性產(chǎn)生的。花青素的糖基化b環(huán)結(jié)構(gòu)、羥基化、甲氧基化以及花青素與酚酸的?；饔玫染艽蠓忍岣咂淇寡趸钚浴４送?，項亞等[9]以紅肉蘋果果皮為試材，通過pH示差法測定總花青苷含量，高壓液相色譜串聯(lián)四極桿飛行時間質(zhì)譜(UPLC-Q-TOF-MS/MS)分析推定類黃酮組分，對其抗氧化活性進行了評價，表明花青苷具有較強的抗氧化性。近些年來，關(guān)于花青素抗氧化功能的細胞水平研究逐漸增多。有研究者采用酸化乙醇的方法提取藍莓鮮果中的花青素，并通過自由基清除率試驗研究藍莓花青素的抗氧化活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)藍莓花青素具有高抗氧化活性[10]。并且紫薯中花青素同樣具有超強的體外抗氧化作用[11]。這兩種花青素在細胞水平上都具有很強的清除氧自由基能力，因此能夠?qū)毎鸬奖Ｗo作用[12]。此外，王林等[13]通過對不同濃度的藍莓花青素提取物預(yù)處理人胃癌細胞一段時間后,再加入1 mmol/L H2O2誘導(dǎo)損傷，使用多種不同方法測定酶的活性，分析不同濃度的藍莓花青素提取物對胃癌細胞氧化損傷的影響，發(fā)現(xiàn)提取的藍莓花青素對細胞氧化損傷具有顯著的改善作用?；ㄇ嗨卦谔岣邫C體抗氧化的同時還可一定程度上改善肝細胞的損傷，進而對肝臟提供保護作用。類似的研究同樣表明，人參果花青素同樣具有改善肝損傷的作用，其作用機制與抗氧化作用以及抑制細胞凋亡有關(guān)[14]。

此外，花青素可減輕實驗?zāi)Ｐ椭写笫蟮年P(guān)節(jié)炎損傷，其作用主要是通過提高大鼠機體內(nèi)抗氧化能力和促進細胞因子白介素-1β生成途徑實現(xiàn)的[15]。

2.3 矢車菊素抗氧化作用

C3G作為自然界存在最普遍的一種矢車菊素，可緩解重金屬污染物引起的大鼠機體氧化應(yīng)激反應(yīng)，發(fā)揮保護作用[16]。有研究表明，C3G通過抑制小鼠主動脈平滑肌細胞增殖以表達其氧化應(yīng)激作用[17]。另外，C3G可以抑制紫外線誘發(fā)的大鼠皮膚損傷[18]，在血管內(nèi)皮細胞誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激中起著重要作用。這些結(jié)果為矢車菊素的抗氧化作用提供了重要的研究基礎(chǔ)，對矢車菊素的應(yīng)用具有積極意義。

近些年來，關(guān)于矢車菊素在細胞層面氧化應(yīng)激作用的研究發(fā)現(xiàn)，矢車菊素可快速穿過巨噬細胞的細胞膜和核膜，直接到達細胞核[19]。屠迪等[20]在研究矢車菊素對發(fā)生脂肪變性的肝細胞氧化損傷的影響中提出，矢車菊素能有效緩解脂肪變性時肝細胞的氧化損傷，并大幅度增強抗氧化能力，進而對細胞提供保護作用，且該保護作用與矢車菊素的抗氧化能力密切相關(guān)。

此外，錢松等[21]研究結(jié)果表明，C3G通過抑制氧化應(yīng)激作用抑制癌細胞的增殖和誘導(dǎo)癌細胞凋亡來抑制癌細胞的擴散，且C3G通過抑制Ca2+誘導(dǎo)的線粒體去極化作用，以此來抑制ATP的生成，進一步表明矢車菊素對維持人類健康具有重要的潛在價值。

3 花青素作為天然抗氧化劑的應(yīng)用

花青素是一種純天然的抗氧化劑,亦是抗衰老營養(yǎng)補充劑，能保護人體免受自由基的損傷，是抗氧化領(lǐng)域的研究熱點。研究表明，天然抗氧化的植物化學(xué)物可保護機體，抵抗各種疾病[22]。一些自由基清除劑可以阻斷細胞凋亡和延緩機體衰老。有研究表明，天然抗氧化劑茶多酚可使果蠅勻漿中SOD活性增加，從而延長果蠅的生命[23]。提取自黑果腺肋花楸果實中的花青素能夠直接進入血腦屏障，保護大腦和神經(jīng)系統(tǒng)[24]。這些天然抗氧化劑受到國內(nèi)外醫(yī)學(xué)和食品界的廣泛重視，可以為我國保健品和藥品發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

目前食品工業(yè)上使用的多是有一定毒性的合成色素。長期食用食品工業(yè)上的合成色素可能會對身體造成一定的傷害。隨著人們生活水平的提高及對合成添加劑毒副作用認知的加深，天然、綠色的健康生活理念深入人心，全球市場對天然色素及食品添加劑產(chǎn)品需求強勁?；ㄇ嗨刈鳛樘烊豢寡趸瘎┰诮】敌袠I(yè)中的發(fā)展趨勢較快，主要應(yīng)用于保健品和功能性飲料中。中國作為抗生素大國，國民抗生素的使用量逐年增多而體質(zhì)卻逐漸下降?；ㄇ嗨鼐哂械亩喾N生物活性，未來可能成為部分抗生素的替代品，具有廣闊的應(yīng)用前景。