多酚對(duì)食源性晚期糖基化終末產(chǎn)物及其誘導(dǎo)的相關(guān)疾病的抑制作用研究進(jìn)展

孔盈斐，梁迎崗，熊前進(jìn)，歐陽宇，馮瑩娜，吳 茜,*

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 發(fā)酵工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北省工業(yè)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，細(xì)胞調(diào)控與分子藥物“111”引智基地，湖北 武漢 430068；2.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430000）

美拉德反應(yīng)廣泛存在于食品加工和儲(chǔ)存過程中，使羰基化合物和氨基化合物發(fā)生氧化、環(huán)化、脫水、縮合等反應(yīng)，生成晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）等一系列產(chǎn)物。AGEs通常以蛋白質(zhì)結(jié)合形式和自由形式存在，對(duì)生物體結(jié)構(gòu)和功能造成損害。天然產(chǎn)物多酚具有抗氧化、抗炎和抗菌等多種特性，能抑制AGEs在食品加工過程中形成和在胃腸道消化吸收，并抑制AGEs誘導(dǎo)疾病。

1 AGEs概述

1.1 AGEs定義

AGEs是糖的酮或醛基與蛋白質(zhì)氨基之間發(fā)生非酶促糖化反應(yīng)而形成的一組化合物，可以通過糖與蛋白在37 ℃條件下內(nèi)源性形成，也可能在食品加工過程中形成。AGEs會(huì)導(dǎo)致生物體結(jié)構(gòu)和功能受到損害。甘油醛是葡萄糖和果糖的一種代謝中間體，其與蛋白質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的AGEs具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性，被稱為有毒AGEs。常見的AGEs包括N-羧甲基賴氨酸（N-carboxymethyllysine，CML）、N-羧乙基賴氨酸（N-carboxyethyllysine，CEL）、甲基乙二醛衍生的氫咪唑酮-1（N-(5-hydro-5-methyl-4-imidazolon-2-yl)-ornithine，MG-H1）和吡咯林。通常通過MG-H1和CML對(duì)體系中的AGEs進(jìn)行定量。

1.2 AGEs的形成

AGEs由還原糖的羰基部分與蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸或者脂質(zhì)的游離氨基經(jīng)過縮合、重排、裂解、氧化等修飾得到。AGEs的形成途徑主要有3種：1）美拉德反應(yīng)；2）葡萄糖的自動(dòng)氧化和脂質(zhì)過氧化；3）多元醇降解。

美拉德反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)，有多個(gè)并行和連續(xù)的步驟。在初始階段，羰基與氨基酸或蛋白質(zhì)上的氨基部分縮合，從而形成席夫堿（Schiff base）。在這一階段之后，席夫堿在中間階段重新排列為Amadori產(chǎn)物，這些分子被片段化或修飾為活性-羰基醛。Amadori產(chǎn)物不穩(wěn)定，其由于高度不飽和而容易聚合，在最后階段發(fā)生氧化、脫水、烯醇化、環(huán)化和碎裂等反應(yīng)形成AGEs。

AGEs形成的第二個(gè)途徑是葡萄糖的自動(dòng)氧化和脂質(zhì)過氧化形成二羰基化合物。這些二羰基化合物主要是活性-羰基醛，如乙二醛（gloxal，GO）、甲基乙二醛（methylglyoxal，MGO）和3-脫氧葡萄糖苷（3-deoxyglucosone，3-DG），它們與一元酸反應(yīng)生成AGEs。

多元醇降解產(chǎn)生-羰基醛是形成AGEs的主要因素，該過程是由于葡萄糖被醛糖還原酶轉(zhuǎn)化成山梨醇，山梨醇經(jīng)山梨醇脫氫酶催化形成果糖。果糖代謝物（3-磷酸果糖）可降解為活性-羰基醛，其再與一元酸反應(yīng)形成AGEs。AGEs的形成途徑如圖1所示。

圖1 AGEs的形成途徑[1,9-13]Fig. 1 Formation pathways of AGEs[1,9-13]

1.3 AGEs分類

AGEs一般可以被分為熒光性AGEs和非熒光性AGEs。熒光性AGEs包括甲基乙二醛賴氨酸二聚體、戊糖素、甲基乙二醛衍生的氫咪唑酮和交聯(lián)素等，非熒光性AGEs包括CML和CEL等；AGEs也可以分為熒光交聯(lián)化合物（如戊糖苷）、非熒光交聯(lián)產(chǎn)物（如甲基乙二醛賴氨酸二聚體）以及非熒光、非交聯(lián)加合物（如吡咯素）。AGEs還可以根據(jù)分子質(zhì)量分為低分子質(zhì)量AGEs和高分子質(zhì)量AGEs。低分子質(zhì)量AGEs由4個(gè)分子質(zhì)量高達(dá)1 kDa的鏈環(huán)組成；高分子質(zhì)量AGEs的分子質(zhì)量達(dá)150 kDa，具有水溶性和顏色。AGEs還可以根據(jù)來源分為內(nèi)源性AGEs和食源性AGEs：內(nèi)源性AGEs是由體內(nèi)的還原糖與含氨基團(tuán)反應(yīng)生成，反應(yīng)條件相對(duì)溫和、周期長(zhǎng)；食源性AGEs是通過膳食帶入人體內(nèi)。食源性AGEs來源于食品組分中的還原糖和含氨基團(tuán)發(fā)生的美拉德反應(yīng)，生成過程為非酶促反應(yīng)，條件相對(duì)劇烈、生成時(shí)間短。食源性AGEs可以在人體內(nèi)積聚，對(duì)人體有很大的危害，因此應(yīng)該加以重視。此外，還能根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的衍生特性或者是否具有毒性對(duì)AGEs進(jìn)行分類。

1.4 AGEs的危害

AGEs是一種促進(jìn)宿主細(xì)胞死亡和器官損傷的強(qiáng)毒性分子，如圖2所示，其在各種組織的細(xì)胞外基質(zhì)中積累，不僅會(huì)導(dǎo)致糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生或發(fā)展，還會(huì)導(dǎo)致許多疾病的病理生理學(xué)進(jìn)展。AGEs通過增加細(xì)胞內(nèi)活性氧水平，破壞線粒體膜勢(shì)能，從而誘導(dǎo)腎小球系膜細(xì)胞線粒體途徑凋亡。此外，其能夠與晚期糖基化終未產(chǎn)物受體（receptor for advanced glycation end products，RAGE）結(jié)合激活下游信號(hào)通路，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，激活一系列促炎癥途徑，最終導(dǎo)致糖尿病和癌癥。AGEs還通過交聯(lián)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外蛋白質(zhì)對(duì)細(xì)胞功能產(chǎn)生不良影響，從而引發(fā)各種疾病，如關(guān)節(jié)炎、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥、糖尿病和心血管疾病。AGEs還能通過多種機(jī)制參與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展，如促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的自分泌、誘導(dǎo)病理性新生血管形成、參與斑塊的出血、加速組織因子的產(chǎn)生、激活凝血系統(tǒng)、促進(jìn)血栓形成等。

圖2 AGEs與疾病之間的關(guān)系[27-29]Fig. 2 Relationship between AGEs and diseases[27-29]

1.5 抑制AGEs形成的途徑

AGEs的形成有多個(gè)步驟，阻斷其合成中的任一步驟都可以達(dá)到抑制AGEs形成的效果，綜合來說，可以從以下幾個(gè)方面抑制AGEs的形成。1）減少自由基產(chǎn)生：美拉德反應(yīng)的早期伴隨著大量自由基的產(chǎn)生；此外，席夫堿容易被氧化產(chǎn)生自由基和活潑的羰基；因此，在糖基化早期，通過捕獲自由基以減少氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少反應(yīng)性羰基和二羰基的產(chǎn)生，可以減少AGEs產(chǎn)生。2）阻斷還原糖的羰基與蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸或者脂質(zhì)的游離氨基發(fā)生反應(yīng)從而減少AGEs產(chǎn)生。3）阻止AGEs交聯(lián)。4）通過金屬離子螯合作用抑制AGEs產(chǎn)生。5）阻斷AGEs與RAGE結(jié)合，從而抑制隨后的氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥的發(fā)展。

一般而言，AGEs抑制劑的潛在抑制機(jī)制主要是通過阻斷糖與蛋白質(zhì)的接觸，捕獲或清除部分糖化過程中產(chǎn)生的-二羰基化合物、自由基以及含氮物質(zhì)等中間體來減弱糖氧化和氧化應(yīng)激，從而阻斷AGEs交聯(lián)。有效的AGEs抑制劑可以延緩AGEs的形成和積累，從而抑制疾病的發(fā)生。氨基胍通過清除-二羰基化合物的方式抑制AGEs的形成。阿拉氯胺（alagebrium chloride，ALT）-711、ALT-462、ALT-486和ALT-946抑制劑等可以通過破壞AGEs交聯(lián)來有效減輕AGEs所誘導(dǎo)病理病變的嚴(yán)重程度，并改善糖尿病相關(guān)心肌病和腎病。吡哆胺與氨基胍作用原理相似，通過捕獲-二羰基化合物能夠有效地抑制抗原性AGEs的形成。盡管它們有很好的抑制糖基化的效果，但是同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的毒副作用。天然產(chǎn)物中存在許多具有抗氧化特性的多酚可以抑制AGEs。因此，無毒副作用的天然植物抑制劑逐漸被重視。

2 自然界中的多酚

2.1 多酚定義

多酚屬于一類廣泛的化學(xué)物質(zhì)，化學(xué)結(jié)構(gòu)上一般具有至少一個(gè)芳香環(huán)和一個(gè)或多個(gè)羥基，但這類天然產(chǎn)物的種類和結(jié)構(gòu)是高度多樣化的，包含酚類化合物的幾個(gè)亞類。植物多酚廣泛分布于植物界，通常存在于草藥和水果的根、莖、葉、花及果實(shí)中，是一類植物中含量最高的次生代謝產(chǎn)物。酚類化合物以自由形式存在，或與糖、酸和其他溶于水或不溶于水的生物分子結(jié)合。

2.2 多酚的種類

多酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣、分布廣泛，因此有不同的分類方法。多酚類化合物可以通過來源、生物功能和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，本文根據(jù)苷元的化學(xué)結(jié)構(gòu)將多酚類化合物分為酚酸類、類黃酮類和其他。多酚化合物的羥基數(shù)目和位置決定了多酚的類型。

2.2.1 酚酸

酚酸是一種具有羧酸官能團(tuán)的酚，其根據(jù)碳骨架的不同可以分為兩大類：羥基肉桂酸和羥基苯甲酸。羥基肉桂酸比羥基苯甲酸更常見。根據(jù)羥基苯甲酸和羥基肉桂酸芳香環(huán)上羥基的位置分類，主要的羥基苯甲酸有原兒茶素、沒食子酸；主要的羥基肉桂酸有阿魏酸和咖啡酸。

2.2.2 類黃酮類

大多數(shù)類黃酮類多酚的兩個(gè)芳香環(huán)通過雜環(huán)連接，根據(jù)雜環(huán)與芳香環(huán)的連接位置和雜環(huán)的不飽和程度，將其分為異黃酮、查耳酮、黃酮、黃酮醇、黃烷酮、二氫黃酮醇、黃烷醇、花青素。類黃酮是水果和蔬菜中最常見的酚類化合物之一，其在植物基質(zhì)中的含量取決于土壤氣候條件、生長(zhǎng)條件和成熟程度等多種因素。

2.2.2.1 異黃酮

異黃酮在豆科植物中存在較為廣泛。豆類是飲食中的主要部分，因此異黃酮對(duì)人體健康具有重要作用。異黃酮是具有雌激素特性的生物活性化合物，通常被稱為植物雌激素，主要代表成分有染料木素、大豆苷元和大豆黃素。

2.2.2.2 黃酮、黃酮醇、查耳酮和黃烷酮

在整個(gè)植物界中，黃酮、黃酮醇、查耳酮和黃烷酮這些類黃酮亞組最常見且?guī)缀鯚o處不在。芹黃素和木犀草素屬于黃酮類；黃酮醇存在于洋蔥、蘋果、柿子、藏紅花、漿果、西蘭花、生菜等中，楊梅素、槲皮素和山柰酚是其主要的代表性物質(zhì)；查耳酮的代表物質(zhì)是根皮素；黃烷酮的主要代表物質(zhì)是柚皮素。

2.2.2.3 黃烷醇和原花色素

黃烷醇通常被稱為兒茶素，包含4個(gè)可能的非對(duì)映異構(gòu)體。兒茶素是具有反式構(gòu)型的異構(gòu)體，而表兒茶素是具有順式構(gòu)型的異構(gòu)體。兒茶素和表兒茶素分別具有兩個(gè)立體異構(gòu)體，即(+)-兒茶素和(-)-兒茶素、(+)-表兒茶素和(-)-表兒茶素。(+)-兒茶素和(-)-表兒茶素是常見于食用植物中的兩種異構(gòu)體。黃烷醇存在于許多水果中，尤其在葡萄、蘋果和藍(lán)莓的皮中常見。原花色素由數(shù)量不同的兒茶素或表兒茶素結(jié)合而成，將聚合度大于5的稱為高聚體。在各類原花色素中，低聚體分布更廣，具有更強(qiáng)的抗氧化和清除自由基活性。

2.2.2.4 花青素

花青素是來自類黃酮家族的天然植物色素，賦予水果、蔬菜和其他食物五顏六色的外觀，是大多數(shù)花瓣、水果和蔬菜中的主要呈色成分。植物中的花青素主要以糖苷形式存在，通常被稱為花色素苷。花色素苷的顏色取決于pH值，酸性時(shí)為紅色，堿性條件下為藍(lán)色，但是羥基化程度或甲基化模式以及糖基化模式也會(huì)影響花色苷化合物的顏色?；ㄇ嗨卦谒嵝匀芤褐谢瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

2.2.3 其他多酚

在食品中還發(fā)現(xiàn)了其他多酚，它們對(duì)人體健康也至關(guān)重要。白藜蘆醇是葡萄和紅酒中所獨(dú)有的。鞣花酸及其衍生物存在于漿果以及不同堅(jiān)果的皮中。木質(zhì)素以結(jié)合形式存在于亞麻、芝麻和許多谷物中。姜黃素是姜黃中的強(qiáng)抗氧化劑成分。迷迭香酸是咖啡酸的二聚體，鞣花酸是沒食子酸的二聚體。

對(duì)多酚的分類和代表性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的總結(jié)見表1。

表1 多酚的分類及代表性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)[40]Table 1 Classification of polyphenols and structures of its representative substances[40]

續(xù)表1

2.3 多酚的生物活性

膳食中的多酚對(duì)人類健康有十分重要的作用。水果、蔬菜和谷物含有豐富的多酚，這些多酚具有抗氧化、抗癌、抗炎、抗病毒等性質(zhì)，可降低患癌癥、心血管疾病等許多慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)治療多種人類疾病有著重要應(yīng)用價(jià)值。

2.3.1 抗氧化

自由基是細(xì)胞呼吸和正常代謝產(chǎn)生的高度活躍的分子，主要包括超氧陰離子自由基、羥自由基等。因?yàn)樽杂苫幸粋€(gè)不成對(duì)的電子，需要得到一個(gè)電子達(dá)到穩(wěn)定，所以呈現(xiàn)強(qiáng)氧化性。自由基可對(duì)生物分子造成氧化損傷，導(dǎo)致各種疾病，包括動(dòng)脈粥樣硬化、衰老和癌癥等。多酚在與自由基反應(yīng)時(shí)可以提供氫原子，氫原子的電子與自由基所帶的電子組成一對(duì)，然后與自由基反應(yīng)生成穩(wěn)定物質(zhì)。因此，多酚可以作為抗氧化劑將體內(nèi)的自由基還原為穩(wěn)定的物質(zhì)，從而抑制或緩解各類疾病的發(fā)生。酚類化合物清除自由基可以通過質(zhì)子偶聯(lián)電子轉(zhuǎn)移（proton coupled-electron transfer/hydrogen atom transfer，PC-ET/HAT）、電子轉(zhuǎn)移-質(zhì)子轉(zhuǎn)移（electron transfer-proton transfer，ET-PT）和質(zhì)子損失電子轉(zhuǎn)移（sequential proton loss electron transfer，SPLET）3種化學(xué)途徑。如圖3所示，PC-ET/HAT機(jī)制（機(jī)制一）是通過向自由基（R·）快速提供氫負(fù)離子（H）來進(jìn)行的。當(dāng)多酚發(fā)生解離形成芳氧陰離子（ArO）時(shí)，就會(huì)發(fā)生SPLET機(jī)制（機(jī)制二）。ArO與自由基（R·）結(jié)合產(chǎn)生自由基負(fù)離子（R），自由基負(fù)離子（R）在反應(yīng)的最后階段被質(zhì)子化（RH）。在ET-PT機(jī)制（機(jī)制三）中，電子從多酚轉(zhuǎn)移到自由基（R·）形成自由基負(fù)離子（R）和具有抗氧化作用的陽離子自由基（ArOH·），ArOH·發(fā)生脫質(zhì)子化形成ArO·，氫正離子（H）被轉(zhuǎn)移到自由基負(fù)離子（R）形成RH。酚類抗氧化劑與自由基的反應(yīng)主要是PC-ET和SPLET機(jī)制的結(jié)合。

圖3 多酚抗氧化機(jī)制[35]Fig. 3 Antioxidant mechanism of polyphenols[35]

除了直接清除自由基外，多酚還通過調(diào)節(jié)不同類型氧化酶和抗氧化酶的活性來保護(hù)身體免受氧化損傷。多酚可以抑制黃嘌呤氧化酶、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、脂氧化酶、環(huán)氧化酶等活性，以減少氧自由基的產(chǎn)生。此外，多酚通過調(diào)節(jié)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等抗氧化酶的表達(dá)，減輕線粒體氧化損傷造成的結(jié)構(gòu)和功能損傷。谷胱甘肽還原酶是將谷胱甘肽從氧化態(tài)還原為還原態(tài)的關(guān)鍵酶。谷氨酰半胱氨酸合成酶是合成谷胱甘肽的限速酶。多酚可以通過提高這兩種酶的活性確保持續(xù)清除氧自由基。

多酚抗氧化能力與酚類的還原特性呈正相關(guān)，而多酚氧化還原特性取決于多酚的空間結(jié)構(gòu)和羥基化程度。多酚作為自由基清除劑，能夠通過有效阻止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，消除自由基得電子的能力，避免新的自由基形成。在沒有嚴(yán)重變質(zhì)的油中加入酚類抗氧化劑，可有效延長(zhǎng)脂質(zhì)氧化的誘導(dǎo)期。因此，在食品加工和儲(chǔ)存期間可以通過加入多酚從而最大限度地防止食品氧化。

2.3.2 抗炎

炎癥是組織對(duì)細(xì)胞損傷、刺激、病原體入侵的保護(hù)反應(yīng)，也是清除受損和壞死細(xì)胞的機(jī)制。在正常生理?xiàng)l件下，短時(shí)間的急性炎癥幾乎不對(duì)組織產(chǎn)生損傷。然而，如果炎癥持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，就會(huì)發(fā)生慢性炎癥。慢性炎癥是癌癥、阿爾茨海默病、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、糖尿病、關(guān)節(jié)炎、自身免疫性疾病和肺部疾病等慢性疾病的主要誘因。多酚攝入量（以總多酚排泄量衡量）的增加可使炎癥標(biāo)志物（如白細(xì)胞介素（interleukin，IL）和腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）等）濃度降低。多酚的抗炎機(jī)理如圖4所示。

圖4 多酚的抗炎作用[48]Fig. 4 Anti-inflammatory effect of polyphenols[48]

2.3.3 抗菌

許多酚類化合物的抗菌活性與羥基官能團(tuán)的存在有關(guān)。多酚的羥基是一價(jià)陽離子的穿膜載體，通過氫鍵與細(xì)菌的細(xì)胞膜相互作用，將H帶入細(xì)胞質(zhì)并將K運(yùn)出。K在外流過程中消耗能量，影響細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸，及細(xì)胞膜的通透性和穩(wěn)定性。同時(shí)多酚能使細(xì)菌形成細(xì)胞質(zhì)顆粒，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜破裂，造成細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外泄和微生物死亡。多酚與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁剛性和完整性被破壞。除了受化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的影響外，抗菌活性還受多酚親脂性的影響。多酚還可能通過抑制細(xì)菌能量代謝和DNA合成來抗菌，如兒茶素可以通過抑制DNA回旋酶活性發(fā)揮抗菌作用。多酚發(fā)揮抗菌性的機(jī)理如圖5所示。

圖5 多酚的抗菌作用機(jī)理[51]Fig. 5 Antibacterial mechanism of polyphenols[51]

3 多酚在食品加工過程中減少AGEs產(chǎn)生的途徑

食品熱加工時(shí)會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生的AGEs給人類健康帶來潛在危害。多酚在食品加工模擬體系中（葡萄糖/麥芽糖和賴氨酸模擬體系）與羰基形成加合物清除系統(tǒng)中的自由基，并通過抑制淀粉水解酶活性的方式抑制中間產(chǎn)物MGO和GO生成，從而減少AGEs產(chǎn)生。因此，將多酚加入到熱加工食品中可以減少AGEs形成，從而減少對(duì)人體的危害。

通過化學(xué)模型，研究人員發(fā)現(xiàn)兒茶素能有效抑制丙烯酰胺的形成，0.1 mol/L pH 6.8磷酸緩沖液中兒茶素添加量達(dá)到109 mol/L時(shí)對(duì)AGEs抑制率最高；槲皮素在葡萄糖/賴氨酸美拉德反應(yīng)模型系統(tǒng)中能有效抑制GO和MGO的形成；將土豆片浸泡在葡萄皮多酚提取物溶液中60 min，丙烯酰胺濃度下降60.3%；葡萄籽提取物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%原花青素）能以劑量依賴性的方式降低面包中的CML含量，在面包中添加1.2 g/kg和2 g/kg會(huì)分別導(dǎo)致面包皮中CML含量降低30%以上和50%以上。劉慧琳等將多酚類化合物添加到餅干中，發(fā)現(xiàn)表沒食子兒茶素沒食子酸酯、白藜蘆醇和原花青素通過捕獲活性二羧基化合物抑制CML生成，抑制率最高可分別達(dá)到（0.280±0.007）%和（0.830±0.073）%。劉玲等建立了葡萄糖和牛血清白蛋白的70 ℃反應(yīng)體系，發(fā)現(xiàn)在食品加工過程中多酚可以抑制中間產(chǎn)物乙二醛等形成，從而抑制熒光性交聯(lián)AGEs產(chǎn)生。多酚是一種生物活性化合物，也是一種抗氧化劑，能夠減輕細(xì)胞的氧化損傷。食品和飲料中加入多酚可以調(diào)節(jié)代謝過程和細(xì)胞信號(hào)通路，保護(hù)細(xì)胞免受應(yīng)激損傷。食品加工過程中多酚抑制AGEs產(chǎn)生的途徑如圖6所示。

圖6 食品加工過程中多酚抑制AGEs產(chǎn)生的途徑Fig. 6 Mechanism by which polyphenols inhibit AGEs production in food processing

4 多酚在體內(nèi)減弱AGEs毒性的方式

4.1 經(jīng)消化吸收

蛋白-AGEs攝入體內(nèi)經(jīng)消化道酶催化分解為寡肽-AGEs，一部分AGEs通過肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（peptide transporter 1，PepT1）識(shí)別、細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)、胞吞作用和被動(dòng)擴(kuò)散的方式被小腸吸收。沒有被吸收的部分被運(yùn)送至結(jié)腸，經(jīng)微生物代謝后排出體外。攝入體內(nèi)的AGEs中20%～50%通過糞便排出體外。在體內(nèi)積累的AGEs會(huì)引起糖尿病、心血管疾病和神經(jīng)退行性疾病等多種疾病。AGEs在體內(nèi)的消化吸收途徑如圖7所示。

圖7 AGEs在體內(nèi)的消化吸收途徑[57]Fig. 7 Pathways of digestion and absorption of AGEs[57]

AGEs在胃腸道消化吸收過程中，多酚可以減輕其對(duì)人體的多種傷害。單體結(jié)構(gòu)的多酚和低聚合度的多酚可以被小腸吸收，高分子質(zhì)量和高極性結(jié)構(gòu)的多酚不被吸收從而進(jìn)入結(jié)腸。腸道酶或結(jié)腸菌群可以使多酚水解轉(zhuǎn)化為苷元從而被吸收。多酚類化合物與結(jié)腸微生物相互作用被代謝，代謝物進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。如表沒食子兒茶素沒食子酸酯被結(jié)腸微生物轉(zhuǎn)化為苷元和沒食子酸酯，進(jìn)一步脫羧為鄰苯三酚。鄰苯三酚通過降低炎性巨噬細(xì)胞的分化水平來抑制單核細(xì)胞的遷移，降低胱天蛋白酶水平從而抑制單核細(xì)胞的死亡。多酚可以通過干擾PepT1從細(xì)胞質(zhì)向小腸刷狀緣膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方式降低細(xì)胞膜上PepT1的表達(dá)量，并通過催化蛋白質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化的蛋白激酶，上調(diào)緊密連接蛋白表達(dá)水平。同時(shí)，多酚可以通過共價(jià)或非共價(jià)作用與AGEs結(jié)合，影響其與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白之間的親和能力，從而減少人體對(duì)AGEs的吸收。

4.2 經(jīng)與腸道微生物相互作用

腸道微生物群可以利用轉(zhuǎn)化多酚，提高多酚的生物利用度和健康效應(yīng)。同時(shí)，多酚也可以調(diào)節(jié)腸道微生物的組成，有利于有益菌生長(zhǎng)、抑制病原菌生長(zhǎng)。AGEs可以提高脫硫弧菌和擬桿菌的豐度，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、免疫損傷、損害組織蛋白功能特性，進(jìn)一步導(dǎo)致慢性代謝性疾病。多酚與腸道微生物相互作用使厚壁菌豐度顯著下降，擬桿菌門豐度略有下降，從而減少疾病的發(fā)生。白藜蘆醇對(duì)腸炎沙門氏菌和大腸桿菌等細(xì)菌具有顯著的抗菌活性。兒茶素可改變微生物細(xì)胞膜的通透性，從而使細(xì)菌對(duì)抗生素的作用敏感。綠茶和紅茶中含有的兒茶素可以顯著促進(jìn)大腸桿菌生長(zhǎng)。腸道菌群可以直接影響大腦功能，也可以通過產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽來發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。如鏈球菌、大腸桿菌和腸球菌可以產(chǎn)生血清素，而嬰兒雙歧桿菌可以通過提高血漿色氨酸水平來調(diào)節(jié)中樞血清素傳遞。多酚可以調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，產(chǎn)生具有神經(jīng)保護(hù)作用的次級(jí)代謝產(chǎn)物。多酚和AGEs與腸道微生物之間的相互作用如圖8所示。

圖8 多酚和AGEs與腸道微生物相互作用Fig. 8 Polyphenols and AGEs interact with intestinal microflora

5 多酚抑制AGEs誘導(dǎo)的相關(guān)疾病機(jī)制

5.1 糖尿病

糖尿病是一種代謝性和炎癥性疾病，主要致病因素是能量代謝障礙。2型糖尿病主要表現(xiàn)為高血糖、胰島素抵抗和胰島功能受損。AGEs可通過以下途徑導(dǎo)致糖尿?。?）AGEs和RAGE之間的相互作用可激活NF-κB通路，促進(jìn)足細(xì)胞IL-6和TNF-α的表達(dá)，導(dǎo)致足細(xì)胞肥大、細(xì)胞周期阻滯和凋亡，從而導(dǎo)致糖尿病腎病發(fā)生；2）AGEs使ROS產(chǎn)生量增加，損害線粒體功能，使ATP生成量減少，機(jī)體內(nèi)能量供需失衡，從而誘發(fā)糖尿病；3）AGEs通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型重編程，促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為促炎M1表型，并抑制M2極化，增強(qiáng)MAPK信號(hào)通路，導(dǎo)致β細(xì)胞功能障礙。多酚通過多種途徑抑制糖尿病發(fā)生：1）多酚對(duì)脂肪酸誘導(dǎo)的胰島素抵抗具有有益作用，其可以抑制蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）激活，抑制絲氨酸（serine，Ser）307磷酸化，從而上調(diào)PI3K/Akt信號(hào)通路，促進(jìn)葡萄糖吸收；2）通過激活A(yù)MP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）胰島素抵抗；3）通過激活ERK1/2和p38 MAPK等激酶，抑制NF-κB和JNK的激活，從而改善胰島素抵抗和糖尿病并發(fā)癥。多酚抑制AGEs誘導(dǎo)糖尿病的機(jī)制如圖9所示。

圖9 多酚抑制AGEs誘導(dǎo)糖尿病的機(jī)制[13,28]Fig. 9 Mechanism by which polyphenols inhibit AGE-induced diabetes[13,28]

5.2 阿爾茨海默病

阿爾茨海默病是一種與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，是最常見的老年癡呆，臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知障礙，病理表現(xiàn)為老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)，可由ROS累積量增加和RAGE-MAPK-NF-κB信號(hào)通路過表達(dá)誘發(fā)。一方面，多酚通過抑制由AGEs激活的RAGE-MAPK-NF-κB信號(hào)通路來減少神經(jīng)元細(xì)胞死亡從而預(yù)防阿爾茨海默癥；另一方面，多酚具有抗氧化活性，可以清除由AGEs引起線粒體呼吸鏈活性增強(qiáng)所產(chǎn)生的過量ROS，調(diào)節(jié)PI3K/Akt信號(hào)通路，防止阿爾茨海默癥發(fā)生。多酚預(yù)防AGEs誘導(dǎo)阿爾茨海默癥的機(jī)制如圖10所示。

圖10 多酚預(yù)防AGEs誘導(dǎo)阿爾茨海默病的機(jī)制[15,27]Fig. 10 Mechanism by which polyphenols inhibit AGE-induced Alzheimer’s disease[15,27]

5.3 癌癥

AGEs與RAGE相互作用產(chǎn)生NADPH氧化酶，提高機(jī)體血腦屏障內(nèi)ROS的水平，激活NF-κB和PI3K/Akt通路，同時(shí)這些ROS刺激RAGE的持續(xù)表達(dá)，從而進(jìn)一步激活JAK/ERK1/2通路和NF-κB通路，使體內(nèi)維持較高的氧化水平，導(dǎo)致細(xì)胞因子分泌量升高，從而引發(fā)癌癥。多酚可以有效地捕獲二羰基化合物，減少細(xì)胞內(nèi)AGEs積累，調(diào)節(jié)信號(hào)通路，阻止NF-κB與DNA結(jié)合，抑制癌癥發(fā)生。同時(shí)，多酚還可以通過清除致癌物質(zhì)、促進(jìn)細(xì)胞凋亡和調(diào)節(jié)過氧化氫酶活性等方式抑制癌癥發(fā)生。多酚抑制AGEs誘導(dǎo)的癌癥機(jī)制如圖11所示。

圖11 多酚抑制AGEs誘導(dǎo)癌癥的機(jī)制[12]Fig. 11 Mechanism by which polyphenols inhibit AGE-induced cancer[12]

6 結(jié) 語

AGEs是糖的酮或醛基和蛋白質(zhì)的氨基發(fā)生非酶促糖化反應(yīng)形成的一組化合物，它們可以通過糖與蛋白內(nèi)源性形成，也可能在食品加工過程中形成被人體攝入。AGEs會(huì)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、免疫損傷、慢性炎癥、組織損傷，損害組織蛋白功能特性，進(jìn)一步導(dǎo)致慢性代謝性疾病。相對(duì)比氨基胍等抑制劑，天然植物多酚因其毒副作用小而受到人們的青睞。多酚具有抗氧化、抗炎和抗菌等生物活性，可以抑制AGEs產(chǎn)生并改善AGEs相關(guān)疾病。以往對(duì)多酚抑制AGEs生成的研究大多聚焦在食品加工過程中，但是在保證食品感官品質(zhì)前提下的食品加工過程會(huì)不可避免地生成大量AGEs，并隨膳食進(jìn)入體內(nèi)。膳食AGEs主要以蛋白作為載體，約96%蛋白-AGEs經(jīng)過消化道酶解后以寡肽-AGEs形式存在。寡肽-AGEs一旦被吸收，將通過體內(nèi)循環(huán)在器官組織累積，誘導(dǎo)潛在疾病發(fā)生。因此，未來研究中，以寡肽-AGEs為研究靶點(diǎn)，解析其吸收途徑，并在此基礎(chǔ)上利用多酚作為抑制劑，是解決AGEs潛在食品安全問題的關(guān)鍵。