杏仁種皮黑色素抑制晚期糖基化末端產物的研究

李紅姣 趙 忠 李巨秀

杏仁種皮黑色素抑制晚期糖基化末端產物的研究

李紅姣1趙 忠1李巨秀2

建立牛血清蛋白-葡萄糖（BSA-Glucose）、牛血清蛋白-果糖（BSA-Fructose）和牛血清蛋白-丙酮醛（BSA-Methylglyoxal）的美拉德模擬反應體系，在體系中添加不同濃度的杏仁種皮黑色素，氨基胍（AG）作為陽性對照，37℃下反應，以熒光強度（Ex＝370 nm，Em＝440 nm）表示晚期糖基化末端產物（AGEs）含量，分析BSA-Glucose體系中蛋白質巰基、羰基含量變化，通過反相高效液相色譜／二極管陣列法（RP-HPLC-DAD）分析杏仁種皮黑色素對丙酮醛（Methylglyoxal，MGO）的清除效果。結果表明，杏仁種皮黑色素對BSAGlucose、BSA-Fructose、BSA-Methylglyoxal體系中AGEs的形成均有顯著的抑制作用（P＜0.05），抑制率最高分別達到73.81%、42.22%、38.57%。杏仁種皮黑色素能顯著升高BSA-Glucose中蛋白質巰基含量（P＜0.05），對MGO也具有清除作用，清除率隨著時間的延長而升高，當反應24 h時，清除率達到最高，為63.54%。

美拉德反應 晚期糖基化末端產物 杏仁種皮 黑色素

晚期糖基化末端產物（Advanced glycation end products，AGEs）是指在非酶條件下，蛋白質、氨基酸、脂類或核酸等大分子物質的游離氨基與還原糖的醛基經過縮合、重排、裂解、氧化修飾后產生的一組穩定的終末產物［1-2］，該反應又稱為Maillard反應。

蛋白非酶糖基化所產生的 AGEs通過改變蛋白質結構和功能影響脂質代謝、修飾核酸及胞內蛋白以及誘導氧化應激等，可以造成糖尿病慢性并發癥的發生和發展，如動脈粥樣硬化形成腎小球基底膜通透性升高致糖尿病性腎病等［3-5］。因此，非酶糖基化抑制劑的研究具有重要意義。目前，關于AGEs的研究大多集中于醫學鄰域［6-7］。

隨著對AGEs的深入研究，已經證實AGEs與一些流行性慢性病、衰老均有一定的相關性［8］。減少食物中AGEs的含量，可以預防高血糖癥的病發［9］。目前醫學臨床使用的如氨基胍、ALT711（4，5-二甲基-3-苯乙酰基噻唑嗡氯化物，DPTC）等抑制AGEs的藥物，由于有一定的毒副作用，使其使用范圍有了一定的限制，更突顯了研究天然提取物對AGEs的抑制作用的重要性。有相關研究表明，綠豆中的多酚類物質對AGEs有明顯的抑制作用［10］，綠茶提取物也可以有效抑制AGEs的形成，降低小鼠患糖尿病的風險［11］。

天然黑色素是一種異源多聚芳香族化合物類色素，不同來源的黑色素都有一定的特異性。目前一些天然黑色素逐漸應用在各個領域中，如在食品工業中黑芝麻、黑米、黑豆中的黑色素應用于飲料、糖果、糕點、巧克力、果醬等［12-14］。研究還表明，黑色素具有抗紫外線輻射、螯合金屬離子、促進免疫和抗氧化活性等功能作用［15-18］，天然黑色素在保健食品加工中有較好的應用前景。杏（Prunus sibirica L.）為薔薇科杏屬植物，杏仁種皮黑色素從杏仁種皮中提取，為真黑色素，在200 nm附近有最大吸收峰，結構中具有酚型骨架部分，并具有烷基、芳香基團、酚類基團、羧酸基團等，不溶于酸性溶液，微溶于水，不溶于常見有機溶劑，可溶于堿性溶液。這與其他來源的真黑色素是相似的。杏仁種皮黑色素也具有抗輻射、螯合金屬離子等作用，但經研究表明，其清除自由基功能與其他黑色素相比較弱［19-21］。

本研究分別建立了牛血清蛋白-葡萄糖（BSAGlucose）、牛血清蛋白 -果糖（BSA-Fructose）和牛血清蛋白-丙酮醛（BSA-Methylglyoxal）的美拉德模擬反應體系，向各個反應模型中加入不同濃度梯度的杏仁種皮黑色素，通過測定熒光強度探究杏仁種皮黑色素對AGEs形成的抑制作用；同時測定BSAGlucose體系孵化過程中羰基、巰基的含量變化，高效液相色譜法測定杏仁種皮黑色素清除丙酮醛的能力，以此來研究杏仁種皮黑色素抑制糖基化反應的機制。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

杏仁種皮黑色素：實驗室自制。牛血清蛋白、葡萄糖、氨基胍（AG）、疊氮化鈉、丙酮醛（MGO）：Sigma公司。

1.2 儀器與設備

F-4500 FL型熒光光譜儀、424 UV1101型分光光度計：日本島津公司；5417R型低俗冷凍超速離心機：德國艾本德公司。

1.3 方法

1.3.1 杏仁種皮黑色素的提取

黑色素的提取流程見圖1［22］。

圖1 杏仁種皮黑色素的提取工藝流程

1.3.2 建立BSA-Glucose美拉德模擬反應體系

用PB緩沖液（0.2 mol／L，pH 7.4）溶解牛血清蛋白和葡萄糖，使其濃度分別為 10 mg／mL，300 mmol／L，再加入0.02%的疊氮化鈉以防止微生物的生長。設試驗組、陽性對照組、空白對照組和BSA組。試驗組加入不同濃度梯度的杏仁種皮黑色素。結合預試驗結果，杏仁種皮黑色素質量濃度確定為20、40、60、80、100、120 mg／L。陽性對照組添加同樣濃度梯度的氨基胍，空白對照組中只含BSA和Glucose。BSA組為只含10 mg／mL的BSA。反應液置于37℃恒溫培養箱中培養。利用AGEs的熒光性質，在激發波長370 nm、發射波長440 nm下測定試驗各組熒光強度，以熒光強度表示AGEs含量。分別在反應時間為7、14、21、28 d時測定AGEs，并根據下面公式計算杏仁種皮黑色素和AG對AGEs的抑制率。

式中：A為AGEs抑制率／%；B為試驗組或陽性對照組熒光值；C為空白對照組熒光值。

1.3.3 建立BSA-Fructose美拉德模擬反應體系

將采用 PB緩沖液（50 mmol／L，pH 7.4，含有0.02%的疊氮化鈉）溶解的1 mL 1.5 mol／L果糖和1 mL不同濃度的杏仁種皮黑色素混合后，37℃下孵育2 h后加入1 mL BSA（30 mg／mL），在37℃下孵育6 d。以不加抑制劑的1 mL緩沖液作為空白對照，10 mmol／L AG作為陽性對照組。AGEs的檢測方法同1.3.2。

1.3.4 建立BSA-Methylglyoxal模擬反應體系

將用 PB緩沖液（50 mmol／L，pH 7.4，含有0.02%的疊氮化鈉）溶解的1 mL 60 mmol／L丙酮醛和1 mL不同濃度的杏仁種皮黑色素混合后，37℃下孵育2 h后加入1 mL BSA（30 mg／mL），在37℃下孵育6 d。以不加抑制劑的1 mL緩沖液作為空白對照，10 mmol／L AG作為陽性對照組。AGEs的檢測方法同1.3.2。

1.3.5 杏仁種皮黑色素清除丙酮醛的測定

將 MGO采用磷酸緩沖液（50 mmol／L，pH 7.4）配制成10 mmol／L，杏仁種皮黑色素配制成0.25 mg／mL的溶液，分別取0.25 mL混合后在37℃孵育。分別在 0.5、1、2、4、8、24 h取樣加入 0.25 mL 50 mmol／L的鄰苯二胺（OPD）在37℃衍生30 min。然后采用RP-HPLC-DAD測定MGO含量。RPHPLC-DAD條件：采用二極管陣列檢測器（DAD），波長范圍190～600 nm，C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5μm，進樣體積為20μL；等度洗脫，流動相為0.5%冰乙酸水—甲醇（40∶60，V／V），在 315 nm處分析樣品中MGO的含量。以磷酸緩沖液作為空白對照，10 mmol／L AG作為陽性對照。并根據式（2）計算杏仁種皮黑色素和AG對MGO的清除率。

式中：A為MGO清除率／%；B為試驗組和陽性對照組MGO含量；C為空白對照組MGO含量。

1.3.6 糖基化過程中蛋白質羰基含量測定

取孵化不同時間的樣品100μL，加入1 mL以2 mol／L的鹽酸為溶劑配制 10 mmol／L濃度的 2，4-二硝基苯肼（DNPH）溶液，混勻后在常溫下黑暗處靜置反應1 h，每隔10 min用混勻1次。然后用1 mL冰三氯乙酸（TCA）（20%，m／V）混合，10 000 r／min離心10 min，倒掉上清液保留底部蛋白質。取沉淀加入乙醇與乙酸乙酯以1∶1的混合液1 mL，渦旋振蕩后清洗再以12 000×g離心10 min，倒掉上層溶液保留底部蛋白質（重復3次）。用2 mL的鹽酸胍（6 mol／L，pH 2.3）溶解蛋白質，渦旋振蕩后37℃水浴15 min，用紫外分光光度計在370 nm條件下進行測定吸光值（用鹽酸胍調零）。蛋白質羰基的含量按照公式（3）計算。

式中：A為蛋白質羰基含量／μmol／mg pro；B為吸光值；C為摩爾消光系數22.0 mmol／（L· cm）。

1.3.7 糖基化過程中蛋白質巰基含量的測定

取孵化不同時間的樣品溶液250μL加入含有2.5 mL緩沖液和50μL Ellman試劑（4 mg／mL的DTNB）的試管中，室溫黑暗處反應15 min，測定412 nm處的吸光值，由標準曲線查得相對應的樣品中巰基含量濃度（以L-半胱氨酸濃度計）。

1.4 統計分析方法

所有試驗進行3次重復。數據表示方式為平均值±標準偏差。采用單因素Duncan法進行多重比較，以DPSv7.55軟件進行顯著性分析。顯著水平為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 杏仁種皮黑色素對BSA-Glucose反應體系中AGEs形成的抑制作用

BSA-Glucose反應體系反應時間為4周，可全面揭示美拉德反應的各個階段。杏仁種皮黑色素和氨基胍對BSA-Glucose模擬反應體系中AGEs形成的抑制作用結果見表1、表2、圖2。

由表1、表2所示，空白對照組的熒光值明顯高于BSA組（P＜0.05），說明在牛血清蛋白中加入葡萄糖后發生了明顯的糖基化反應，生成了熒光性物質；空白對照組的熒光值在3周內隨著時間的進行，不斷增加，說明具有熒光性的晚期糖基化產物不斷積累；從第4周開始熒光性的物質又有所降低，這是因為熒光性的物質為晚期糖基化過程中的一些中間產物，隨著反應的進行，這些具有熒光性的中間產物轉化為沒有熒光性的末端產物，如類黑素；杏仁種皮黑色素和氨基胍對具有熒光性的AGEs具有明顯的抑制作用（P＜0.05），且隨著杏仁種皮黑色素和氨基胍濃度的增加抑制作用加強。相同反應時間下，添加不同濃度的杏仁種皮黑色素時，各試驗組的熒光值均有顯著性差異（P＜0.05），添加AG的趨勢和杏仁種皮黑色素相同。

圖2 反應4周時杏仁種皮黑色素和氨基胍對BSA-Glucose體系中AGEs抑制作用

表1 杏仁種皮黑色素對BSA-Glucose反應體系中AGEs形成的抑制作用（）

表1 杏仁種皮黑色素對BSA-Glucose反應體系中AGEs形成的抑制作用（）

注：顯著性分析以逗號區分，逗號前為相同列內顯著性比較，逗號后為相同行內顯著性比較，顯著水平為P＜0.05；不同字母表示有顯著差異，相同字母表示無顯著差異。下同。

20 40 60 80 100 120第 1周 218.10±4.31b，d 403.37±3.01d，a 337.68±8.59c，b 260.93±2.47c，c 228.04±4.05c，d 189.02±9.73b，e 166.26±3.29b，f 132.36±10.72c，BSA 空白對照組 杏仁種皮黑色素／mg／L g第 2周 227.82±9.97b，e 670.86±24.39b，a 495.70±3.24b，b 395.67±15.47b，c 302.33±2.52b，d 223.23±2.77a，e 186.91±12.27a，f 149.70±6.67b，g第 3周 225.68±8.96b，e 714.34±9.31a，a 541.74±16.19a，b 431.01±5.83a，c 330.70±3.92a，d 220.85±3.99a，e 199.54±7.28a，f 166.39±1.56a，g第 4周 268.65±11.22a，d 620.94±27.21c，a 514.21±9.67b，b 411.96±24.98ab，c 232.53±10.85c，e 199.34±15.75b，f 190.10±1.83a，f 162.59±1.67a，g

表2 氨基胍對BSA-Glucose反應體系中AGEs形成的抑制作用

表2 氨基胍對BSA-Glucose反應體系中AGEs形成的抑制作用

AG／mg／L 20 40 60 80 100 120第 1周 218.10±4.31b，d 403.37±3.01d，a 317.29±1.47c，b 282.47±1.85c，c 259.74±1.80b，d 255.65±1.16b，d 238.10±5.41a，e 241.04±6.24a，BSA 空白對照組e第 2周 227.82±9.97b，e 670.86±24.39b，a 301.47±9.58d，d 402.81±5.06b，b 343.24±12.02a，c 284.65±8.64a，d 247.05±8.20a，e 239.76±14.32a，e第 3周 225.68±8.96b，e 714.34±9.31a，a 574.60±3.79a，b 448.79±13.81a，c 333.82±26.14a，d 298.07±4.53a，e 240.36±9.38a，f 214.89±0.45b，g第 4周 268.65±11.22a，d 620.94±27.21c，a 549.16±0.68b，b 440.26±7.75a，c 354.54±5.47a，d 298.6±11.22a，e 241.47±3.23a，g 211.44±3.18b，h

由圖2可得出，隨著濃度的增加，杏仁種皮黑色素和氨基胍對具有熒光性的AGEs的抑制率增加，在20 mg／L時，杏仁種皮黑色素的抑制率達17.19%，AG的抑制率為11.56%，差異顯著（P＜0.05），達60 mg／L時，杏仁種皮黑色素的抑制率達62.55%，而AG的抑制率僅為42.90%，在80～120 mg／L時，杏仁種皮黑色素的抑制效果均明顯強于AG（P＜0.05）。

2.2 杏仁種皮黑色素對BSA-Fructose反應體系中AGEs形成的抑制作用

杏仁種皮黑色素對BSA-Fructose反應體系中AGEs形成的抑制作用見圖3。

圖3 杏仁種皮黑色素和氨基胍對BSA-Fructose反應體系中AGEs形成的抑制作用

由圖3所示，隨著杏仁種皮黑色素和氨基胍濃度的增大，對BSA-Fructose美拉德模擬反應體系中生成的AGEs抑制率增大，抑制作用增強，且各相鄰濃度抑制率均有顯著差異（P＜0．05），相同濃度時，氨基胍抑制率顯著高于杏仁種皮黑色素（P＜0.05）。

2.3 杏仁種皮黑色素對BSA-Methylglyoxal反應體系中AGEs形成的抑制作用

MGO是美拉德反應的中期產物［1-2］，能與蛋白質的氨基反應形成AGEs，因此在 BSA-Methylglyoxal反應體系中添加杏仁種皮黑色素和氨基胍，能充分反應杏仁種皮黑色素和氨基胍對美拉德反應中后期AGEs的抑制作用。杏仁種皮黑色素對BSA-Methylglyoxal反應體系中AGEs形成的抑制作用見圖4。

由圖4所示，隨著杏仁種皮黑色素和氨基胍濃度的增大，對BSA-Methylglyoxal反應體系中生成的AGEs抑制率增大，抑制作用增強，對于氨基胍，各相鄰濃度抑制率均有顯著差異（P＜0.05）；對于黑色素來說，當質量濃度大于10 mg／L時，各相鄰濃度抑制率有顯著差異（P＜0．05）。相同濃度時，氨基胍抑制率顯著高于杏仁種皮黑色素（P＜0.05）。

圖4 杏仁種皮黑色素和氨基胍對BSA-Methylglyoxal反應體系中AGEs形成的抑制作用

2.4 杏仁種皮黑色素對丙酮醛的清除作用

作為美拉德反應的中期產物，MGO的含量直接影響AGEs的形成。清除MGO能阻斷AGEs的形成路徑，減少AGEs的合成底物。杏仁種皮黑色素對丙酮醛的清除作用見圖5。

從圖5可以看出，隨著時間的延長，杏仁種皮黑色素對丙酮醛的清除率顯著增大，且各相鄰濃度之間有顯著差異（P＜0.05），反應時間相同時，杏仁種皮黑色素對丙酮醛的清除作用弱于氨基胍，差異顯著（P＜0.05）。對于氨基胍來說，當反應時間少于2 h時，對丙酮醛的清除作用隨著時間的延長而增大且相鄰時間梯度之間差異顯著（P＜0.05），24 h時抑制率最高（P＜0.05）。對于杏仁種皮黑色素來說，隨著時間的延長，清除率逐漸增大，且各時間梯度之間有顯著性差異（P＜0.05），在反應時間多于1 h后，各時間梯度之間有顯著性差異（P＜0.05）。

圖5 杏仁種皮黑色素和氨基胍對MGO的清除作用

2.5 杏仁種皮黑色素對糖基化過程中蛋白質羰基含量變化的影響

美拉德反應中乙二醛、丙二醛等活性羰基化中間產物能與蛋白質反應形成褐色的不可逆的AGEs產物［2］，捕獲羰基、降低羰基產物的形成，就能阻斷AGEs的形成。杏仁種皮黑色素對糖基化過程中蛋白質羰基含量變化的影響見圖6。

從圖6可以看出，空白對照組的羰基含量明顯高于BSA組（P＜0.05），說明糖基化過程中蛋白質被氧化，羰基含量增加；隨著時間的延長，糖基化程度加強，羰基含量隨時間延長而增加；加入AG后羰基含量降低，說明AG能抑制蛋白被氧化生成的羰基，羰基含量與蛋白糖基化程度成正比。這與熒光值的分析結果是一致的。而加入杏仁種皮黑色素后，糖基化過程中羰基生成未被抑制，這與熒光值的分析結果相反，可能的原因是杏仁種皮黑色素結構中本身含有羰基基團［23］。

2.6 杏仁種皮黑色素對糖基化過程中蛋白質巰基含量變化的影響

蛋白質氧化是引起衰老以及各種生理疾病的重要原因［24］，蛋白質巰基含量的減少是蛋白質氧化的另一重要標志。杏仁種皮黑色素對糖基化過程中蛋白質巰基含量變化的影響見圖7。

由圖7可知，空白對照組巰基含量顯著低于BSA組（P＜0.05），說明糖基化過程中蛋白質被氧化，巰基含量降低，巰基的下降率為（32.9±0.7）%；隨著時間的延長，巰基含量下降，說明蛋白質氧化程度加強；添加杏仁種皮黑色素和AG可以保護巰基，抑制其發生氧化變化，從圖7中可以看出相同濃度時氨基胍的保護效果比杏仁種皮黑色素差，這與熒光值的分析結果是一致的。

圖6 BSA／Glucose體系中的羰基含量變化

圖7 BSA／Glucose體系中的巰基含量變化

3 討論

杏仁種皮黑色素對BSA-Glucose體系中AGEs形成的抑制作用強于氨基胍，但對BSA-Fructose和BSA-Methylglyoxal體系中AGEs形成的抑制作用弱于氨基胍，而且杏仁種皮黑色素對丙酮醛的清除作用也弱于氨基胍，可能的原因可能是：BSA-Glucose體系反應時間長，而BSA-Fructose和BSA-Methylglyoxal體系反應只有6 d，丙酮醛清除作用只有24 h，杏仁種皮黑色素的抑制和清除作用是長期效應，而氨基胍的作用是短期效應。

黑色素結構中含有大量羰基結構，而杏仁種皮黑色素不能降低牛血清蛋白-葡萄糖（BSA-Glucose）體系中蛋白質羰基含量，原因可能是黑色素本身結構中的羰基在測定過程中起到了干擾作用［23］。

4 結論

4.1 杏仁種皮黑色素對BSA-Glucose、BSA-Fructose和BSA-Methylglyoxal的美拉德模擬反應體系中AGEs的形成都具有抑制作用，在BSA-Glucose體系中杏仁種皮黑色素對AGEs的抑制作用強于氨基胍，但在其他2個體系中，杏仁種皮黑色素對AGEs的抑制作用弱于氨基胍。

4.2 杏仁種皮黑色素對丙酮醛有清除作用，但效果弱于氨基胍。

4.3 杏仁種皮黑色素不能降低BSA-Glucose體系中蛋白質羰基含量，但能降低體系中蛋白質巰基的含量。

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Inhibitory Effects of Melanin Derived from Apricot Testa on the Formation of Advanced Glycation End Products

Li Hongjiao1Zhao Zhong1Li Juxiu2

（College of Forestry，NorthWest A＆F University，Key Laboratory of Environment and Ecology in Western China，Ministry of Education1，Yangling 712100）
（College of Food Science and Engineering，NorthWest A＆F University2，Yangling 712100）

The model system of bovine serum albumin-glucose（BSA-Glucose），bovine serum albuminfructose（BSA-Fructose）and bovine serum albumin-methylglyoxal（BSA-Methylglyoxal）have been used to evaluate the effect of melanin derived from apricot kernel skin of AGEs formation with aminoguanidine（AG）as positive control.All samples were incubated at 37℃.The fluorescence intensities（Ex＝370 nm，Em＝440 nm）were measured as the total AGEs content.Protein sulfhydryl and carbonyl contents were also determined.The MGO scavenging abilities of melanin derived from apricot kernel skin and AG were detected by reversed phase high-performance liquid chromatography／diode array detector（RP-HPLC-DAD）.The results showed that melanin derived from apricot kernel skin had expressed an extra-strong inhibitory activity against the formation of AGEs（P＜0.05）in the three model systems，with the highest inhibition ratios as 73.81%，42.22%and 38.57%respectively.Melanin derived from apricot kernel skin could significantly increase protein sulfhydryl content in BSA-Glucose（P＜0.05）and scaveng the MGO.The MGO scavenging ability of melanin derived from apricot kernel skin increased along with the reaction time.The highest scavenging ratio reached 63.54%after 24 h’s reaction.

maillard reaction，advanced glycation end products，apricot kernel skin，melanin

（西北農林科技大學林學院西部環境與生態教育部重點實驗室1，楊凌 712100）

（西北農林科技大學食品科學與工程學院2，楊凌 712100）

S662.2

A

1003-0174（2015）02-0050-07

國家自然科學基金 （31101217），國家林業局林業公益性科研專項（200904020）

2013-10-28

李紅姣，女，1987年出生，博士，森林培育理論與技術

趙忠，男，1958年出生，教授，森林培育理論與技術李巨秀，女，1972年出生，副教授，食品化學和功能食品