幾種色素抑制過氧亞硝酸根損傷酪氨酸能力的對比

張辰暘 魏安琪 王妍 謝子奇 羅云敬

摘 要 過氧亞硝酸根可以通過強氧化性及強硝化性損傷酪氨酸，從而損害人體健康.姜黃素、原花青素、槲皮素和柚皮素具有抗氧化、抗硝化性，但其自身顏色在研究酪氨酸硝化損傷的常規方法中易造成干擾.為測定色素抑制3-硝基酪氨酸生成的能力，使用高效液相色譜-二極管陣列檢測器（HPLC-PDAD， High Performance Liquid Chromatography-Photodiode Array Detector）法對硝化損傷體系成分進行分離，使用熒光光譜法測定色素抑制酪氨酸二聚體生成能力，鄰苯三酚自氧化法測定超氧根陰離子抑制能力.結果表明3-硝基酪氨酸抑制率從大到小為姜黃素、原花青素、柚皮素、槲皮素、VC；酪氨酸二聚體抑制率從大到小為原花青素、姜黃素、柚皮素、槲皮素、VC；鄰苯三酚自氧化抑制率從大到小為姜黃素、槲皮素、柚皮素、VC，原花青素無明顯影響.分析表明4種色素成分抗氧化、抗硝化能力與其結構密切相關.

關鍵詞 高效液相色譜-二極管陣列檢測器；熒光光譜法；過氧亞硝酸根；酪氨酸損傷；黃酮類色素

中圖分類號 Q55文獻標識碼 A文章編號 1000-2537（2017）06-0034-06

Abstract Peroxynitrite has strong oxidized and nitrified ability which can damage tyrosine and do harm to human health. Curcumin， proanthocyanidins， quercetin and naringenin are resistant to oxidation and nitrification. However， they are easily disturbed tyrosine damage detection in conventional methods. In this paper， the components of the nitrified injury system were separated and the ability of the pigments to inhibit 3-nitrotyrosine was determined by using HPLC-DAD. The inhibitory rates of dimer-tyrosine and the ·O-2 from pyrogallol autoxidation were determined by fluorescence spectroscopy. The results showed 3-nitrotyrosine inhibition rate： Curcumin > Proanthocyanidins > Naringenin > Quercetin； Dimer-tyrosine inhibition rate： Proanthocyanidins> Curcumin > Naringenin > Quercetin； pyrogallol autoxidation inhibition rate： Curcumin > Naringenin > Quercetin， while proanthocyanidins have no significant effect. The results showed that the anti-oxidized and anti-nitrified ability of four pigments components were closely related to their structures.

Key words HPLC-PDAD； fluorescence spectrometry； peroxynitrite； tyrosine damage； flavonoid pigments

人體處于亞健康狀態時過量累積的超氧根陰離子自由基（·O-2）與一氧化氮自由基（NO·）能夠結合生成具有強氧化性、強硝化性的過氧亞硝酸根自由基（Peroxynitrite， ONOO-， PN），ONOO-在中性條件下（pH=7.4）的半衰期為1.9 s，并且能夠在納摩濃度上保持較長的穩定[1]，同時具有強氧化性與強硝化性，因而其擴散能力、損傷能力均高于·O-2與NO·. ONOO-誘導酪氨酸硝化損傷的產物3-硝基酪氨酸（3-NT）除可作為蛋白質硝化損傷標志物外，其自身累積也會造成體內氧化應激損傷的增強[2-3].ONOO-還可在催化劑作用下氧化損傷酪氨酸生成酪氨酸二聚體[4]，從而影響蛋白質的生理結構.因此，研究過氧亞硝酸根的氧化、硝化抑制劑，對于維持生物大分子正常生理功能、預防疾病、保護人體健康具有重要意義.

近年來食品工業高度發達，食用色素的使用十分廣泛，研究表明黃酮類、多酚類天然食用色素具有良好的抗氧化功能[5-10]，張迪[11]、趙靜[12]等驗證了原花青素、槲皮素與柚皮苷的抗氧化能力，魯吉珂[13]、周麗娟[14]、周舒文[15]等研究了姜黃素抗氧化、清除自由基的能力，但對于食用色素成分抑制過氧亞硝酸根損傷酪氨酸的能力的研究報道較少.由于色素成分自身顏色在常規紫外分光光度法中易造成干擾，并且自由基損傷酪氨酸實驗體系成分較為復雜，本文利用高效液相色譜法對體系成分進行分離，研究對比姜黃素、原花青素、槲皮素和柚皮素抑制過氧亞硝酸根誘導酪氨酸硝化的能力；使用熒光光譜法探究4種色素抑制過氧亞硝酸根氧化損傷酪氨酸的能力，并使用鄰苯三酚自氧化法探究其抗氧化機理，實驗使用維生素C（VC）作為陽性對照.

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

e2695高效液相色譜儀（美國Waters公司），SunFireRM C18（4.6 mm×150 mm，5 μm）色譜柱（美國Waters公司），U-3010紫外-可見分光光度計（日本日立公司），SH-3數顯恒溫磁力攪拌器（北京金紫光科技發展有限公司），KQ-500DB數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器公司），PHS-25數顯酸度計（上海精密科學儀器公司），DKB-450A電熱恒溫水槽（上海森信試驗儀器有限公司），BS-210S電子天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司），PR020XXM1純水機（北京PALL純水公司），DL-300掌上離心機（北京鼎國生物公司），SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵（上海科升儀器有限公司），F-4500熒光分光光度計（日本日立公司）.

亞硝酸異戊酯購于國藥集團化學試劑有限公司，正己烷（色譜純）、過氧化氫（30%）、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、維生素C、焦性沒食子酸和無水乙醇購于天津市福晨化學試劑廠，二氧化錳、氫氧化鈉、亞硫酸氫鈉和鹽酸購于北京化工廠，L-酪氨酸、L-3-硝基酪氨酸、甲醇（色譜純）、姜黃素、槲皮素、柚皮素購于上海安譜科學儀器有限公司，三羥甲基氨基甲烷、氯化血紅素購于北京鼎國昌盛生物技術有限責任公司，原花青素購于北京普天同創生物科技有限公司.試劑除標注外均為分析純，實驗用水均為二次去離子水.姜黃素、槲皮素、柚皮素使用無水乙醇配置為1×10-3 mol/L的儲備液，原花青素、VC使用去離子水配置為1×10-3 mol/L的儲備液.

1.2 過氧亞硝酸根溶液的制備

過氧亞硝酸根溶液使用UPPU與PRYOR的方法制備[16]，由過氧化氫與亞硝酸異戊酯發生取代反應生成，使用前用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液稀釋，使用紫外-可見分光光度計測定過氧亞硝酸根濃度.

1.3 HPLC法對幾種色素抑制過氧亞硝酸根誘導酪氨酸硝化的研究

1.3.1 3-硝基酪氨酸標準曲線的制作 準確稱取3-硝基酪氨酸標準品11.3 mg，使用0.05 mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液（pH=7.4）定容至50 mL，然后分別稀釋至10，50，100，200，500和1 000 μmol/L.分別取上述溶液1 mL過0.22 nm有機相微孔濾膜進液相進行檢測，以3-硝基酪氨酸濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標，繪制標準曲線.色譜條件：色譜柱選擇SunFireRM C18反相色譜柱，其規格為4.6 mm×150 mm，粒徑5 μm.流動相V（甲醇）∶V（PBS）=1∶9（pH=7.4），流速1.0 mL/min，進樣量10 μL，柱溫37 ℃，檢測波長420 nm.

1.3.2 姜黃素等對過氧亞硝酸根誘導的3-NT生成的影響 在棕色EP管中加入1.5 mL濃度為1 mmol/L的酪氨酸溶液，隨后加入不同體積的濃度為1×10-3 mol/L的姜黃素溶液，使其終濃度分別為0，3.3，10.0，16.6，23.3，33.3，50.0和66.6 mmol/L，使用PBS溶液補齊至2.8 mL，混合物于37 ℃水浴孵育5 min后加入200 mmol/L的ONOO-溶液，于37 ℃水浴攪拌反應6 h.原花青素、槲皮素、柚皮素和維生素C實驗組做相同處理.色譜條件同1.3.1.

1.4 熒光法對幾種天然色素對過氧亞硝酸根誘導酪氨酸氧化的抑制作用研究

1.4.1 二聚體-過氧亞硝酸根標準曲線 在生理條件下（pH7.4的Tris-HCl緩沖溶液，37 ℃），酪氨酸濃度為1.0×10-3 mol/L，氯化血紅素1.0×10-6 mol/L，只改變ONOO-的濃度（濃度范圍為1.0×10-6～2.0×10-3 mol/L），制作標準曲線，熒光光譜儀主要參數：掃描模式Emission，數據模式Fluorescence，激發波長317 nm，發射波長范圍350～500 nm，掃描速度1 200 nm/min.

1.4.2 姜黃素等對過氧亞硝酸根誘導的酪氨酸二聚體生成的影響 在10 mL塑料離心管中分別加入500 μL酪氨酸（1.0×10-3 mol/L），50 μL氯化血紅素（1.0×10-6 mol/L），不同體積的姜黃素（1.0×10-3 mol/L），使用Tris-HCl緩沖溶液（pH 7.4）補齊體積至4 950 μL，以無水乙醇作為空白對照，最后加入50 μL的ONOO-溶液啟動反應（ONOO-的濃度每次通過紫外分光光度計測定其含量，并稀釋到1.0×10-2 mol/L），瞬間手持渦旋10 s，隨后于37 ℃水浴中反應20 min.反應完成后取3 mL于1 cm比色皿中，測定反應液熒光強度.原花青素、槲皮素、柚皮素和維生素C實驗組做相同處理.熒光光譜儀主要參數同1.4.1.

1.5 熒光法測定天然色素對鄰苯三酚自氧化反應的抑制作用

取2.80 mL pH=8.2 的Tris-HCl 緩沖液，0.10 mL 三蒸水一同放入一5 mL比色管中，另取0.10 mL 鄰苯三酚溶液（60 mmol/L）放入另一5 mL比色管中，將兩比色管同時放入25 ℃水浴中保溫20 min.隨后，將兩比色管中溶液迅速混合后快速搖勻，靜置30 s后于1 cm比色皿中放入熒光光譜儀檢測，記錄激發波長446 nm、發射波長502 nm光譜條件下的熒光動力學曲線.該曲線0～5 min 部分的斜率為V0.將0.10 mL 水換為不同濃度的姜黃素溶液，熒光動力學曲線的斜率為Vs.添加原花青素、槲皮素、柚皮素及維生素C實驗組按照上述實驗條件做同樣處理.熒光光譜主要參數：掃描模式Time，數據模式Fluorescence，激發波長446 nm，發射波長502 nm.

2 結果與討論

2.1 幾種色素對過氧亞硝酸根誘導酪氨酸硝化的抑制作用

2.1.1 3-NT標準曲線 在本文色譜條件下，3-硝基酪氨酸（3-NT）色譜峰與其他峰明顯分開，可以對其進行準確定量.標準曲線y=18.968x-0.158 7，R2=0.999 6，線性關系良好.

2.1.2 幾種色素成分對過氧亞硝酸根誘導酪氨酸硝化的色譜分析

由圖1可以看出，在加入姜黃素、原花青素、槲皮素和柚皮素的體系中，酪氨酸硝化損傷產物3-NT的生成量隨色素加入量增加而不同程度地降低，并且對比VC下降趨勢更加明顯.

2.1.3 色素成分對過氧亞硝酸根硝化酪氨酸的抑制作用 以譜圖中對應位置處峰面積參照3-NT標準曲線計算濃度，按式（1）計算天然產物對ONOO-損傷的抑制能力，所得結果見表1.

抑制率=（1-I2/I1）×100%，（1）

式中：I1為未添加食用色素時ONOO-誘導酪氨酸硝化生成3-NT的濃度；I2為添加食用色素時ONOO-誘導酪氨酸硝化生成3-NT的濃度.

分析發現，在本文濃度范圍內姜黃素、原花青素、槲皮素及柚皮素對于過氧亞硝酸根引發的酪氨酸硝化損傷均有不同程度的抑制作用，抑制能力從大到小為姜黃素、原花青素、柚皮素、槲皮素、VC.濃度為10 μmol/L時，姜黃素抑制率仍達到72.52%，原花青素為57.56%，槲皮素、柚皮素均在48.5%左右，而同樣濃度的VC抑制率僅12.38%，較低濃度的4種色素表現出良好的抗硝化活性.姜黃素分子中具有多個功能基團，如兩個苯丙烯酰基骨架、苯環上的酚羥基與甲氧基及丙烯基、β-雙酮/烯醇式結構的連接，使其具有良好的抗硝化活性[17].

2.2 幾種色素對過氧亞硝酸根誘導酪氨酸二聚體生成的抑制

2.2.1 二聚體-過氧亞硝酸根標準曲線 以過氧亞硝酸根濃度為橫坐標，二聚體熒光值為縱坐標制作標準曲線，標準曲線y=3.738x+306.8，R2=0.996，線性關系良好.

2.2.2 幾種色素對過氧亞硝酸根誘導酪氨酸氧化的熒光光譜分析 4種色素對于過氧亞硝酸根誘導的酪氨酸氧化均具有不同程度的抑制作用，抑制能力與色素濃度呈正相關（圖2），其中姜黃素作用最為明顯，不同濃度姜黃素抑制酪氨酸二聚體生成的熒光光譜見圖2（a）.

2.2.3 色素成分對過氧亞硝酸根誘導酪氨酸氧化的抑制作用 以光譜圖中λex/em=317/408 nm處的熒光值，參照二聚體-過氧亞硝酸根濃度標準曲線，計算ONOO-濃度，按公式（2）計算天然色素的抑制率，所得結果見表2.

式中：I1為未添加天然色素時ONOO-誘導酪氨酸氧化生成酪氨酸二聚體的濃度；I2為添加天然色素時ONOO-誘導酪氨酸氧化生成酪氨酸二聚體的濃度.

結果表明，姜黃素、原花青素、槲皮素及柚皮素對過氧亞硝酸根氧化酪氨酸均具有不同程度的抑制作用.隨著幾種天然色素的濃度不斷增加，酪氨酸二聚體的生成量逐漸減少，抑制作用從大到小為原花青素、姜黃素、柚皮素、槲皮素、維生素C.在低濃度（2 μmol/L）時，4種色素已能夠抑制過氧亞硝酸根誘導酪氨酸氧化損傷，姜黃素、原花青素、槲皮素及柚皮素的抑制率分別達到了24.03%，50.80%，7.20%及20.99%，而同濃度的維生素C抑制率僅1.30%，其中微量的原花青素表現出良好的抗氧化活性，而槲皮素雖有報道顯示其可以抑制ONOO-引起的魯米諾化學發光反應和硝化反應[18]，但在抑制ONOO-氧化酪氨酸過程中，槲皮素的抗氧化活性不及其他幾種天然色素.

2.3 幾種色素對鄰苯三酚自氧化的抑制作用

檢測結束后，讀取熒光動力學曲線擬合出的反應速率，按公式（3）計算天然色素對鄰苯三酚自氧化的抑制能力，以色素濃度為橫坐標，抑制率為縱坐標作圖，見圖3.

式中：V0為未添加天然色素時鄰苯三酚自氧化速率；Vs為添加天然色素時鄰苯三酚自氧化速率.

結果表明，姜黃素、原花青素、槲皮素及柚皮素對鄰苯三酚自氧化過程均具有不同程度的抑制作用.由圖可知，隨著幾種色素的濃度不斷增加，鄰苯三酚自氧化速率不斷降低，當濃度達到300 μmol/L時，姜黃素、槲皮素及柚皮素的抑制率分別為64.66%， 33.60%，19.88%，而同濃度的維生素C抑制率為10.66%，3種色素成分表現出良好的清除超氧根陰離子的能力.原花青素在此實驗中未表現出良好的抑制作用，可能由于其以聚合物形式存在，在該體系中其空間結構影響了抗氧化活性[19].

3 結論

由上述試驗可知，姜黃素、原花青素、槲皮素、柚皮素均具有良好的抗氧化、抗硝化能力，其中姜黃素的作用最為明顯，其苯環上的酚羥基、甲氧基和β-雙酮結構能夠有效保護生物大分子免于過氧亞硝酸根的氧化、硝化損傷.姜黃素、槲皮素、柚皮素能夠通過清除過氧亞硝酸根分解產生的超氧根陰離子實現其抗氧化功能，而原花青素由于其多聚物的存在形式，對超氧根陰離子的抑制效果并不明顯.本文對探究食用色素成分在人體內的代謝、保健作用機理具有啟示作用.本文分析方法對于成分復雜的食用色素-自由基體系可以進行準確分析，對于未來新型食品添加劑的抗氧化、抗硝化能力分析具有一定指導作用.

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