槲皮素降脂減肥機制研究進展

孫 卉,滕 浩,杜密英,趙 冬,王敬涵,何志貴,*

(1.桂林旅游學院休閑與健康學院,廣西桂林 541006;2.西北工業大學生命學院,陜西西安 710072)

槲皮素(Quercetin)是人類植物性食物中最常見的黃酮類化合物,廣泛存在于蔬菜、水果、茶葉及葡萄酒和橄欖油中[1]。自然界中天然存在著多種槲皮素糖苷衍生物,如圖1。槲皮素具有多種生理活性作用,如抗氧化[2]、降脂減肥、降血糖、抗腫瘤[3]、抗炎癥[4]等作用。

圖1 槲皮素及其在植物中的單糖苷[11]

肥胖癥已成為全球性的流行病,并且患病率日益增加[5]。據WHO數據表明,截止到2015年,世界范圍內20歲以上成人中有13億人處于超重狀態,6億人達到肥胖水平[6]。肥胖與Ⅱ型糖尿病、心血管疾病和非酒精性脂肪肝疾病等代謝綜合征的發生密切相關[7],同時是通過損壞人體免疫系統而誘發多種癌癥的主要因素[8-10]。本文就槲皮素通過影響機體脂肪代謝,影響脂肪細胞的增殖、分化與凋亡,調節肥胖相關炎癥因子等降脂減肥機制進行綜述,以期為相關營養產品的開發提供理論參考。

1 槲皮素影響機體脂肪代謝

1.1 調節膳食營養物質的吸收

1.1.1 調節膳食中脂肪的吸收與消化 膳食中的脂肪被人體胰脂肪酶分解成游離脂肪酸而被人體吸收和利用,而膽固醇酯會被膽固醇酯酶分解成游離的膽固醇后在小腸溶解于膽固醇膠束才能被人體吸收和利用[12-15]。因此抑制消化酶對脂肪和膽固醇的分解作用、限制膽固醇膠束的形成可以起到降脂的作用。Toma等[16]研究表明含有槲皮素的辣木葉提取物能夠抑制胰腺膽固醇酯酶和胰脂肪酶的活性。而蘇建輝等[15]使用純度為98%的槲皮素研究其對膽固醇酯酶活性抑制作用,以及通過體外模擬人體小腸環境研究其對膽固醇膠束溶解度的抑制作用,結果表明槲皮素(0.5 mg/mL)對膽固醇酯抑制作用達到92%,槲皮素(2 mg/mL)對膽固醇膠束溶解度的抑制作用為56.9%。說明槲皮素能夠抑制膽固醇酯分解為游離的膽固醇,并且能夠降低膽固醇在膠束溶液中的溶解度,抑制小腸對膽固醇的吸收,起到降脂的目的。

1.1.2 調節膳食葡萄糖的吸收 葡萄糖的過量攝入能夠在體內轉變為脂肪,抑制機體對葡萄糖的吸收可降低肥胖的風險。根據前人研究發現通過正常飲食,人體血漿中槲皮素濃度峰值不高于0.1～1 μmol/L[17],但是腸道中的含量很高[18],可以在腸道中發揮作用。腸道內細胞對葡萄糖的攝入需要借助葡萄糖轉運體,研究發現槲皮素通過與葡萄糖轉運體GLTU2的非糖結合位點結合的非競爭性抑制,能有效抑制細胞對葡萄糖和果糖的吸收[19-21]。Strobel等[22]研究發現,槲皮素(16 μmol/L)能夠抑制大鼠脂肪細胞中甲基葡萄糖的攝取。通過計算機模擬,其作用機制可能是直接與葡萄糖轉運蛋白GLUT4結合而發揮作用。另外,王斯慧等[23]發現槲皮素可以抑制α-葡萄糖苷酶的活性,其半抑制濃度(IC50)是0.055 mg/mL。Martinez-Gonzalez等[24]研究表明槲皮素可以通過氫鍵相互作用和疏水性相互作用與α-淀粉酶活性位點結合從而抑制α-淀粉酶的生理活性,其IC50為(12.7±1.2) μmol/L。因此,槲皮素可以通過抑制葡萄糖轉運蛋白對葡萄糖的轉運,以及抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性來阻礙葡萄糖的消化和吸收。

1.2 槲皮素影響甘油三酯的積累

成熟脂肪細胞中甘油三酯的積累是由脂肪分解、循環中脂肪酸攝取、脂肪酸β-氧化和脂肪生成的平衡決定的[25]。

Kuipers等[26]研究發現槲皮素可通過降低肝載脂蛋白B(APOB)表達,增加皮下白色脂肪對甘油三酯(TG)來源的脂肪酸的吸收,形成褐變的皮下白色脂肪組織,從而起到降低血液TG的作用。Moon等[27]研究發現富含槲皮素的洋蔥皮提取物可降低3T3-L1細胞的脂質積累,顯著降低細胞內TG的含量,同時通過高脂飲食大鼠實驗發現膳食補充185(mg/kg rat)槲皮素可以減少體內脂肪約25%的增加量。此外在諸多動物實驗中槲皮素可以降低血漿TG水平已經被反復的證明了,在高脂飲食或高果糖飲食中添加不同濃度的槲皮素(含量從0.025%～0.33% w/w)槲皮素都降低了血漿TG水平,這表明槲皮素是一種有效的調節血漿TG水平的物質[28-30]。

1.3 調節肝臟和脂肪組織中的脂質代謝

肝臟是維持動物新陳代謝平衡的重要器官。然而,長期食用高脂肪食物會導致內源性脂質代謝異常,從而形成脂肪肝[31]。

圖2 槲皮素降低血漿甘油三酯(TG)的機制[26]

Chang等[30]通過C57BL/6J小鼠研究發現槲皮素調控與脂質代謝相關的肝臟基因表達。結果顯示含有槲皮素(0.05%～0.25%)的高脂肪飲食可以降低體重、肝臟重量、肝臟白色脂肪組織體積和肝脂肪積累,改善肝臟中的TBARS和谷胱甘肽水平。研究發現補充槲皮素后Fnta、Pon1、Pparg、Aldh1b1、Apoa4、Abcg5、Gpam、Acaca、Cd36、Fdft1、Fasn等基因發生了改變。Porras等[32]對C57BL/6J小鼠進行16周高脂飲食(HFD)補充或不添加槲皮素的研究發現,槲皮素可通過調節脂質代謝基因表達、細胞色素P450 2E1(CYP2E1)依賴的脂質過氧化和相關脂毒性,降低肝內脂質積累,降低胰島素抵抗和NAFLD活性評分。

2 槲皮素影響脂肪細胞的增殖、分化與凋亡

肥胖是由于脂肪細胞的性質發生改變產生的,可能是脂肪細胞數量的增加或者體積的增加,或者數量和體積都增加[33]。由于脂肪生成與脂肪細胞的分化和成熟密切相關,在脂肪細胞生命周期的不同階段誘導細胞凋亡和抑制脂肪生成是治療肥胖的目標途徑[34]。

槲皮素可以通過降低線粒體膜電位下調PARP、Bcl-2,激活Caspase-3、Bax和Bak,誘導3T3-L1前脂肪細胞凋亡,還是磷酸二酯酶(PDE)抑制劑,能夠降解脂肪細胞中的脂質[34]。Ahn等[35]將3T3-L1前脂肪細胞和脂肪細胞暴露于槲皮素中,發現槲皮素可以通過激活AMPK信號通路發揮其抗脂肪生成的活性,而通過調控ERK和JNK通路誘導的成熟脂肪細胞凋亡。槲皮素具有抑制脂肪前細胞增殖、誘導脂肪前細胞凋亡、促進成熟脂肪細胞脂解等多種作用。

槲皮素對脂肪細胞生成的抑制作用在動物體內實驗同樣得到了證實。Forney等[36]研究中顯示槲皮素(50 μg/d)和補充洋蔥提取物均阻止了高脂飲食誘導的白色脂肪細胞體積增加,處理組的脂肪細胞密度均大于高脂飲食組。Moon等[27]研究發現口服富含槲皮素的洋蔥提取物(OPE)能夠降低高脂飲食大鼠體重及各臟器的脂肪積累,顯著下調過氧化物酶體增殖激活受體(PPAR)γmRNA和CCAAT/增強子結合蛋白(C/EBP)αmRNA表達水平,抑制脂肪生成基因脂肪酸合成酶(FAS)、乙酰輔酶a羧化酶(ACC)的表達,上調肉堿棕櫚酰轉移酶-1α(CPT-1α)和解偶聯蛋白-1(UCP-1)的表達，表明槲皮素可以促進脂質分解代謝,抑制脂質生成。

3 槲皮素影響肥胖相關炎癥因子

肥胖是一種慢性低度炎癥狀態,在肥胖狀態下,肥大、增生的脂肪細胞會分泌大量的促炎癥因子[37-38],如白細胞介素6(IL-6)、單核細胞趨化蛋白-1(Mcp-1)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等,進而誘發各種疾病。

由于高脂喂養時可能導致脂肪組織炎癥,Forney等[36]在實驗中檢測了皮下白色脂肪組織(IWAT)和內臟白色脂肪組織(EWAT)中幾種慢性炎癥前標記物的基因表達,包括Cd11b、Cd68、F4/80和Mcp-1。小鼠口服補充槲皮素后顯著降低了IWAT和EWAT中Cd68和Mcp-1的表達,降低了IWAT中Cd11b的表達,IWAT和EWAT的F4/80及EWAT中Cd11b表達和高脂組無明顯差異，同時IL-6的水平也相對高脂組明顯降低。Rivera等[39]用瘦Zucker大鼠(LC)和肥胖Zucker(OC)大鼠進行實驗,發現添加槲皮素10 mg/kg降低了OC組和LC組大鼠的體重,并顯著降低了TNF-α的分泌。白紀紅等[40]用槲皮素治療高脂飼養的非酒精性脂肪肝大鼠,實驗結果表明槲皮素能夠降低IL-18的表達,升高IL-10的表達,減輕高脂飲食帶來的指標異常。這些實驗表明槲皮素能夠有效改善高脂引起的炎癥因子的表達異常。

4 槲皮素與其他物質的降脂協同作用

槲皮素與其他生物活性成分聯合使用具有降脂協同作用。Leng等[41]研究了Crocin(CRO)、綠原酸(CGA)、梔子苷(GEN)、槲皮素(QUE)以及四種化合物(CCGQ)的結合對人肝癌(HepG2細胞)脂質積累的影響和分子機制。結果表明,與單獨治療相比,用CCGQ治療HepG2細胞48 h后,在甘油三酯和總膽固醇水平均有明顯的協同作用,其脂質沉積顯著降低。CCGQ治療增加ATP結合轉運蛋白(ABCA1)、膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)和AMP-活化蛋白激酶2α(AMPKα2)mRNA的表達,同時降低固醇調節元件結合蛋白2(SREBP2)和肝X 受體α(LXRα)mRNA的表達,特別是在降低3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶a(HMGCR)的表達方面CCGQ比單獨處理更有效。Lai等[42]將2400 IU/kg維生素D、400 mg/kg白藜蘆醇、2000 mg/kg槲皮素和1040 mg/kg染料木素聯合使用減少了卵巢切除老年大鼠的體重增加,骨髓脂肪細胞顯著減少,并改善了骨密度。

5 槲皮素的臨床應用

有學者對于槲皮素降脂減肥的作用在臨床上進行了初步研究。Mazloom等[43]給年齡在30～60歲之間的2型糖尿病患者服用口服槲皮素(250 mg/d)8周顯著降低了血清LDL水平。Pfeuffer等[44]研究中所有受試者每天攝入150 mg槲皮素后,腰圍降低,甘油三酯濃度降低,高密度脂蛋白濃度增加。然而,在另一項研究中[45],93名超重肥胖的代謝綜合征患者攝入槲皮素后血清c反應蛋白、體重、腰圍、脂肪量與對照組相比沒有顯著差異,反而血清高密度脂蛋白膽固醇的含量降低,低密度脂蛋白/高密度脂蛋白膽固醇的比例增加。這說明,槲皮素雖然是具有降脂減肥作用的有效生物活性成分,但是人體之間由于生活習慣、遺傳背景等情況不同,其在人體內是否能起到相同的作用還有待進一步研究。

6 討論與展望

槲皮素具有多種生理活性,但其生物利用度低制約了槲皮素在臨床上的應用。槲皮素的生物利用度低,究其原因一是由于槲皮素溶解性差,口服利用率低。槲皮素的溶解度在水中僅為1 μg/mL,在模擬胃液中為5.5 μg/mL,在模擬腸液中為28.9 μg/mL;通過放射性標記發現槲皮素的口服吸收率為20%～50%[46]。二是槲皮素的代謝率高。動物體內存在的葡萄糖醛酸苷轉移酶(UGTs)會將槲皮素代謝為7-,3-,3′-及4′-位的葡萄糖醛酸苷,使其具有較高的首過效應[47],同時腸道菌群對槲皮素也具有開環分解作用[48],口服50 mg/kg槲皮素1 h后代謝率為93%[49]。

研究人員通過化學修飾、復合載體提高槲皮素生物利用度已經取得了一定進展。Kim等[50]將丙氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸等具有疏水側鏈的9種氨基酸偶聯到槲皮素上,水溶性增加了6.8～53倍,半衰期延長,同時增加了犬腎細胞(MDCK)的腸道通透性。其他學者[51]也合成了槲皮素醚類衍生物、槲皮素酯類衍生物、槲皮素胺類衍生物等以提高槲皮素的水溶性。李韶靜等[52]制備的槲皮素固體分散體以聚維酮K30、聚乙二醇6000和木糖醇為載體,顯著提高了槲皮素的溶出率,生物利用度為槲皮素二水合物原藥料的61倍。而近年來國內外學者越來越多的采用納米技術改良槲皮素生物利用度,其應用也取得了良好的效果。Sun等[53]制備的槲皮素納米脂質體將槲皮素的水溶性提高了1000倍,提高了其促人乳腺癌細胞MCF-7和 MDA-MB-231凋亡的能力。Sousa-Batista等[54]制備的槲皮素-脂質納米膠囊改善了單體槲皮素對利什曼病的治療效果。槲皮素-蛋白[55]、槲皮素-多糖[56]、槲皮素-二氧化硅[57]等納米粒子也被廣泛的研究。吳剛[58]用多巴胺分子進一步修飾槲皮素-四氧化三鐵納米粒子增強了其抗腫瘤的靶向性和生物相容性。然而目前槲皮素納米粒子的應用研究多針對其抗腫瘤作用,對降脂減肥作用的研究較少,因此如何提高槲皮素降脂減肥作用的化學改良方法還需要具體的研究。

綜上所述,槲皮素是一種具有降脂減肥作用的黃酮化合物,探明槲皮素發揮降脂減肥效力的最佳劑量和靶向的作用位點,以及性別差異、攝入方式等對降脂的效果是否有影響,將對槲皮素在保健功能食品和藥物開發等方面具有重要意義。