大蒜中的有機(jī)硫化物及其生物活性研究進(jìn)展

趙銘洋，王知斌，孫延平，楊炳友，王秋紅，匡海學(xué)*

（1. 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué) 教育部北藥基礎(chǔ)與應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江省中藥天然藥物藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150040；2. 廣東藥科大學(xué) 中藥學(xué)院，廣東 廣州 511436）

大蒜是百合科蔥屬植物Allium sativumL.的地下鱗莖，起源于中亞和地中海地區(qū)。最早能追溯到公元前3000年，至今已有5000余年的歷史[1]。自漢代傳入中國后，大蒜就作為一種藥食兩用植物廣泛種植。大蒜具有通五臟、達(dá)諸竅、去濕寒、化積食等功效。大蒜最早的藥用出現(xiàn)在陶弘景所著《名醫(yī)別錄》中，唐代《外臺秘要》及《備急千金要方》均記載以大蒜為主藥治療瘧疾的處方。明《萬氏濟(jì)世良方》中記載有蒜紅丸，主治脾積，消化不良?，F(xiàn)代藥學(xué)研究發(fā)現(xiàn)大蒜中含多糖、揮發(fā)油、蛋白質(zhì)及微量元素等。有機(jī)硫化物是大蒜的主要活性物質(zhì)，具有降血脂、降血壓、抗腫瘤等多種藥理活性。

1 大蒜中的有機(jī)硫化物

有機(jī)硫化物是大蒜中主要的生物活性成分，迄今已鑒定出46種，見表1。完整的大蒜中含大量的γ-谷氨酰半胱氨酸[2]。該化合物在自然貯藏過程中會被緩慢水解和氧化形成蒜氨酸（S-烯丙基半胱氨酸亞砜，SACS），并自然積累。當(dāng)大蒜表皮被破壞后，蒜氨酸酶迅速溶解胞漿中的蒜氨酸，形成具有氣味的大蒜素。大蒜素和其他硫代亞硫酸酯會立即分解成其他化合物，如二烯丙基硫醚（DAS）、二烯丙基二硫醚（DADS）和二烯丙基三硫化物（DAT）、二硫醚和阿霍烯。同時，γ-谷氨酰半胱氨酸通過蒜素/大蒜素途徑以外的途徑轉(zhuǎn)化為S-烯丙基半胱氨酸（SAC）[3]，具體轉(zhuǎn)化過程見圖1。

表1 大蒜中鑒定得到的有機(jī)硫化物

表1（續(xù)）

圖1 大蒜內(nèi)硫化物的轉(zhuǎn)化過程

2 主要的藥理活性

2.1 抗氧化

大蒜素的烯丙基氫原子對其抗氧化活性起著重要作用[4]，大蒜素的自由基清除反應(yīng)是通過一步氫原子轉(zhuǎn)移進(jìn)行的。谷胱甘肽（GSH）是體內(nèi)主要的自由基清除劑，含易被氧化脫氫巰基（-SH），能保護(hù)蛋白質(zhì)和酶等分子[5]。因此大蒜中的含硫化物（大蒜素、大蒜新素、蒜氨酸、大蒜烯等）能增加細(xì)胞的谷胱甘肽與超氧化物歧化酶（SOD）水平，間接改善血管內(nèi)皮功能障礙、保護(hù)肝臟[6-8]。烯丙基（-CH2CH=CH2）和[-S(O)-]是大蒜中有機(jī)硫化物（大蒜素、大蒜新素、蒜氨酸、大蒜烯等）清除自由基的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)[9]。在二苯代苦味酰肼自由基甲醇溶液中加入大蒜中烯丙基硫化物，發(fā)現(xiàn)其對DPPH有強(qiáng)大的清除能力[10]。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大蒜素濃度為2 mg/ml時，對DPPH自由基的清除率最大，達(dá)90 %左右[11]。

細(xì)胞的氧化還原電勢主要由GSH/氧化型谷胱甘肽（GSSG）、還原型輔酶II（NADPH）/氧化態(tài)還原型輔酶II（NADP+）間的轉(zhuǎn)化，以及硫氧還蛋白作用實(shí)現(xiàn)調(diào)控。大蒜素是具有抗氧化性能的活性硫物質(zhì)，能通過與GSSG反應(yīng)，降低細(xì)胞內(nèi)氧化還原電位。這種對細(xì)胞氧化還原功能的調(diào)節(jié)能力在研究中得到證實(shí)，大蒜素通過作用于酵母菌內(nèi)對氧化還原反應(yīng)敏感的轉(zhuǎn)錄因子YAP1，實(shí)現(xiàn)對病程相關(guān)因子非表達(dá)子（NPR-1）的調(diào)控[12]。

近期研究發(fā)現(xiàn)，大蒜素能通過介導(dǎo)熱休克蛋白70（HSP70）/誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（NOS）途徑，降低誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）表達(dá)，降低氧化應(yīng)激反應(yīng)，保護(hù)受損神經(jīng)，治療脊髓損傷[13]。大蒜素可通過蛋白激酶B（Akt）/內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合酶（eNOS）途徑抑制氧化應(yīng)激，通過增加Akt和eNOS磷酸化，進(jìn)而阻斷Akt/eNOS途徑，使丙二醛和蛋白質(zhì)羰基的表達(dá)水平降低，從而實(shí)現(xiàn)抗氧化和抗炎活性[14]。衰老模型大鼠灌胃大蒜素，衰老小鼠血清、肝、腦組織中SOD、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和過氧化氫酶（CAT）的活性顯著提高，丙二醛含量降低，且呈一定的量效依賴關(guān)系[15]。有研究表明，大蒜素能通過改善抗氧化酶活性并下調(diào)核因子κβ（NF-κβ）蛋白表達(dá)[16]，顯著改善腎缺血再灌注損傷大鼠腎臟組織抗氧化酶活性、降低丙二醛含量，并改善細(xì)胞凋亡狀況，對大鼠腎缺血再灌注損傷起到一定的保護(hù)作用[17]。

大蒜素還可通過作用于角鯊烯單加氧酶和乙酰輔酶A，控制膽固醇水平。乙酰輔酶A內(nèi)含巰基，大蒜素可與巰基發(fā)生反應(yīng)，由此可推測大蒜素對乙酰輔酶A參與的反應(yīng)均有調(diào)節(jié)能力，阻斷反應(yīng)的正常進(jìn)行[18]。低密度脂蛋白（LDL）的氧化是引起動脈硬化的常見原因，大蒜素能減少LDL氧化，并能減少體內(nèi)LDL的含量，減少血管損傷[19]。

2.2 降血壓

大蒜制劑已被廣泛用于抑制和緩解高血壓[20]。多項(xiàng)動物試驗(yàn)和人體研究證明大蒜提取物及其衍生的生物活性分子的抗高血壓作用。大蒜素與GSH的級聯(lián)反應(yīng)能產(chǎn)生硫化氫，而硫化氫具有擴(kuò)張血管平滑肌作用[21]，使血壓降低。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，硫化物通過降低血栓素B2和前列腺素E2的含量降低大鼠的血壓?！?腎1夾”高血壓大鼠模型中，大蒜以100 mg/kg劑量連續(xù)30 d灌胃給藥，可預(yù)防分離的大鼠肺動脈中由內(nèi)皮素1引起的急性低氧性肺血管收縮。在地塞米松性高血壓大鼠口服大蒜素實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)大蒜素具有強(qiáng)大的血管舒張活性和K+通道開放活性，能導(dǎo)致血管舒張，從而發(fā)揮抗高血壓作用[22]。大蒜中的有機(jī)硫化物能影響NO氧化還原信號通路的調(diào)節(jié)，同時刺激內(nèi)皮收縮因子和松弛因子，控制一氧化氮（NO）介導(dǎo)的血管舒張和血壓降低，通過酶促和非酶促途徑刺激H2S的產(chǎn)生，增強(qiáng)內(nèi)皮NO的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致平滑肌細(xì)胞松弛，促進(jìn)血管舒張和血壓降低[23]。在澳大利亞進(jìn)行的大蒜治療高血壓的隨機(jī)雙盲實(shí)驗(yàn)表明，陳年大蒜提取物（大蒜素為主要成分）降血壓效果明顯，能顯著降低高血壓患者的血壓。

2.3 降血脂

大量動物模型實(shí)驗(yàn)表明大蒜中的硫化物能顯著降低血液中總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平，升高高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平[24]。3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶是膽固醇合成的限速酶，該酶活力與體內(nèi)膽固醇的合成量呈正相關(guān)。研究表明，大蒜素與蒜氨酸均能通過降低HMG-CoA還原酶的活性，降低膽固醇的合成[25]。大蒜中的有機(jī)硫化物（主要為大蒜辣素、蒜氨酸、大蒜新素）能抑制在脂肪酸合成中起調(diào)節(jié)作用的脂肪酸合成酶和乙酰輔酶A羧化酶的活性，減少肝臟中脂肪酸的合成[26]。此外，大蒜可通過刺激酸性和中性類固醇的排泄，或通過降低肝細(xì)胞內(nèi)脂肪酸合成酶、3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶、蘋果酸和葡萄糖-6磷酸脫氫酶的成脂作用來降低膽固醇水平[27]。

臨床實(shí)驗(yàn)中通過隨機(jī)雙盲安慰劑對照研究，發(fā)現(xiàn)長期服用大蒜粉能顯著降低血液中的總膽固醇含量及LDL-C含量。健康受試者每日口服900 mg的干蒜粉，血小板聚集顯著減少。同時，食用陳化大蒜提取物后，血小板聚集顯著減少，血栓素B2循環(huán)水平也顯著降低[20]。但另一項(xiàng)臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，連續(xù)4周每天服用300 mg的大蒜素，雖然能降低TC、TG和LDL-C水平，但HDL-C含量升高。也有研究[28]發(fā)現(xiàn)，伴有血脂異常的糖尿病患者如果每天服用600 mg大蒜片（主要成分為大蒜素），持續(xù)12周，可導(dǎo)致HDL、LDL和TC水平升高。研究者認(rèn)為，這些不同的結(jié)果是由于大蒜制劑的組成、每種制劑中硫化物含量的不同所導(dǎo)致的。

此外，大蒜在抑制血栓形成及血小板黏附或聚集方面顯示出重要作用。據(jù)報道，大蒜硫化物通過抑制血小板糖蛋白（GP）IIb / IIIa受體和增加環(huán)腺苷酸（cAMP）來阻止二磷酸腺苷（ADP）活化的血小板與固定的纖維蛋白原結(jié)合[29]。此外，據(jù)報道大蒜可降低血漿黏度，降低不穩(wěn)定型心絞痛和周圍動脈閉塞性疾病的風(fēng)險，并增加血管的彈性[30]。因此，大蒜在高血脂的臨床治療中常被作為輔助藥物使用[31]。

2.4 抗腫瘤

早在1960年就有研究表明，大蒜素溶液能殺死腫瘤細(xì)胞。有研究表明，DAS和DADS能抑制人神經(jīng)母細(xì)胞瘤SH-SY5Y細(xì)胞的抗凋亡因子，并激活鈣蛋白酶和內(nèi)在胱天蛋白酶級聯(lián)反應(yīng)，降低B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2蛋白（Bcl-2）、凋亡抑制蛋白BIRC-3和NF-κB等抗凋亡蛋白的表達(dá)而誘導(dǎo)SHSY5Y細(xì)胞凋亡[32]。通過體外實(shí)驗(yàn)，對比23種常見的蔬菜與水果提取物，發(fā)現(xiàn)生大蒜提取物（大蒜素、蒜氨酸等為主要活性成分）對多數(shù)癌細(xì)胞都有很好的滅殺作用[33]。蒜氨酸與蒜氨酸酶能通過結(jié)合特定的標(biāo)記物，在靶向位點(diǎn)共同作用，從而逆轉(zhuǎn)基因沉默并抑制癌細(xì)胞生長，提供一種新的癌癥治療策略[34]。此外，Zhang等[35]發(fā)現(xiàn)大蒜素可通過激活p38信號通路和天冬氨酸蛋白水解酶3（caspase 3）的羥基化實(shí)現(xiàn)抑制胃腸道癌細(xì)胞MGC 803的增殖和誘導(dǎo)凋亡。還有研究表明，大蒜素衍生的聚砜可靶向作用于微管蛋白，從而導(dǎo)致細(xì)胞周期中斷，抑制細(xì)胞增殖，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[36]。值得注意的是，持續(xù)攝入大蒜可減少如肺癌、結(jié)腸癌、胃癌、乳腺癌和前列腺癌等各種癌癥的擴(kuò)散。大蒜素可通過激活Wnt/β-連環(huán)蛋白（Wnt/β-catenin）長信號通路，抑制A549肺癌細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，有效抑制小鼠腫瘤生長和肺部轉(zhuǎn)移[37]。還有研究表明，大蒜素能下調(diào)子宮內(nèi)膜癌荷瘤小鼠腫瘤組織中Toll 樣受體4（TLR4）、髓樣分化因子88（MyD88）mRNA及蛋白的表達(dá)，從而抑制子宮內(nèi)膜癌荷瘤小鼠的腫瘤增長[38]。DATS對肝癌HepG2細(xì)胞可能通過Bcl2相關(guān)X蛋白（Bax）/B淋巴細(xì)胞瘤2基因（Bcl-2）通路、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）通路和AMP依賴的蛋白激酶（AMPK）/沉默信息調(diào)節(jié)因子1（SIRT1）通路來發(fā)揮抑制作用[39]。

大蒜素與順鉑或卡鉑聯(lián)合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[40]，大蒜素能抑制甲狀腺未分化癌細(xì)胞株SW1736和甲狀腺癌細(xì)胞株HTh-7的生長，并能顯著提高SW1736和HTh-7的細(xì)胞自噬。Western blot分析表明，大蒜素處理抑制了蛋白激酶B（Akt）、哺乳動物雷帕霉素靶點(diǎn)的激活，能輔助治療甲狀腺癌。有研究發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸癌細(xì)胞株HCT-116中，大蒜素能降低細(xì)胞內(nèi)GSH水平，使Nrf2被激活[41]。Nrf2已被證實(shí)是解毒酶、抗氧化蛋白和GSH生成酶的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。在氧化應(yīng)激條件下，Nrf2被激活并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，反式激活其靶基因，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

3 不良反應(yīng)及毒性

雖然普遍認(rèn)為大蒜對人類是安全的，但某些敏感人群攝入高劑量的大蒜時，會引起某些不良反應(yīng)?？崭箶z入大劑量生大蒜可引起腸道菌群變化、腸胃氣脹和胃腸道紊亂。此外，局部使用生大蒜可觀察到水泡、皮炎和燒傷[42]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，長時間攝入高劑量的生大蒜會導(dǎo)致體重下降和紅細(xì)胞溶解性貧血。此外，長期每天服用50 mg大蒜粉會通過抑制大鼠精子發(fā)生產(chǎn)生抗雄激素作用，導(dǎo)致精囊、睪丸和附睪中唾液酸濃度降低，并降低間質(zhì)細(xì)胞功能[43]。大蒜中硫化物的主要毒理學(xué)機(jī)制是氧化溶血作用，其特征是紅細(xì)胞高鐵血紅蛋白血癥的發(fā)生和海因茨體的形成。最初觀察到的一些臨床癥狀包括抑郁、嘔吐、食欲不振、腹痛、腹瀉，及與黏膜蒼白相關(guān)的貧血、黃疸、心率和呼吸頻率加快、虛弱和血紅蛋白尿[44]。臨床研究表明，低劑量的大蒜是安全的，而治療性劑量可能會導(dǎo)致輕度胃腸道紊亂，而高劑量的大蒜則會導(dǎo)致肝臟損傷[29,44]。大蒜素是一種膜透性化合物，可很容易地進(jìn)入細(xì)胞，并與細(xì)胞中的含巰基化合物如GSH或蛋白質(zhì)中的半胱氨酸殘基及含活性半胱氨酸的酶相互作用，可能導(dǎo)致大蒜素出現(xiàn)細(xì)胞毒性。

4 研究方向與前景

大蒜作為藥食同源物質(zhì)之一，具有悠久的使用歷史。大蒜中的有機(jī)硫化物具有多種藥理活性，有關(guān)于其抗腫瘤作用及治療心血管疾病的研究較多；研究亦表明其具有較好的抗氧化作用。臨床應(yīng)用中，大蒜素等硫化物對高血壓、高血脂等心血管疾病具有良好的治療作用。隨著大蒜制劑的不斷研究和開發(fā)，大蒜素的抗腫瘤作用在臨床中的應(yīng)用日益廣泛，但其具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。隨著科學(xué)技術(shù)手段的進(jìn)步與發(fā)展，對大蒜中有機(jī)硫化物的研究取得了快速進(jìn)展，但其藥理活性、作用機(jī)制等研究都不夠系統(tǒng)和全面。其較大的刺激性氣味及多種硫化物結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性是較大的阻礙，是應(yīng)用中亟需解決的重要問題。