黑米花青苷的功能研究進(jìn)展

孫澤，邵夢麗，陳思敏，胡穎俊，周寶龍，周佳，李新生，，鄭紅星，，祁珊珊，*

（1.陜西理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 漢中 723000；2.陜西省黑色有機(jī)食品工程技術(shù)研究中心，陜西 漢中 723000；3.陜西雙亞糧油工貿(mào)有限公司，陜西 漢中 723000）

黑米又稱血糯米或紫糯米，是中國古老而珍稀的稻米資源。與普通白米相比，黑米不僅含有豐富的膳食纖維、植物性蛋白質(zhì)、人體必需的多種氨基酸、維生素以及鐵、銅、鋅等礦物質(zhì)，還含有功能性成分——花青苷。黑米花青苷是從黑米的麩皮中提取出的天然黃酮類化合物，因其具有較強(qiáng)的抗氧化活性和清除自由基能力，在促進(jìn)人體健康方面顯現(xiàn)出了潛能，因此黑米花青苷的理化性質(zhì)和功能作用引起科研工作者的廣泛關(guān)注。本文主要綜述黑米花青苷在抗氧化、抗炎、降血脂、抗糖尿病并發(fā)癥、抗癌以及抗衰老等方面的藥理作用和功能，揭示其在功能食品、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用前景，為黑米花青苷在大健康產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用提供參考。

1 黑米花青苷的組分

黑米花青苷是黑米麩皮的提取物，主要以糖苷形式存在于植物中，其中的花青苷組分較單一，黑米花青苷主要組分有矢車菊素-3-O-葡萄糖苷、矢車菊素-3，5-二葡萄糖苷、矢車菊素-3-鼠李糖苷、天竺葵-3，5-二葡萄糖苷、芍藥素-3-葡萄糖苷、芍藥素-3-阿拉伯糖苷、錦葵素-3-半乳糖苷等8種，其中矢車菊素-3-O-葡萄糖苷占到了花青素總成分含量的95%以上[1]。有研究表明，采用鹽酸甲醇溶液超聲可高效提取黑米花青苷，可有效避免花青苷水解問題，且提取出的花青苷中矢車菊素-3-O-葡萄糖苷占到了樣品總含量的57.3%～74.5%[2]。

2 黑米花青苷的藥理學(xué)作用

2.1 抗氧化作用

石娟等[3]采用灌胃的方式喂養(yǎng)小鼠，分別設(shè)置低、中、高劑量組（50、100、200 mg/kg），喂養(yǎng)相應(yīng)濃度的黑米花青苷粗品，30 d后發(fā)現(xiàn)小鼠的脾和胸腺指數(shù)增加，肝臟、腎臟、心臟及血清中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、總抗氧化能力（total antioxidant capacity，T-AOC）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）活性顯著增加，丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量有所下降，氧自由基的清除能力明顯提高。李雯等[4]比較了黑米花青苷、西洋參皂苷、靈芝多糖以及二苯乙烯苷單一組分的抗氧化活性，結(jié)果表明黑米花青苷的抗氧化活性優(yōu)于西洋參皂苷、靈芝多糖以及二苯乙烯苷。梁引庫等[5]通過體外抗氧化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黑米花青苷對羥基自由基、超氧陰離子的抑制率和總抗氧化活性隨著其濃度的增大而增強(qiáng)。

2.2 降血脂作用

許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)黑米花青苷具有調(diào)節(jié)血脂的作用。張名位等[6]研究發(fā)現(xiàn)，給予高血脂大鼠黑米花青苷可以降低高脂血癥大鼠的血脂水平，改善體內(nèi)的氧化應(yīng)激狀態(tài)，并且發(fā)現(xiàn)黑米皮中的花色苷和不飽和脂肪酸是其發(fā)揮抗氧化和降血脂作用的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。徐惠龍[7]研究發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷能夠明顯降低血清總膽固醇（total cholesterol，TCHO）、甘油三酯（triglyceride，TG）、動(dòng)脈硬化指數(shù)（arteriosclerosis，AS）、載脂蛋白 B（apolipoprotein-B，ApoB）水平，增加高密度脂蛋白膽固醇（high density liptein cholesterol，H-DLC）、載脂蛋白AI（ApoA-Ⅰ）含量，并且與劑量呈正相關(guān)，表明黑米皮可明顯改善高脂血癥大鼠的脂代謝異常，具有調(diào)節(jié)高脂飲食引起的脂質(zhì)代謝紊亂的作用。WANG等[8]通過給予小鼠高脂高膽固醇飼料構(gòu)建高膽固醇模型小鼠，并每日給予黑米花青苷進(jìn)行治療，結(jié)果表明補(bǔ)充黑米花青苷可有效緩解小鼠體質(zhì)量、肝質(zhì)量、腎周脂肪質(zhì)量和附睪脂肪質(zhì)量的增加。卓學(xué)銘等[9]給高血脂小鼠飼喂黑米花青苷15周后，通過檢測總膽固醇（total cholesterol，TCHO）含量、低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）含量、高密度脂蛋白膽固醇（high density liptein cholesterol，H-DLC）含量、甘油三酯（triglyceride，TG）含量，研究花青苷的抗血脂作用，結(jié)果表明，黑米花青苷具有調(diào)節(jié)血脂的作用。Liu等[10]通過給予高膽固醇飼料建立高膽固醇模型，在飼料中加入黑米花青苷飼喂12周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑米花青苷可通過調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)水平，降低膽固醇在腸道中的吸收，促進(jìn)膽固醇在腸道中的反向轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，黑米飲食還可以修復(fù)因高膽固醇飲食而受損的腸道組織，增加腸道有益菌的比例。

2.3 抗糖尿病及其并發(fā)癥作用

2.3.1 降血糖作用

2019年中國患糖尿病人數(shù)約為1.16億人，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國已成為全球糖尿病患病人數(shù)最多的國家[11]。因此糖尿病的治療逐漸進(jìn)入人們的視野，通過膳食改善糖尿病癥狀更符合人們在日常生活中的需要。矢車菊素-3-O-葡萄糖苷是黑米花青苷中的重要活性單體，鄭紅星等[12]發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷中的矢車菊素-3-O-葡萄糖苷可降低糖尿病大鼠血糖，通過給予鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠矢車菊素-3-O-葡萄糖苷8周，可顯著降低糖尿病大鼠血糖，改善糖尿病大鼠“三多一少”，其降血糖作用與臨床一線藥物二甲雙胍無顯著性差異。厲成玲等[13]通過給予小鼠腹腔注射四氧嘧啶構(gòu)建糖尿病大鼠模型，并分組給予黑米提取物黑米多酚灌胃4周，發(fā)現(xiàn)黑米提取物對四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病小鼠血糖升高趨勢具有抑制作用。Bhuyan等[14]發(fā)現(xiàn)，黑米提取物中的矢車菊素-3-O-葡萄糖苷可有效與6-磷酸果糖轉(zhuǎn)氨酶結(jié)合，產(chǎn)生顯著的降血糖作用。

2.3.2 抗糖尿病性骨質(zhì)疏松癥作用

糖尿病性骨質(zhì)疏松癥（diabetic osteoporosis，DOP）是糖尿病并發(fā)癥之一，主要表現(xiàn)在骨量減少及骨骼微結(jié)構(gòu)破壞、骨骼脆性增加，骨折風(fēng)險(xiǎn)提高，致殘、致死率高[15]。祁珊珊等[16]通過鏈脲佐菌素注射法建立了糖尿病大鼠模型，并灌胃給予糖尿病大鼠黑米花青苷提取物給藥8周后發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷可增加糖尿病大鼠骨密度，降低血清骨周轉(zhuǎn)標(biāo)志物，高劑量組骨微結(jié)構(gòu)和破骨細(xì)胞數(shù)目恢復(fù)正常，同時(shí)黑米花青苷提取物可抑制糖尿病大鼠骨髓脂肪生成，治療組大鼠骨組織中成骨特異性轉(zhuǎn)錄因子（RUNX2）明顯升高。其他天然產(chǎn)物如杜仲總黃酮、番茄紅素等對糖尿病誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥也具有改善作用，其作用機(jī)制與黑米花青苷一致[17]。上述結(jié)果表明，黑米花青苷以及同類花青素提取物可以改善糖尿病引起的骨丟失，具有抗糖尿病性骨質(zhì)疏松癥的作用，其主要機(jī)制是通過抑制骨轉(zhuǎn)換、抑制骨髓脂肪生成、上調(diào)RUNX2表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。

2.3.3 抗糖尿病腎病作用

糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病的嚴(yán)重并發(fā)癥，約30%的糖尿病患者有腎病、蛋白尿等嚴(yán)重癥狀，最終發(fā)展為糖尿病腎病，是造成糖尿病患者死亡主要原因之一，53%的DN患者死于腎衰竭[18]。糖尿病腎病作為一種危害人類健康的慢性疾病，已成為一個(gè)重要的公共衛(wèi)生和社會問題。祁珊珊等[19]研究發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷的主要活性成分矢車菊素-3-O-葡萄糖苷可以修復(fù)糖尿病腎病引起的腎功能紊亂、腎足細(xì)胞損傷、抑制腎小球細(xì)胞外基質(zhì)聚集和腎纖維化，同時(shí)，在該研究中還比較了黑米矢車菊素-3-O-葡萄糖苷與臨床一線藥物賴諾普利在抗糖尿病腎病方面的功效，發(fā)現(xiàn)黑米矢車菊素-3-O-葡萄糖苷與賴諾普利在抗糖尿病腎病方面無顯著性差異。黑米花青苷抗糖尿病腎病的機(jī)制與其他天然產(chǎn)物如三七總皂苷抗糖尿病腎病的機(jī)制類似，均是通過抗氧化、抗炎、抑制腎臟纖維化來實(shí)現(xiàn)的。

2.3.4 抗糖尿病視網(wǎng)膜病變

糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）是一種具有特異性改變的眼底病變，是糖尿病性微血管病變中重要并發(fā)癥之一。在高糖狀態(tài)下，機(jī)體通過葡萄糖自氧化、多元醇途徑和蛋白質(zhì)糖化等過程產(chǎn)生氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)過氧化物過度表達(dá)，使抗氧化機(jī)制紊亂，引發(fā)視網(wǎng)膜細(xì)胞變性，導(dǎo)致視網(wǎng)膜損傷。祁珊珊等[20]用腹腔注射鏈脲佐菌素的方法構(gòu)建了糖尿病模型大鼠，并灌胃給予糖尿病大鼠黑米花青苷提取物200 mg/（kg·d），給藥8周后，通過病理組織學(xué)方法觀察了視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)及其形態(tài)計(jì)量學(xué)參數(shù)、超氧化物歧化酶活力、丙二醛含量變化，研究發(fā)現(xiàn)，與模型組比較，黑米花青苷給藥組大鼠視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)形態(tài)明顯好轉(zhuǎn)，視網(wǎng)膜內(nèi)界膜連續(xù)性較好，內(nèi)核層以及外核層細(xì)胞排列整齊，視網(wǎng)膜總厚度、內(nèi)核層厚、外核層厚度均較模型組顯著增厚，單位距離神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)目較模型組顯著增多，表明黑米花青苷具有改善糖尿病大鼠視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，改善糖尿病性視網(wǎng)膜病變的作用，同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)黑米花青苷可改善糖尿病大鼠的脂質(zhì)氧化。

2.4 抗炎作用

Zhao等[21]通過使用黑米花青苷提取物與迷迭香酸治療葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷與迷迭香酸混合治療對結(jié)腸炎疾病活動(dòng)指數(shù)、一氧化氮（Nitric Oxide，NO）含量、血清白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）的表達(dá)呈現(xiàn)很強(qiáng)的抑制作用，其中黑米花青苷提取物對結(jié)腸炎小鼠腸道組織的修復(fù)作用、腸道中NO含量、血清IL-6水平及IL-6和誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶（iNOS mRNA）表達(dá)的抑制作用強(qiáng)于迷迭香酸。結(jié)果表明，黑米花青苷提取物可用作治療人類炎癥性腸病的功能性食品或營養(yǎng)制品。Wu等[22]通過使用高脂飼料喂養(yǎng)小鼠構(gòu)建肥胖小鼠模型，并使用黑米花青苷給予治療，發(fā)現(xiàn)黑米花青苷治療組肝臟中 TNF-α、IL-6、核因子 κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）和一氧化氮合成酶（iNOS）基因的表達(dá)水平顯著降低，表明黑米花青苷可以減輕高脂飲食引起的肝臟炎癥。Tancharoen等[23]以5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)構(gòu)建口腔黏膜炎大鼠，用黑米花青苷治療1個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷通過抑制NF-κB信號通路活化，對5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的口腔黏膜炎具有良好的抗炎作用。

2.5 抑制腫瘤細(xì)胞增殖

疾病動(dòng)物模型的實(shí)驗(yàn)研究表明，長期膳食黑米產(chǎn)品或黑米提取物可以通過抑制腫瘤細(xì)胞磷酸化或其上游信號通路來防治某些類型的癌癥。Teng等[24]通過皮下注射小鼠乳腺癌細(xì)胞構(gòu)建腫瘤模型小鼠，在瘤內(nèi)注射50 μL黑米花青苷溶液（20 mg/mL），結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑米花青苷可以通過抑制上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變來提高局部熱療和轉(zhuǎn)移，從而顯著抑制腫瘤生長，并且黑米花青苷具有良好的光熱穩(wěn)定性和光熱轉(zhuǎn)換效率，可使黑米花青苷溫度升高，達(dá)到足以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡的效果。姜偉偉等[25]研究發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷可以抑制人前列腺癌細(xì)胞（PC-3）細(xì)胞增殖，其作用機(jī)制可能是通過上調(diào)活性氧（ROS）和NO的水平導(dǎo)致線粒體損傷，細(xì)胞色素C釋放到細(xì)胞漿，促使p38和應(yīng)激活化蛋白激酶（JNK）磷酸化，激活JNK和p38信號傳導(dǎo)通路，從而誘導(dǎo)PC-3細(xì)胞凋亡。人表皮生長因子受體-2（human epidermal growth factor receptor-2，HER-2）過量表達(dá)會導(dǎo)致乳腺癌患者的癌細(xì)胞增殖快，易發(fā)生轉(zhuǎn)移，羅麗萍等[26]的研究發(fā)現(xiàn)黑米花青苷能通過下調(diào)HER-2磷酸化水平，抑制HER-2陽性乳腺癌細(xì)胞的生長、增殖，并促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡。劉春遠(yuǎn)等[27]研究發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷可以抑制結(jié)腸癌細(xì)胞（SW480）的增殖、阻滯細(xì)胞周期的進(jìn)展、促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的凋亡。

2.6 抗衰老作用

機(jī)體衰老雖然是不可避免的，但是通過合理飲食、平衡營養(yǎng)等方式延緩衰老卻是有可能的。Li等[28]研究發(fā)現(xiàn)，黑米花青苷可作為膳食抗氧化劑的來源，通過野生果蠅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將黑米花青苷加入果蠅的食物中，最終發(fā)現(xiàn)通過補(bǔ)充黑米花青苷可以調(diào)節(jié)果蠅谷胱甘肽代謝，神經(jīng)活性配體-受體相互作用，以及叉形頭轉(zhuǎn)錄因子（FOXO）信號通路和雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號傳導(dǎo)途徑來延長果蠅的壽命并改善運(yùn)動(dòng)功能的損傷。Lu等[29]研究結(jié)果表明，黑米花青苷具有抗衰老作用，其抗衰老機(jī)制與黑米花青苷能增強(qiáng)腦、肝、腎的抗氧化活性，提高衰老相關(guān)酶活性以及改變基因表達(dá)等作用密切相關(guān)。

2.7 抑制腦缺血引發(fā)的腦梗死及記憶力衰退

Wattanathorn等[30]通過高脂肪飼料喂養(yǎng)大鼠誘導(dǎo)代謝綜合癥，以黑米花青苷與草茴香的聯(lián)合提取液飼喂模型大鼠21 d，研究結(jié)果表明，黑米花青苷可降低MDA、IL-6和NF-κB水平、提高額葉皮質(zhì)抗氧化酶活性和一氧化氮合成酶的表達(dá)，同時(shí)增加了大鼠血管管腔直徑，減少了頸總動(dòng)脈內(nèi)膜和中膜的厚度，研究表明，黑米花青苷對腦梗死具有改善作用。Hwang等[31]通過采用假手術(shù)建立腦缺血模型小鼠，并給予模型小鼠黑米花青苷灌胃治療21 d后發(fā)現(xiàn)，小鼠海馬神經(jīng)元死亡明顯減少，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生顯著抑制，在Morris水迷宮試驗(yàn)中，黑米花青苷顯著改善了動(dòng)脈閉塞誘導(dǎo)的記憶損傷，上述結(jié)果表明補(bǔ)充黑米花青苷對腦缺血有顯著抑制作用。

2.8 抗雌激素過低引起的骨質(zhì)疏松癥

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥（postmenopausal osteoporosis,PO）常見特征為骨量減少，骨微結(jié)構(gòu)破壞，骨密度降低，給絕經(jīng)后女性生活帶來不便[32]。Lee等[33]通過切除大鼠卵巢誘導(dǎo)大鼠骨質(zhì)疏松模型，并給予大鼠每日灌胃黑米提取物，發(fā)現(xiàn)黑米提取物可防止卵巢切除誘導(dǎo)的骨丟失，其通過調(diào)節(jié)骨代謝，緩解絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松，在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松治療方面具有很大潛力。Shimizu等[34]研究發(fā)現(xiàn)，富含花青苷的歐洲越橘提取物也對去卵巢大鼠骨質(zhì)疏松癥具有治療作用，歐洲越橘提取物給藥8周后大鼠的骨體積分?jǐn)?shù)（bone volume fraction，BV/TV）、骨密度（bone mineral density，BMD）、骨小梁密度（trabecular thickness，Tb.Th）和骨小梁數(shù)量（trabecular number，Tb.N）水平升高，骨小梁分離度（trabecular separation，Tb.Sp）水平降低，表明富含花青苷的歐洲越橘提取物可緩解骨質(zhì)疏松，其與黑米花青苷的作用效果類似。

2.9 抗肝損傷

路宏朝等[35]通過給予小鼠50%酒精灌胃11 d，建立酒精性肝損傷小鼠模型，治療組進(jìn)行黑米花青苷灌胃治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠肝臟中的SOD、GSH活力增高、MDA含量顯著降低，說明黑米花青苷可通過清除體內(nèi)自由基、防止脂質(zhì)過氧化達(dá)到改善酒精性肝損傷的效果。王治博等[36]通過對大鼠腹腔注射四氯化碳，建立大鼠急性肝損傷模型，給予黑米花青苷灌胃7 d，每天1次，發(fā)現(xiàn)黑米花青苷能夠有效緩解四氯化碳誘導(dǎo)的肝損傷。Jiang等[37]研究發(fā)現(xiàn)，每日攝入矢車菊素-3-O-β-葡萄糖苷可通過抑制肝星狀細(xì)胞活化來預(yù)防四氯化碳誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化進(jìn)展，這為臨床預(yù)防肝纖維化提供了依據(jù)。

2.10 其他作用

除了上述功能作用，黑米花青苷還具有其他的藥理作用。Sunarti等[38]研究發(fā)現(xiàn)，添加黑米提取物的羊奶可通過改善糖尿病大鼠的血脂水平和抑制視黃醇結(jié)合蛋白的表達(dá)來降低胰島素抵抗。Ona Kevin等[39]研究發(fā)現(xiàn)，黑米中的粗花青素提取物能夠緩解急性鉛中毒，為急性鉛中毒的治療提供了新的方法。

3 小結(jié)與展望

當(dāng)前大眾對于食品的安全以及營養(yǎng)方面需求不斷增高，黑米花青苷具有抗氧化、抗炎、降脂、抗衰老、抗癌等功效，是健康科學(xué)的膳食營養(yǎng)補(bǔ)充劑。此外，黑米花青苷對糖尿病、心血管疾病、骨質(zhì)疏松癥等慢性疾病以及其他非傳染性疾病具有防治作用。黑米花青苷在疾病防治和慢性疾病營養(yǎng)干預(yù)中發(fā)揮了重要作用。我國黑米資源豐富，黑米花青苷在食品、功能食品和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中具有較好的應(yīng)用前景。