淺談植物化學物對慢性病的防治研究

孫洪俊

近30 年來,中國經濟不斷高速地發展,食物供應充分和人民生活水平提高,我國城鄉的膳食結構發生了顯著變化。由原來的東方膳食結構變遷為如下三種膳食結構：①貧困和偏遠地區居民保持了東方膳食結構；②經濟發達地區(大城市)居民已經是西方經濟發達國家膳食結構；③其他地區居民從原來的東方膳食結構向西方經濟發達國家膳食結構過渡［1］。由此引發的慢性病對健康的影響日益突出,已成為重大的公共衛生問題。據國內外經驗表明,慢性病是可以通過合理措施有效防治的疾病,其中,植物化學物的膳食干預是既簡單方便又經濟有效的措施。

1 植物化學物的慢性病防治生物學作用

除了含有蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質等多種營養成分外,食物中還有很多物質對人體健康有益,雖然其構不成維持機體生長發育所必需的物質,但對生理機能調節、身體保健和疾病預防發揮了不可估量的作用,目前稱此類物質為“食物中的生物活性成分”［2］。其中來自于植物性食物中的生物活性成分,被稱為“植物化學物”,包括類胡蘿卜素、黃酮類化合物、酚酸、有機硫化物、萜類化合物等。早在1950～1959 年,有研究［3］就提出對人體具有藥理學作用的物質,就來源于植物次級代謝產物(植物化學物)。然而對其活性成分缺乏全面的研究,直到近些年來,越來越多的營養工作者投入其研究,對植物中這些生物活性成分,如何能促進機體健康進行了系統地闡明。

1.1 抑制腫瘤作用 十字花科植物種類很多,包括芥菜,大白菜,油菜,蘿卜,白菜等。它們不僅富含維生素C 和胡蘿卜素,而且提取的芥子油苷代謝物萊菔硫烷(SFN)可活化細胞培養系統中有解毒作用的Ⅱ相酶—苯醌還原酶(QR)；某些酚酸會與活化的致癌劑共價結合,且使致癌劑與DNA 的結合位點被掩蓋,DNA 損傷所造成的致癌作用進而被阻止；植物雌激素在人肝臟可誘導性激素結合球蛋白(SHBG)的合成,促進更多雌激素與SHBG 的結合,從而使雌激素促腫瘤生長的作用得以降低［4,5］。蛋白酶抑制劑與蛋白酶形成復合物,抑制蛋白酶活性并且易于發揮抗癌作用,因為蛋白酶是使某些癌癥浸潤的重要因素。大豆中的異黃酮和皂苷可以預防骨質疏松并抑制腫瘤血管生成,它還可以抑制結腸癌,肝癌和其他腫瘤細胞的生長［6］。此外,谷物中存在的植酸,可與金屬物質結合,以減少引起癌癥的自由基的產生［7］。

1.2 抗氧化作用 現已發現的類胡蘿卜素、黃酮類、多酚、植物雌激素、有機硫化物和蛋白酶抑制劑等多種植物化學物,都有明顯的抗氧化作用。原兒茶酸和綠原酸等酚酸含有多價酚羥基,它可以通過自動氧化釋放電子,從而直接清除各種自由基并維持氧化還原系統與游離自由基之間的平衡；花色苷對自由基的清除能力甚至大于常見的抗氧化劑(丁基羥基茴香醚和維生素E)；紅葡萄酒中的多酚提取物以及黃酮醇(如槲皮素)可有效的保護低密度脂蛋白(LDL)不被氧化；飲茶可明顯降低吸煙者的DNA 氧化損傷,這一效應與茶中富含的多酚類物質有關［8,9］。

1.3 免疫調節作用 許多動物實驗結果均表明,類胡蘿卜素具有免疫功能調節作用,增強免疫功能作用在有機硫化物、皂苷和植酸上有所體現,而部分黃酮類化合物對免疫有抑制作用。全谷物、豆類和堅果中的植酸和阿魏酸可以減少自由基對組織的損害,提高人體免疫力。

1.4 抑制微生物作用 研究證實球根狀植物具有抗微生物作用,主要是因其含有有機硫化物,如大蒜中的蒜素,其為有機硫化物,就具有較強的抑制微生物作用。芥子油苷的代謝產物為硫氰酸鹽和異硫氰酸鹽,它們也都有抗微生物活性。在日常生活中有一些漿果,如樹莓和藍莓用來預防和治療感染性疾病,可見經常食用這類水果同樣會起到抗微生物作用。

1.5 降膽固醇作用 在腸道中皂苷與初級膽酸結合成微團,因其體積過大不能通過腸壁,而對膽酸的吸收減少了,增加膽酸的排出；在多酚(如花色苷)促使下,膽酸由內源性膽固醇在肝臟內進行合成,從而使血中的膽固醇濃度降低；植物固醇和小腸微團中的膽固醇可相互替代,微團中的膽固醇被游離出來,即膽固醇的腸內吸收相應減少；白藜蘆醇可抑制膽固醇合成的限速酶—羥甲基戊二酸單酰輔酶A(HMG-CoA)的還原性,可以減少膽固醇的合成［10］。

1.6 其他生物學作用 植物化學物還可調節血糖、血壓、血凝和血小板以及抑制炎癥等作用。維持視網膜功能方面,葉黃素發揮了重要作用；金屬離子與植酸具有較強的螯合能力。

2 植物化學物的慢性病防治研究

近年來,國內外醫學界對慢性病防治工作越來越重視,研究探討了各種防治慢性病的措施,其中最重要的一種措施是利用植物化學物來防治慢性病。營養科研工作者通過植物化學物膳食干預試驗研究和人群的大樣本量前瞻性隊列研究等一系列的營養流行病學調研工作,為植物化學物對慢性病的防治作用提供了有力的證據。Na 團隊［11］通過營養膳食干預實驗發現,芒果苷可使血清甘油三酯、胰島素抵抗和游離脂肪酸指數降低,提高高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、β-羥丁酸、左旋肉堿和乙酰乙酸水平并增加脂肪蛋白酶活性,一定程度的降低動脈粥樣硬化(AS)的 危險因素。Zhang ZQ 團隊［12］研究表明,人血清中含有不同比例的類胡蘿卜素,在我國成人血清中的水平與骨密度和非酒精性脂肪肝患病率有關。Zhang Y 團隊［13］發現槲皮素通過提高血漿抗氧化能力和降低血漿同型半胱氨酸水平來抗 AS 效應,而大豆異黃酮抗 AS 作用可能與其降低甘油三酯和尿酸水平相關。Luo WP 團隊［14］對1057 名結直腸癌患者進行實驗研究顯示,攝入有色水果蔬菜的量與其疾病的發生呈負相關關系。提示多進食水果蔬菜,特別是有色的水果蔬菜對降低結直腸癌的發生可能有重要的預防作用。Wu YC 團隊［15］對23201 名患者的22 項相關研究的薈萃分析表明,水果、蔬菜及大豆制品都可使乳腺癌患病率降低。Kalani 團隊［16］和Gao Y 團隊［17］研究表明,許多植物化學物具有一樣的生物通路和作用靶分子,且作用常常相互重合。以DNA 甲基化為例,姜黃素、槲皮素、白藜蘆醇等都可預防其過度甲基化,而保持抑癌基因正常的表達。

3 植物化學物與中藥材有效成分相關性探討

唐代醫學家孫思邈以食物功能來說“用之充饑則謂食,以其療病則謂之藥”,提出了“食療”和藥食同源的觀點。根據我國16 世紀以前的藥學經驗做總結,明代李時珍撰寫了《本草綱目》,其中有關抗衰老的藥膳和保健藥物數量就達253 種。從人類長達幾百萬年積累的實踐經驗和感性認識得出上述學說,與現代營養學的植物化學物慢性病防治學說極為相似。

隨著現代營養學、中藥化學等科學的深入發展,祖國傳統醫學的學說正逐步得到現代科學的揭示。經化學分析顯示：黃酮類化合物既存在于綠茶、各種有色水果及蔬菜中,也含于黃芩、葛根、銀杏葉中；皂苷即存在于大豆、薯蕷中,也含于甘草、黃芪、柴胡中；萜類化合物即存在于柑橘類水果、芹菜、胡蘿卜中,也含于穿心蓮、青蒿、龍膽中［18］；槲皮素不僅存在于金銀花等多種中藥材中,而且在多種水果中也含有；熊果酸在蘋果和中藥玄參及絡石藤中富有；阿魏酸在桔類水果和中藥當歸中存在［19］。說明植物化學物與中藥材有效成分有很多是重疊的。也就是說,中藥材養生保健等慢性病防治作用的有效成分大部分就是植物化學物。

4 討論

目前,我國在綠原酸、槲皮素、葉黃素、大豆異黃酮、大蒜素、茶多酚等植物化學物的提取分離、成分鑒定、生理功效及代謝方面都進行了研究,對食物中植物固醇、花色苷、類黃酮含量進行了分析,初步運用分子生物學和代謝組學的方法探討其作用機制,開辟了營養學研究的新領域。由于營養工作者對植物化學物的深入研究,豐富了人們對膳食中非營養成分作用的認識。而如何在流行病學和循證營養學的基礎上充分驗證植物化學物在防治人類慢性疾病過程中的生理作用、有效劑量、協同作用和安全性,是營養工作者面臨的艱巨任務。另外,采取何種措施從食物、中藥材和藥食兩用植物中提取、分離和純化植物化學物,建立其體外快速篩選的檢測方法,將作用機制與構效關系進行探討,實現植物化學物進一步產業化,也是營養工作者努力的方向。值得欣慰的是,有些植物化學物的研究成果已成為人類合理膳食的行為準則,在2013 版中國營養學會修訂的膳食營養素參考攝入量(DRIs)增加了特定建議值(SPL),建議除營養以外對人體健康有益的食物成分的每日攝入量；2016 版中國居民膳食指南中,也提到了植物化學物的作用,并作為“食物多樣,谷類為主”、“多吃蔬果、奶類、大豆”的依據之一。有理由相信,植物化學物在慢性病防治中具有良好的應用前景,將發揮重要的作用。