黑米花青苷的功能研究進展

孫澤，邵夢麗，陳思敏，胡穎俊，周寶龍，周佳，李新生，，鄭紅星，，祁珊珊，*

（1.陜西理工大學生物科學與工程學院，陜西 漢中 723000；2.陜西省黑色有機食品工程技術研究中心，陜西 漢中 723000；3.陜西雙亞糧油工貿有限公司，陜西 漢中 723000）

黑米又稱血糯米或紫糯米，是中國古老而珍稀的稻米資源。與普通白米相比，黑米不僅含有豐富的膳食纖維、植物性蛋白質、人體必需的多種氨基酸、維生素以及鐵、銅、鋅等礦物質，還含有功能性成分——花青苷。黑米花青苷是從黑米的麩皮中提取出的天然黃酮類化合物，因其具有較強的抗氧化活性和清除自由基能力，在促進人體健康方面顯現出了潛能，因此黑米花青苷的理化性質和功能作用引起科研工作者的廣泛關注。本文主要綜述黑米花青苷在抗氧化、抗炎、降血脂、抗糖尿病并發癥、抗癌以及抗衰老等方面的藥理作用和功能，揭示其在功能食品、醫藥領域的應用前景，為黑米花青苷在大健康產業中的應用提供參考。

1 黑米花青苷的組分

黑米花青苷是黑米麩皮的提取物，主要以糖苷形式存在于植物中，其中的花青苷組分較單一，黑米花青苷主要組分有矢車菊素-3-O-葡萄糖苷、矢車菊素-3，5-二葡萄糖苷、矢車菊素-3-鼠李糖苷、天竺葵-3，5-二葡萄糖苷、芍藥素-3-葡萄糖苷、芍藥素-3-阿拉伯糖苷、錦葵素-3-半乳糖苷等8種，其中矢車菊素-3-O-葡萄糖苷占到了花青素總成分含量的95%以上[1]。有研究表明，采用鹽酸甲醇溶液超聲可高效提取黑米花青苷，可有效避免花青苷水解問題，且提取出的花青苷中矢車菊素-3-O-葡萄糖苷占到了樣品總含量的57.3%～74.5%[2]。

2 黑米花青苷的藥理學作用

2.1 抗氧化作用

石娟等[3]采用灌胃的方式喂養小鼠，分別設置低、中、高劑量組（50、100、200 mg/kg），喂養相應濃度的黑米花青苷粗品，30 d后發現小鼠的脾和胸腺指數增加，肝臟、腎臟、心臟及血清中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、總抗氧化能力（total antioxidant capacity，T-AOC）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）活性顯著增加，丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量有所下降，氧自由基的清除能力明顯提高。李雯等[4]比較了黑米花青苷、西洋參皂苷、靈芝多糖以及二苯乙烯苷單一組分的抗氧化活性，結果表明黑米花青苷的抗氧化活性優于西洋參皂苷、靈芝多糖以及二苯乙烯苷。梁引庫等[5]通過體外抗氧化實驗，發現黑米花青苷對羥基自由基、超氧陰離子的抑制率和總抗氧化活性隨著其濃度的增大而增強。

2.2 降血脂作用

許多學者研究發現黑米花青苷具有調節血脂的作用。張名位等[6]研究發現，給予高血脂大鼠黑米花青苷可以降低高脂血癥大鼠的血脂水平，改善體內的氧化應激狀態，并且發現黑米皮中的花色苷和不飽和脂肪酸是其發揮抗氧化和降血脂作用的主要物質基礎。徐惠龍[7]研究發現，黑米花青苷能夠明顯降低血清總膽固醇（total cholesterol，TCHO）、甘油三酯（triglyceride，TG）、動脈硬化指數（arteriosclerosis，AS）、載脂蛋白 B（apolipoprotein-B，ApoB）水平，增加高密度脂蛋白膽固醇（high density liptein cholesterol，H-DLC）、載脂蛋白AI（ApoA-Ⅰ）含量，并且與劑量呈正相關，表明黑米皮可明顯改善高脂血癥大鼠的脂代謝異常，具有調節高脂飲食引起的脂質代謝紊亂的作用。WANG等[8]通過給予小鼠高脂高膽固醇飼料構建高膽固醇模型小鼠，并每日給予黑米花青苷進行治療，結果表明補充黑米花青苷可有效緩解小鼠體質量、肝質量、腎周脂肪質量和附睪脂肪質量的增加。卓學銘等[9]給高血脂小鼠飼喂黑米花青苷15周后，通過檢測總膽固醇（total cholesterol，TCHO）含量、低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）含量、高密度脂蛋白膽固醇（high density liptein cholesterol，H-DLC）含量、甘油三酯（triglyceride，TG）含量，研究花青苷的抗血脂作用，結果表明，黑米花青苷具有調節血脂的作用。Liu等[10]通過給予高膽固醇飼料建立高膽固醇模型，在飼料中加入黑米花青苷飼喂12周，結果發現黑米花青苷可通過調控相關基因的表達水平，降低膽固醇在腸道中的吸收，促進膽固醇在腸道中的反向轉運。此外，黑米飲食還可以修復因高膽固醇飲食而受損的腸道組織，增加腸道有益菌的比例。

2.3 抗糖尿病及其并發癥作用

2.3.1 降血糖作用

2019年中國患糖尿病人數約為1.16億人，據統計，中國已成為全球糖尿病患病人數最多的國家[11]。因此糖尿病的治療逐漸進入人們的視野，通過膳食改善糖尿病癥狀更符合人們在日常生活中的需要。矢車菊素-3-O-葡萄糖苷是黑米花青苷中的重要活性單體，鄭紅星等[12]發現，黑米花青苷中的矢車菊素-3-O-葡萄糖苷可降低糖尿病大鼠血糖，通過給予鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠矢車菊素-3-O-葡萄糖苷8周，可顯著降低糖尿病大鼠血糖，改善糖尿病大鼠“三多一少”，其降血糖作用與臨床一線藥物二甲雙胍無顯著性差異。厲成玲等[13]通過給予小鼠腹腔注射四氧嘧啶構建糖尿病大鼠模型，并分組給予黑米提取物黑米多酚灌胃4周，發現黑米提取物對四氧嘧啶誘導的糖尿病小鼠血糖升高趨勢具有抑制作用。Bhuyan等[14]發現，黑米提取物中的矢車菊素-3-O-葡萄糖苷可有效與6-磷酸果糖轉氨酶結合，產生顯著的降血糖作用。

2.3.2 抗糖尿病性骨質疏松癥作用

糖尿病性骨質疏松癥（diabetic osteoporosis，DOP）是糖尿病并發癥之一，主要表現在骨量減少及骨骼微結構破壞、骨骼脆性增加，骨折風險提高，致殘、致死率高[15]。祁珊珊等[16]通過鏈脲佐菌素注射法建立了糖尿病大鼠模型，并灌胃給予糖尿病大鼠黑米花青苷提取物給藥8周后發現，黑米花青苷可增加糖尿病大鼠骨密度，降低血清骨周轉標志物，高劑量組骨微結構和破骨細胞數目恢復正常，同時黑米花青苷提取物可抑制糖尿病大鼠骨髓脂肪生成，治療組大鼠骨組織中成骨特異性轉錄因子（RUNX2）明顯升高。其他天然產物如杜仲總黃酮、番茄紅素等對糖尿病誘導的骨質疏松癥也具有改善作用，其作用機制與黑米花青苷一致[17]。上述結果表明，黑米花青苷以及同類花青素提取物可以改善糖尿病引起的骨丟失，具有抗糖尿病性骨質疏松癥的作用，其主要機制是通過抑制骨轉換、抑制骨髓脂肪生成、上調RUNX2表達來實現的。

2.3.3 抗糖尿病腎病作用

糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病的嚴重并發癥，約30%的糖尿病患者有腎病、蛋白尿等嚴重癥狀，最終發展為糖尿病腎病，是造成糖尿病患者死亡主要原因之一，53%的DN患者死于腎衰竭[18]。糖尿病腎病作為一種危害人類健康的慢性疾病，已成為一個重要的公共衛生和社會問題。祁珊珊等[19]研究發現，黑米花青苷的主要活性成分矢車菊素-3-O-葡萄糖苷可以修復糖尿病腎病引起的腎功能紊亂、腎足細胞損傷、抑制腎小球細胞外基質聚集和腎纖維化，同時，在該研究中還比較了黑米矢車菊素-3-O-葡萄糖苷與臨床一線藥物賴諾普利在抗糖尿病腎病方面的功效，發現黑米矢車菊素-3-O-葡萄糖苷與賴諾普利在抗糖尿病腎病方面無顯著性差異。黑米花青苷抗糖尿病腎病的機制與其他天然產物如三七總皂苷抗糖尿病腎病的機制類似，均是通過抗氧化、抗炎、抑制腎臟纖維化來實現的。

2.3.4 抗糖尿病視網膜病變

糖尿病視網膜病變（diabetic retinopathy，DR）是一種具有特異性改變的眼底病變，是糖尿病性微血管病變中重要并發癥之一。在高糖狀態下，機體通過葡萄糖自氧化、多元醇途徑和蛋白質糖化等過程產生氧化應激，誘導過氧化物過度表達，使抗氧化機制紊亂，引發視網膜細胞變性，導致視網膜損傷。祁珊珊等[20]用腹腔注射鏈脲佐菌素的方法構建了糖尿病模型大鼠，并灌胃給予糖尿病大鼠黑米花青苷提取物200 mg/（kg·d），給藥8周后，通過病理組織學方法觀察了視網膜組織結構及其形態計量學參數、超氧化物歧化酶活力、丙二醛含量變化，研究發現，與模型組比較，黑米花青苷給藥組大鼠視網膜結構形態明顯好轉，視網膜內界膜連續性較好，內核層以及外核層細胞排列整齊，視網膜總厚度、內核層厚、外核層厚度均較模型組顯著增厚，單位距離神經節細胞數目較模型組顯著增多，表明黑米花青苷具有改善糖尿病大鼠視網膜結構，改善糖尿病性視網膜病變的作用，同時，該研究發現黑米花青苷可改善糖尿病大鼠的脂質氧化。

2.4 抗炎作用

Zhao等[21]通過使用黑米花青苷提取物與迷迭香酸治療葡聚糖硫酸鈉誘導的結腸炎小鼠發現，黑米花青苷與迷迭香酸混合治療對結腸炎疾病活動指數、一氧化氮（Nitric Oxide，NO）含量、血清白細胞介素-1β（IL-1β）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）的表達呈現很強的抑制作用，其中黑米花青苷提取物對結腸炎小鼠腸道組織的修復作用、腸道中NO含量、血清IL-6水平及IL-6和誘導型一氧化氮合成酶（iNOS mRNA）表達的抑制作用強于迷迭香酸。結果表明，黑米花青苷提取物可用作治療人類炎癥性腸病的功能性食品或營養制品。Wu等[22]通過使用高脂飼料喂養小鼠構建肥胖小鼠模型，并使用黑米花青苷給予治療，發現黑米花青苷治療組肝臟中 TNF-α、IL-6、核因子 κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）和一氧化氮合成酶（iNOS）基因的表達水平顯著降低，表明黑米花青苷可以減輕高脂飲食引起的肝臟炎癥。Tancharoen等[23]以5-氟尿嘧啶誘導構建口腔黏膜炎大鼠，用黑米花青苷治療1個月后發現，黑米花青苷通過抑制NF-κB信號通路活化，對5-氟尿嘧啶誘導的口腔黏膜炎具有良好的抗炎作用。

2.5 抑制腫瘤細胞增殖

疾病動物模型的實驗研究表明，長期膳食黑米產品或黑米提取物可以通過抑制腫瘤細胞磷酸化或其上游信號通路來防治某些類型的癌癥。Teng等[24]通過皮下注射小鼠乳腺癌細胞構建腫瘤模型小鼠，在瘤內注射50 μL黑米花青苷溶液（20 mg/mL），結果發現黑米花青苷可以通過抑制上皮細胞向間質細胞的轉變來提高局部熱療和轉移，從而顯著抑制腫瘤生長，并且黑米花青苷具有良好的光熱穩定性和光熱轉換效率，可使黑米花青苷溫度升高，達到足以誘導腫瘤細胞死亡的效果。姜偉偉等[25]研究發現，黑米花青苷可以抑制人前列腺癌細胞（PC-3）細胞增殖，其作用機制可能是通過上調活性氧（ROS）和NO的水平導致線粒體損傷，細胞色素C釋放到細胞漿，促使p38和應激活化蛋白激酶（JNK）磷酸化，激活JNK和p38信號傳導通路，從而誘導PC-3細胞凋亡。人表皮生長因子受體-2（human epidermal growth factor receptor-2，HER-2）過量表達會導致乳腺癌患者的癌細胞增殖快，易發生轉移，羅麗萍等[26]的研究發現黑米花青苷能通過下調HER-2磷酸化水平，抑制HER-2陽性乳腺癌細胞的生長、增殖，并促進癌細胞凋亡。劉春遠等[27]研究發現，黑米花青苷可以抑制結腸癌細胞（SW480）的增殖、阻滯細胞周期的進展、促進結腸癌細胞的凋亡。

2.6 抗衰老作用

機體衰老雖然是不可避免的，但是通過合理飲食、平衡營養等方式延緩衰老卻是有可能的。Li等[28]研究發現，黑米花青苷可作為膳食抗氧化劑的來源，通過野生果蠅進行實驗，將黑米花青苷加入果蠅的食物中，最終發現通過補充黑米花青苷可以調節果蠅谷胱甘肽代謝，神經活性配體-受體相互作用，以及叉形頭轉錄因子（FOXO）信號通路和雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號傳導途徑來延長果蠅的壽命并改善運動功能的損傷。Lu等[29]研究結果表明，黑米花青苷具有抗衰老作用，其抗衰老機制與黑米花青苷能增強腦、肝、腎的抗氧化活性，提高衰老相關酶活性以及改變基因表達等作用密切相關。

2.7 抑制腦缺血引發的腦梗死及記憶力衰退

Wattanathorn等[30]通過高脂肪飼料喂養大鼠誘導代謝綜合癥，以黑米花青苷與草茴香的聯合提取液飼喂模型大鼠21 d，研究結果表明，黑米花青苷可降低MDA、IL-6和NF-κB水平、提高額葉皮質抗氧化酶活性和一氧化氮合成酶的表達，同時增加了大鼠血管管腔直徑，減少了頸總動脈內膜和中膜的厚度，研究表明，黑米花青苷對腦梗死具有改善作用。Hwang等[31]通過采用假手術建立腦缺血模型小鼠，并給予模型小鼠黑米花青苷灌胃治療21 d后發現，小鼠海馬神經元死亡明顯減少，反應性星形膠質細胞增生顯著抑制，在Morris水迷宮試驗中，黑米花青苷顯著改善了動脈閉塞誘導的記憶損傷，上述結果表明補充黑米花青苷對腦缺血有顯著抑制作用。

2.8 抗雌激素過低引起的骨質疏松癥

絕經后骨質疏松癥（postmenopausal osteoporosis,PO）常見特征為骨量減少，骨微結構破壞，骨密度降低，給絕經后女性生活帶來不便[32]。Lee等[33]通過切除大鼠卵巢誘導大鼠骨質疏松模型，并給予大鼠每日灌胃黑米提取物，發現黑米提取物可防止卵巢切除誘導的骨丟失，其通過調節骨代謝，緩解絕經后骨質疏松，在絕經后骨質疏松治療方面具有很大潛力。Shimizu等[34]研究發現，富含花青苷的歐洲越橘提取物也對去卵巢大鼠骨質疏松癥具有治療作用，歐洲越橘提取物給藥8周后大鼠的骨體積分數（bone volume fraction，BV/TV）、骨密度（bone mineral density，BMD）、骨小梁密度（trabecular thickness，Tb.Th）和骨小梁數量（trabecular number，Tb.N）水平升高，骨小梁分離度（trabecular separation，Tb.Sp）水平降低，表明富含花青苷的歐洲越橘提取物可緩解骨質疏松，其與黑米花青苷的作用效果類似。

2.9 抗肝損傷

路宏朝等[35]通過給予小鼠50%酒精灌胃11 d，建立酒精性肝損傷小鼠模型，治療組進行黑米花青苷灌胃治療，結果發現小鼠肝臟中的SOD、GSH活力增高、MDA含量顯著降低，說明黑米花青苷可通過清除體內自由基、防止脂質過氧化達到改善酒精性肝損傷的效果。王治博等[36]通過對大鼠腹腔注射四氯化碳，建立大鼠急性肝損傷模型，給予黑米花青苷灌胃7 d，每天1次，發現黑米花青苷能夠有效緩解四氯化碳誘導的肝損傷。Jiang等[37]研究發現，每日攝入矢車菊素-3-O-β-葡萄糖苷可通過抑制肝星狀細胞活化來預防四氯化碳誘導的小鼠肝纖維化進展，這為臨床預防肝纖維化提供了依據。

2.10 其他作用

除了上述功能作用，黑米花青苷還具有其他的藥理作用。Sunarti等[38]研究發現，添加黑米提取物的羊奶可通過改善糖尿病大鼠的血脂水平和抑制視黃醇結合蛋白的表達來降低胰島素抵抗。Ona Kevin等[39]研究發現，黑米中的粗花青素提取物能夠緩解急性鉛中毒，為急性鉛中毒的治療提供了新的方法。

3 小結與展望

當前大眾對于食品的安全以及營養方面需求不斷增高，黑米花青苷具有抗氧化、抗炎、降脂、抗衰老、抗癌等功效，是健康科學的膳食營養補充劑。此外，黑米花青苷對糖尿病、心血管疾病、骨質疏松癥等慢性疾病以及其他非傳染性疾病具有防治作用。黑米花青苷在疾病防治和慢性疾病營養干預中發揮了重要作用。我國黑米資源豐富，黑米花青苷在食品、功能食品和醫藥產業中具有較好的應用前景。