芝麻素酚葡萄糖苷生理活性功能研究進(jìn)展

張祖姣,袁志輝,何福林,沈玉平

1(湖南科技學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院,湖南 永州,425199)2(湖南省銀杏工程技術(shù)研究中心,湖南 永州,425199)3(湖南南嶺地區(qū)植物資源研究開發(fā)湖南省工程研究中心,湖南 永州,425199)

芝麻(SesamumindicumL.)是我國(guó)主要的油料作物之一,芝麻籽除富含油脂、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外,還含有木脂素、維生素E、甾醇等生理活性成分[1]。木脂素是一類由兩分子苯丙素衍生物聚合而成,廣泛分布于植物中的次級(jí)代謝產(chǎn)物,具有多種生理活性功能[2-3]。根據(jù)溶解特性,芝麻木脂素可分為脂溶性木脂素和水溶性木脂素,前者主要有芝麻素(sesamin)、芝麻林素(sesamolin)、芝麻素酚(sesaminol)、芝麻林素酚(sesamolinol)、松脂醇(sesamolinol)等,后者主要是數(shù)量(1～3)不等的葡萄糖糖基與芝麻素酚、芝麻林素酚或松脂醇苷元縮合形成的糖苷[4]。在芝麻油提取過程中,脂溶性木脂素溶入油脂中,水溶性木脂素則留存于芝麻粕中。

芝麻粕是芝麻籽提取油脂后的副產(chǎn)物,其蛋白質(zhì)含量高(>45%),且含有單糖、多糖、粗脂肪和礦物質(zhì)元素等營(yíng)養(yǎng)元素,以及木脂素等生理活性物質(zhì)[5-6]。目前,芝麻粕主要用于生產(chǎn)飼料,導(dǎo)致其價(jià)值未得到充分開發(fā)和利用。芝麻素酚葡萄糖苷(sesaminol glucosides, SGs)是主要的水溶性芝麻木脂素,具有多種重要的生理活性功能,廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和化妝品領(lǐng)域,極具應(yīng)用和開發(fā)價(jià)值[7-8]。由于SGs主要?dú)埩粲谥ヂ槠芍?因此芝麻粕提取是一種十分經(jīng)濟(jì)有效、極具應(yīng)用發(fā)展前景的SGs生產(chǎn)方式。隨著現(xiàn)代分析儀器和分離技術(shù)的迅速發(fā)展,SGs生理功能和藥理機(jī)制研究不斷深入,分離純化成本大大下降,這也為SGs及相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。本文聚焦于SGs生理功能的最新研究進(jìn)展,從抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗新冠病毒、心血管保護(hù)、預(yù)防肥胖、神經(jīng)保護(hù)和抗皮膚衰老8個(gè)方面進(jìn)行了分析、歸納和總結(jié),并對(duì)未來發(fā)展前景和研究發(fā)展方向進(jìn)行了展望,以期促進(jìn)芝麻資源綜合開發(fā)利用,提升產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,并為SGs相關(guān)研究提供參考和借鑒。

1 芝麻素酚葡萄糖苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)

SGs是芝麻素酚苷元與1～3個(gè)葡萄糖糖基縮合形成的糖苷類化合物,其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。FUKUDA等[9]以β-半乳糖苷酶處理芝麻粕,隨后以體積分?jǐn)?shù)80%的乙醇萃取,在極性萃取部位鑒定出芝麻素酚,證實(shí)芝麻粕中存在SGs。KATSUZAKI等[10]以體積分?jǐn)?shù)85%的乙醇從芝麻籽中提取抗氧化活性物質(zhì),在提取物中鑒定出3種SGs,即芝麻素酚單葡萄糖苷(sesaminol monoglucoside, SMG)、芝麻素酚二葡萄糖苷(sesaminol diglucoside, SDG)和芝麻素酚三葡萄糖苷(sesaminol triglucoside, STG)。后來,MOAZZAMI等[11]發(fā)現(xiàn)SDG的2個(gè)葡萄糖殘基之間具有β1→2和β1→6兩種連接糖苷鍵,因此SDG具有2種同分異構(gòu)體(圖1)。

2 芝麻素酚葡萄糖苷的制備和分離純化

2.1 芝麻素酚葡萄糖苷的制備

芝麻粕提取是目前最主要的SGs制備方式。芝麻粕提取SGs,不僅有利于促進(jìn)芝麻資源的綜合利用,還可提升芝麻的經(jīng)濟(jì)附加值。蒸餾水、甲醇和乙醇是常用的SGs提取溶劑,采用磁力攪拌、超聲波、回流提取、亞臨界萃取等輔助手段,通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法優(yōu)化提取工藝,可有效地提升SGs的提取效率。SUJA等[12]采用索氏提取法從芝麻粕中提取SGs,通過優(yōu)選提取溶劑,發(fā)現(xiàn)甲醇提取效率最高,達(dá)到6.817 mg/g芝麻粕。SHYU等[13]在甲醇體積分?jǐn)?shù)80%、料液比1∶10(g∶mL)、提取時(shí)間24 h、室溫條件下提取SGs,STG和SDG得率分別達(dá)到(2.21±0.10) mg/g芝麻粕和(0.11±0.02) mg/g芝麻粕。彭珍等[14]通過單因素法優(yōu)化提取工藝條件,在乙醇體積分?jǐn)?shù)75%,料液比1∶20(g∶mL),提取時(shí)間10 h,提取溫度25 ℃,提取次數(shù)2次的最優(yōu)條件下,STG得率達(dá)到19.4%。汪學(xué)德[15]構(gòu)建了一個(gè)動(dòng)力學(xué)模型指導(dǎo)STG亞臨界萃取,在料液比1∶40(g∶mL)、亞臨界水流速5 L/h、壓力5 MPa、提取溫度120 ℃、提取時(shí)間15 min條件下,STG得率達(dá)到1.45 mg/g芝麻粕。EOM等[16]采用響應(yīng)面法優(yōu)化了超聲波輔助提取芝麻粕SGs的中試工藝條件,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了芝麻粕處理能力2.1 t/批次的工業(yè)生產(chǎn)線,SDG得率可達(dá)4.6 mg/g芝麻粕。

此外,對(duì)芝麻粕進(jìn)行微生物發(fā)酵前處理,或采用新型膜分離技術(shù),可提高SGs得率。OHTSUKI等[17]以芝麻粕中分離的1株環(huán)狀芽胞桿菌(Bacilluscirculans)YUS-2發(fā)酵芝麻粕,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵可提高芝麻粕的SGs含量,進(jìn)而提高SGs的提取得率。DAS等[18]研究發(fā)現(xiàn),利用超濾和納濾膜分離技術(shù)亦可提高芝麻粕的SGs提取得率。

2.2 芝麻素酚葡萄糖苷的分離純化

目前,柱層析和制備色譜是最主要的SGs純化方法[17, 19]。彭珍等[14]等通過聚酰胺柱層析對(duì)STG粗提物進(jìn)行純化,首先以蒸餾水溶解STG粗提物,隨后上樣,以40倍柱體積蒸餾水、1.2 mL/min的流速進(jìn)行洗脫,獲得的STG純度達(dá)86.53%。OHTSUKI等[17]以體積分?jǐn)?shù)80%的甲醇為提取溶劑,從B.circulansYUS-2發(fā)酵的芝麻粕中提取SGs,隨后通過Amberlite XAD-2大孔樹脂柱層析分離,最后通過Capcell Pak C18 UG120制備型高效液相色譜柱純化,獲得的SDG和STG純度分別達(dá)到95.8%和92.7%。ZHU等[19]以體積分?jǐn)?shù)為80%的甲醇為提取溶劑從芝麻粕中提取STG,通過減壓濃縮和冷凍干燥獲得STG粗提物,隨后以聚酰胺柱層析初步分離純化,再通過Toyopearl HW-40S凝膠柱層析進(jìn)一步純化,獲得的STG純度高達(dá)98.86%,得率為6.153 mg/g芝麻粕,回收率達(dá)73.16%。李丹丹[20]將STG粗提物溶于去離子水,過濾后上樣于XAD-2大孔樹脂層析柱,以體積分?jǐn)?shù)0%、20%、40%、60%、80%和100%的甲醇洗脫,HPLC監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)STG主要集中于80%甲醇洗脫液中,將其減壓濃縮后通過AKTA純化系統(tǒng)純化,最終獲得的STG純度高達(dá)99%。

柱層析雖能以較低的能耗獲取較高純度的產(chǎn)品,但分離工藝復(fù)雜、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng),提取溶劑需求量大且難以回收,因而工業(yè)化生產(chǎn)難度較大。制備色譜雖然分離效率高、適用性廣、靈敏度高,并且操作簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,可以獲得純度很高的產(chǎn)品,但需要專業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備,且有機(jī)溶劑消耗量大,因而成本較高,目前多用于實(shí)驗(yàn)室研究,尚未應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此,簡(jiǎn)化柱層析分離工藝,縮短分離時(shí)間,提高溶劑利用效率,以及開發(fā)成本低廉、簡(jiǎn)單快速的制備色譜,將是未來SGs工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展方向。

3 芝麻素酚葡萄糖苷的生理功能

氧化應(yīng)激是指機(jī)體在風(fēng)險(xiǎn)因子刺激或病理?xiàng)l件下,胞內(nèi)氧化物的產(chǎn)生與抗氧化作用失衡,即過量的活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)無法得到及時(shí)有效的清除,從而導(dǎo)致機(jī)體損傷[21]。ROS是機(jī)體的正常代謝產(chǎn)物,它可清除體內(nèi)的有害微生物,介導(dǎo)機(jī)體免疫,作為第二信使參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),維持機(jī)體正常生理功能等。但是,過高水平的ROS將導(dǎo)致機(jī)體代謝異常,進(jìn)而引發(fā)疾病,其致病機(jī)制主要有2種:一是通過氧化作用,破壞膜脂、酶、結(jié)構(gòu)蛋白和DNA/RNA等生物大分子,影響細(xì)胞功能,甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡;二是導(dǎo)致信號(hào)傳導(dǎo)發(fā)生異常,如胞內(nèi)H2O2濃度達(dá)到一定水平時(shí),其第二信使功能即失效,從而導(dǎo)致細(xì)胞生理功能受損[21-22]。

ROS可誘導(dǎo)上調(diào)機(jī)體促炎因子轉(zhuǎn)錄水平,促進(jìn)炎癥發(fā)生[23];誘發(fā)DNA突變,導(dǎo)致腫瘤發(fā)生,同時(shí)還可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞活化、轉(zhuǎn)化和組織浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移[24]。ROS參與血管細(xì)胞遷移和增殖相關(guān)的多條信號(hào)通路的傳導(dǎo),可促進(jìn)動(dòng)脈內(nèi)壁斑塊形成,引發(fā)和加速動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程,誘發(fā)心血管疾病[22]。此外,ROS還可激活腦組織細(xì)胞促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPK)信號(hào)通路,誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡[25]。通過破壞皮膚外周質(zhì)的膠原蛋白和透明質(zhì)酸,ROS可導(dǎo)致皮膚衰老[26]。SGs具有很強(qiáng)的抗氧化活性和自由基清除能力,這也是其抗炎、抗腫瘤、抗新冠病毒、心血管保護(hù)、預(yù)防肥胖、保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)、抗皮膚衰老等其他生理活性功能的來源和基礎(chǔ)。

3.1 抗氧化

SGs具有很強(qiáng)的自由基清除能力,在多種體外培養(yǎng)細(xì)胞模型以及體內(nèi)動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)了優(yōu)良的抗氧化活性[27]。研究發(fā)現(xiàn),STG的自由基清除能力強(qiáng)于SDG[28]。此外,SDG的2,2-聯(lián)苯基-1-苦基肼基(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazylhydrate, DPPH)自由基清除能力隨濃度提高而增強(qiáng),高濃度SGs的DPPH自由基清除能力與合成抗氧化劑,如2,6-二叔丁基對(duì)甲酚(butylated hydroxytoluene, BHT)和叔丁基對(duì)苯二酚(tert-butylhydroquinone, TBHQ),以及天然抗氧化劑維生素C、生育酚相近[18, 26]。

細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶,如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、谷胱甘肽過氧化酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)等表達(dá)或活性受到抑制,或者氧化應(yīng)激因子,如乳酸脫氫酶LDH水平升高,標(biāo)志著胞內(nèi)ROS水平上升,將導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷[29]。β-淀粉樣蛋白(β-amyloid, Aβ)是導(dǎo)致阿爾茨海默癥的主要誘因,在腦組織細(xì)胞中可促進(jìn)自由基形成,提高細(xì)胞ROS水平,引發(fā)酶蛋白和膜脂氧化,觸發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),并最終誘導(dǎo)腦組織神經(jīng)細(xì)胞凋亡[30]。Aβ的25-35區(qū)域肽段(Aβ25-35)是其誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡的活性功能區(qū)域[31]。在Aβ25-35處理的PC12大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞和SK-N-SH人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中,SGs可通過抑制ROS水平上升和降低DNA氧化作用,保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷[25, 32]。UM等[25]還發(fā)現(xiàn),SGs可將Aβ25-35處理的SK-N-SH神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞CAT活力和GSH恢復(fù)至正常水平。KANG等[33]發(fā)現(xiàn),以SGs含量為1%的脫脂芝麻粉喂飼家兔,可抑制脂質(zhì)過氧化作用,并降低其氧化應(yīng)激敏感性。UM等[34]研究發(fā)現(xiàn),在SAMP8阿爾茨海默癥模型小鼠中,SGs可抑制腦組織細(xì)胞脂質(zhì)的過氧化作用,并可緩解氧化應(yīng)激壓力,改善認(rèn)知缺陷。此外,腸道菌群可水解SGs生成抗氧化活性更強(qiáng)的產(chǎn)物芝麻素酚,后者可穿過淋巴系統(tǒng),進(jìn)入肝臟,并轉(zhuǎn)運(yùn)至肺、心臟、腎臟和腦等其他組織,發(fā)揮抗氧化活性功能[33,35-36]。

3.2 抗炎

炎癥是機(jī)體應(yīng)對(duì)病原體感染和損傷的一種防御機(jī)制,它通過炎癥應(yīng)答信號(hào)通路及相關(guān)代謝途徑對(duì)受損組織或器官進(jìn)行修復(fù)和再生,但嚴(yán)重的急性炎癥或長(zhǎng)期炎癥可導(dǎo)致病變、器官衰竭、慢性炎癥性疾病,自身免疫,缺陷甚至死亡,因此控制炎癥對(duì)于維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)具有重要的作用[37]。

研究證實(shí),SGs及其體內(nèi)代謝產(chǎn)物具有良好的抗炎活性[38-39]。核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)信號(hào)通路除參與細(xì)胞凋亡外,還參與炎癥應(yīng)答[40]。NF-κB信號(hào)通路激活后可誘導(dǎo)表達(dá)促炎因子,如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α, TNF-α)、白細(xì)胞介素6(interleukin 6, IL-6)、白細(xì)胞介素1β(interleukin 1β, IL-1β),引發(fā)機(jī)體炎癥[40]。正常狀態(tài)下,NF-κB與專一性的NF-κB阻遏蛋白(nuclear factor-κB inhibitor, IκB)結(jié)合,不具備活性;但是,若IκB被磷酸化或泛素化修飾,或被降解,NF-κB信號(hào)通路將被激活[41]。在脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)誘導(dǎo)的炎癥星形膠質(zhì)細(xì)胞中,SGs可通過抑制IκB的磷酸化和降解,以及NF-κB的p50轉(zhuǎn)位,抑制NF-κB信號(hào)通路,從而產(chǎn)生抗炎作用,如抑制LPS誘導(dǎo)的一氧化氮和ROS的生成,下調(diào)細(xì)胞質(zhì)磷脂酶A2、環(huán)氧合酶2和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達(dá)[38-39]。此外,人體內(nèi)的腸道菌群可將STG分解形成芝麻素酚,后者可下調(diào)促炎因子TNF-α和IL-6表達(dá),從而達(dá)到抗炎效果[39]。

3.3 抗腫瘤

腫瘤是人體正常細(xì)胞發(fā)生基因突變,導(dǎo)致細(xì)胞癌化,惡性增殖,是一種嚴(yán)重威脅人類健康的疾病,外部環(huán)境因素和機(jī)體內(nèi)在因素均可導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。腫瘤細(xì)胞具有10個(gè)基本特征,即生長(zhǎng)信號(hào)自給自足;對(duì)生長(zhǎng)抑制信號(hào)不敏感;逃避細(xì)胞凋亡;具有無限的復(fù)制潛力;持續(xù)生成新生血管;組織浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移;逃避免疫破壞;能量代謝重編程;基因組不穩(wěn)定和易突變以及促進(jìn)腫瘤炎癥[42]。這是由于細(xì)胞基因突變,導(dǎo)致相關(guān)信號(hào)通路和代謝調(diào)控發(fā)生改變,從而引發(fā)細(xì)胞生理病變,表型發(fā)生變化。這不僅是其區(qū)別于正常細(xì)胞的關(guān)鍵特征,也是腫瘤治療的靶點(diǎn)。

SGs及其體內(nèi)代謝物可作用于多個(gè)信號(hào)通路,具有良好的抗腫瘤活性功能。體外實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示,SGs可有效抑制MDA-MB-231和MCF7乳腺癌細(xì)胞、SK-MEL-28黑色素瘤細(xì)胞、A549肺癌細(xì)胞、RKO結(jié)直腸癌細(xì)胞生長(zhǎng)[43]。SHENG等[44]研究發(fā)現(xiàn),在氧化偶氮甲烷(azoxymethane, AOM)誘導(dǎo)的結(jié)腸癌小鼠模型中,日常喂食SGs可抑制結(jié)腸癌前病變。

人體腸道菌群可代謝STG形成多種產(chǎn)物,JAN等[45]將STG與人糞便腸道菌群進(jìn)行厭氧共培養(yǎng),通過HPLC、質(zhì)譜和核磁共振鑒定到8個(gè)STG代謝物,芝麻素酚是最主要的代謝產(chǎn)物,此外還包括腸二醇(enterodiol, END)和腸內(nèi)酯(enterolactone, ENL)2種哺乳動(dòng)物木脂素。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,END和ENL均可顯著抑制ES-2卵巢癌細(xì)胞增殖、浸潤(rùn)和擴(kuò)散轉(zhuǎn)移;小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,ENL的抗卵巢癌活性高于END,并且副作用更小[46]。此外,ENL可通過阻斷胞外信號(hào)激酶(extracellular signal regulated kinases, ERK)/NF-κB/上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子(epithelial-mesenchymal transition inducible transcription factor, Snail)信號(hào)通路,抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β誘導(dǎo)的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化作用,從而抑制MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[47]。END可通過調(diào)控MAPK信號(hào)通路抑制CT26結(jié)直腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng),并可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[48]。

腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)位酶2(adenine nucleotide translocase-2, ANTA2)與腫瘤細(xì)胞的能量代謝、增殖和細(xì)胞凋亡密切相關(guān),抑制ANTA2可有效抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng),因此ANTA2也是一個(gè)潛在的腫瘤治療靶點(diǎn)[49]。細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)是細(xì)胞G1/S期轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。正常生理狀態(tài)下,cyclin D1在細(xì)胞進(jìn)入S期后迅速分解,若cyclin D1持續(xù)高表達(dá),將使細(xì)胞G1期縮短,提前進(jìn)入S期,導(dǎo)致細(xì)胞增殖失控,形成腫瘤細(xì)胞[50]。cyclin D1的轉(zhuǎn)錄受NF-κB信號(hào)通路調(diào)控,而哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1(mammalian target of rapamycin complex 1, mTORC1)信號(hào)通路可促進(jìn)cyclin D1翻譯和蛋白穩(wěn)定,ANTA2可以特異性激活NF-κB和mTORC1信號(hào)通路[51]。WATANABE等[43]研究發(fā)現(xiàn),芝麻素酚可與ANTA2特異性結(jié)合,抑制NF-κB和mTORC1信號(hào)通路,從而抑制cyclin D1的轉(zhuǎn)錄和翻譯,達(dá)到抗腫瘤的效果。

3.4 抗新冠病毒

新冠肺炎是一種由新型冠狀病毒SARS-CoV-2引發(fā)的嚴(yán)重急性呼吸道綜合癥,傳播性極強(qiáng),危害人體健康,嚴(yán)重影響人類生產(chǎn)生活。研究顯示,刺突蛋白對(duì)SARS-CoV-2侵染宿主有著重要作用,而木瓜蛋白酶樣蛋白酶(papain-like protease, PLpro)和3-胰凝乳蛋白酶樣蛋白酶(3-chymotrypsin-like protease, 3CLpro)則是病毒復(fù)制的關(guān)鍵因子,也是新冠肺炎治療和相關(guān)藥物開發(fā)的作用靶點(diǎn)[52-53]。分子對(duì)接常用于研究小分子化合物與蛋白質(zhì)的相互作用,也是靶向藥物篩選的常用工具。分子對(duì)接模擬結(jié)果顯示,SMG可與SARS-CoV-2刺突蛋白、PLpro和3CLpro緊密結(jié)合,從而抑制SARS-CoV-2對(duì)宿主的侵染和病毒復(fù)制[54]。因此,SMG可作為潛在的新冠病毒抑制劑,進(jìn)一步進(jìn)行研究和開發(fā)。

3.5 預(yù)防肥胖

肥胖是動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病,甚至癌癥等多種疾病的重要誘因[55]。哺乳動(dòng)物中存在2種脂肪存在形式,即白色脂肪組織(white adipose tissue, WAT)和棕色脂肪組織(brown adipose tissue, BAT)。WAT主要為三脂酰甘油形式儲(chǔ)存的脂粒,BAT則富含線粒體。β3腎上腺素能受體(β3-adrenergic receptor, β3-AR)可激活BAT,上調(diào)線粒體解耦聯(lián)蛋白1(uncoupling protein 1, UCP1)基因表達(dá)水平,調(diào)控一系列基因表達(dá),促進(jìn)脂肪分解,并通過非偶聯(lián)呼吸作用將多余的能量以熱量形式釋放[56]。UCP1是調(diào)控產(chǎn)熱過程的關(guān)鍵因子,受BAT特異性轉(zhuǎn)錄因子PR結(jié)構(gòu)域蛋白16(PR domain-containing 16, Prdm16)調(diào)控[57-59]。因此,BAT也被視為肥胖及其相關(guān)代謝性疾病的潛在治療靶點(diǎn)。JAHAGIRDAR等[60]研究發(fā)現(xiàn),體外使用SDG處理BAT可上調(diào)UCP1表達(dá)水平;在高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠飼料中添加SDG,可降低腹股溝和附睪的WAT質(zhì)量,降低血清中的葡萄糖水平,并使脂肪粒變小,從而抑制體重增長(zhǎng);免疫印跡結(jié)果顯示,喂飼了SDG的小鼠UCP1水平明顯升高,這說明SDG可通過UCP1作用激活BAT,增加能量消耗,從而抑制肥胖。隨后的分子對(duì)接結(jié)果顯示,SDG可嵌入至β3-AR的活性口袋中,激活β3-AR,從而上調(diào)UCP1表達(dá)水平,達(dá)到抑制肥胖的目的。

3.6 心血管保護(hù)

心血管疾病主要包括高血壓,冠心病,先天性、擴(kuò)張性和肺源性心臟病,風(fēng)濕性心房顫動(dòng),心力衰竭,心律失常和腦卒中等。動(dòng)脈粥樣硬化是動(dòng)脈中脂質(zhì)和纖維積累導(dǎo)致的一種慢性疾病,并伴隨著促炎因子水平上升、脂代謝異常等不良反應(yīng),也是引發(fā)多種心血管疾病的主要誘因[61]。因此,減緩和控制動(dòng)脈粥樣硬化對(duì)于保護(hù)心血管和預(yù)防心血管疾病發(fā)生具有重要的作用。

高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol, HDL-C)是重要的心血管疾病篩查標(biāo)志物,與動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病呈負(fù)相關(guān)[62]。KANG等[33]以SGs含量為1%的脫脂芝麻粉喂養(yǎng)家兔,90 d后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)芝麻粉喂飼組HDL-C顯著高于對(duì)照組,說明SGs可有效預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化,保護(hù)心血管。

在動(dòng)脈粥樣硬化起始和發(fā)展進(jìn)程中,細(xì)胞黏附分子發(fā)揮著重要的作用。STG在肝臟中可代謝生成芝麻素酚-6-兒茶酚[63],后者可通過抑制NF-κB信號(hào)通路激活抑制細(xì)胞黏附分子內(nèi)皮-白細(xì)胞黏附分子1(cell adhesion molecules endothelial-leukocyte adhesion molecule1)、細(xì)胞內(nèi)黏附分子1(intracellular adhesion molecule 1)和血管細(xì)胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule 1)基因的表達(dá),從而阻止動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程[64]。

3.7 神經(jīng)保護(hù)

NF-κB信號(hào)通路與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。胞內(nèi)過量的ROS可激活MAPK信號(hào)通路,后者可激活NF-κB信號(hào)通路,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[21]。此外,促凋亡因子p53、Bax、caspase-3、caspase-9和抗凋亡因子Bcl-2在細(xì)胞的凋亡中亦有著重要作用[65]。同時(shí),胞內(nèi)鈣濃度水平過高也會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

SGs可通過抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡的方式保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)。阿爾茨海默癥又名老年癡呆,是一種老年神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。Aβ是引發(fā)阿爾茨海默癥的主要因素,25-35區(qū)域肽段(Aβ25-35)是Aβ的活性功能區(qū)域,可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生ROS和提高胞內(nèi)鈣水平,進(jìn)而誘導(dǎo)腦組織神經(jīng)細(xì)胞凋亡[31-32, 66]。神經(jīng)細(xì)胞模型——PC12大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞和SK-N-SH人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,SGs可有效地抑制Aβ25-35誘導(dǎo)的ROS形成、8-羥基-2-脫氧鳥苷的產(chǎn)生、DNA的氧化以及胞內(nèi)鈣濃度水平的升高,從而抑制細(xì)胞凋亡,并且這種抑制效果與濃度正相關(guān),說明SGs具有良好的神經(jīng)保護(hù)作用[25, 32]。SGs抑制細(xì)胞凋亡的機(jī)制是通過抑制IκB的磷酸化和p50轉(zhuǎn)位抑制NF-κB信號(hào)通路,下調(diào)促凋亡因子p53、Bax、caspase-3和caspase9的表達(dá)水平,以及上調(diào)抗凋亡因子Bcl-2的表達(dá)水平[25, 32]。注射Aβ25-35可誘導(dǎo)小鼠認(rèn)知缺陷,被動(dòng)回避和Morris水迷宮試驗(yàn)結(jié)果顯示,喂飼SGs對(duì)Aβ25-35誘導(dǎo)的認(rèn)知缺陷有明顯的保護(hù)作用;并且喂飼SGs可顯著抑制Aβ25-35導(dǎo)致的海馬CA1和CA3區(qū)神經(jīng)元損失[67]。

3.8 抗皮膚衰老

膠原蛋白是由3條多肽鏈形成的三螺旋結(jié)構(gòu),是皮膚細(xì)胞外基質(zhì)的主要組成部分,占真皮層比重的80%以上,在皮膚中可形成致密的纖維蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),牢牢地鎖住水分,保持皮膚彈性,維持皮膚緊致[68]。透明質(zhì)酸是一種廣泛分布于皮膚細(xì)胞外基質(zhì)的非硫酸化糖胺聚糖,在較低的濃度下亦可相互作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可通過氫鍵與水分子結(jié)合將其固定于透明質(zhì)酸網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,防止流失,對(duì)于維持皮膚濕潤(rùn)和關(guān)澤具有重要作用[69]。ROS是導(dǎo)致皮膚衰老的主要因素,它可以破壞皮膚細(xì)胞外基質(zhì),抑制膠原蛋白和透明質(zhì)酸的合成,誘導(dǎo)激活膠原蛋白酶和透明質(zhì)酸酶,促進(jìn)膠原蛋白和透明質(zhì)酸降解[70]。因此,抑制透明質(zhì)酸酶和膠原蛋白酶活性,減少膠原蛋白和透明質(zhì)酸分解,可有效延緩皮膚衰老。NANTARAT等[26]發(fā)現(xiàn),SDG可有效抑制膠原蛋白和透明質(zhì)酸降解,其對(duì)膠原蛋白酶和透明質(zhì)酸酶的半抑制濃度分別為0.26和0.70 mg/mL,質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL的SDG對(duì)透明質(zhì)酸酶的48 h抑制率高達(dá)92.6%,說明SDG可有效地抑制皮膚衰老。

4 結(jié)語

SGs是一種重要的水溶性木脂素,在食品、化妝品和醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,具有廣闊的市場(chǎng)前景。研究顯示,SGs具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗新冠病毒、心血管保護(hù)、預(yù)防肥胖、保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)和抗皮膚衰老等多種生理活性功能。但是,現(xiàn)有SGs許多生理功能研究還停留在動(dòng)物模型,甚至體外細(xì)胞模型研究階段,臨床研究報(bào)道甚少,藥理機(jī)制尚不完全明晰,距臨床應(yīng)用和產(chǎn)品開發(fā)仍有很長(zhǎng)的距離。因此,深化SGs生理功能研究,推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)利用可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。首先,借助現(xiàn)代醫(yī)藥和儀器分析技術(shù)的發(fā)展成果,逐步推進(jìn)現(xiàn)有生理活性功能的小鼠、哺乳動(dòng)物模型和人體臨床藥理研究,解析藥理機(jī)制,做好安全性評(píng)價(jià),為SGs產(chǎn)品的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。其次,在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上,積極開展SGs對(duì)重大疾病(如惡性腫瘤、嚴(yán)重心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙等)的相關(guān)研究,發(fā)掘新的生理活性功能,更好地為人類健康服務(wù)。此外,可進(jìn)一步研究SMG、SDG和STG之間,以及SGs與其他芝麻木脂素之間在營(yíng)養(yǎng)保健或疾病治療方面的協(xié)同作用,使其更好地應(yīng)用于食品、藥品和化妝品行業(yè)。

目前,高昂的分離純化成本是制約SGs產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的主要因素。因此,借助現(xiàn)代分離技術(shù)的發(fā)展成果,開發(fā)低成本、高效率的新型分離技術(shù),將是未來推動(dòng)SGs產(chǎn)業(yè)發(fā)展和升級(jí)的關(guān)鍵。此外,SGs來源于芝麻,其安全性毋庸置疑。因此在產(chǎn)品開發(fā)方面,可首先聚焦于SGs功能食品開發(fā),逐步帶動(dòng)SGs相關(guān)化妝品和醫(yī)藥產(chǎn)品開發(fā),進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)SGs產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。SGs廣泛的生理活性功能,使其具有防治多種疾病的潛力,推動(dòng)SGs生理活性功能研究和產(chǎn)品開發(fā),對(duì)促進(jìn)芝麻資源綜合利用和人類健康具有重要的意義。