黑果腺肋花楸花色苷研究進(jìn)展

蔣欣琪,張悅健,李騰騰,王哲義,王饒穎,盧 濤

(北京中醫(yī)藥大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,北京 100029)

黑果腺肋花楸(Aroniamelanocarpa(Michx.)Ell.),簡稱黑果,別名不老莓,是薔薇科腺肋花楸屬多年生落葉灌木,原產(chǎn)于北美、歐洲等地,天然分布于北美大湖區(qū)東北部,對土壤、氣候適應(yīng)性極強(qiáng)。研究表明,黑果腺肋花楸中富含生理活性物質(zhì),如花色苷、黃酮類、花青素、胡蘿卜素等物質(zhì)[1]。黑果于20世紀(jì)90年代引入中國,是一種具有生態(tài)性、食用性與藥用性的經(jīng)濟(jì)樹種。

花色苷是一類由花色素與糖以糖苷鍵形式結(jié)合而成的化合物,廣泛存在于不同植物的花、果實(shí)和葉的細(xì)胞液中,在黑果中含量最高[2],約占其多酚類化合物總量的26%。花色苷具有多種生物活性,包括抗氧化[3]、抗癌[4]、抑菌[5],抗炎[6]等;還被廣泛應(yīng)用于預(yù)防和治療心血管疾病[7]、糖尿病[8],可增強(qiáng)人體免疫系統(tǒng)功能等,其目前的提取技術(shù)已較為成熟,工藝多樣化、操作簡便、提取率較高,為進(jìn)一步開發(fā)黑果花色苷提供了技術(shù)保障。綜上,本研究先整體綜述了黑果腺肋花楸的活性成分,再從提取工藝、生理功能與醫(yī)用研究三個角度,結(jié)合近年來國內(nèi)外對黑果有效成分花色苷的最新研究成果,重點(diǎn)闡述黑果花色苷的研究進(jìn)展。

1 黑果腺肋花楸的主要成分

1.1 營養(yǎng)成分

黑果腺肋花楸的營養(yǎng)成分包括蛋白質(zhì)、各種維生素、磷脂質(zhì)、碳水化合物、膳食纖維、微量元素和礦物質(zhì)(碘、鉀、鈣、錳、銅、硼、鐵、鋅、鎂)等[9]。

1.2 有效成分

黑果腺肋花楸的有效成分主要是總酚類化合物,如原花青素、花色苷、花青素等。通過查閱文獻(xiàn)可知,黑果腺肋花楸中有效物質(zhì)的含量明顯高于黑莓、覆盆子、黑加侖子等水果[10-11]。

1.2.1 原花青素 原花青素是植物中廣泛存在的一大類多酚類化合物的總稱,由一定量的兒茶素和表兒茶素微粒結(jié)合而成。原花青素是黑果口味酸澀、呈色偏黑的關(guān)鍵成分,大約占總酚含量的66%[9],通過植物實(shí)驗研究發(fā)現(xiàn)[12],原花青素主要存在于黑果果肉、皮、核中,其中果渣中原花青素的含量最高,達(dá) 8 192mg/100g,且種類豐富[13]。原花青素具有很強(qiáng)的抗氧化作用,是一種新型高效抗氧化劑[9]。

1.2.2 花色苷 花色苷由花色素和糖以糖苷鍵的形式結(jié)合構(gòu)成,為紅色的水溶性色素,屬于類黃酮。從植物細(xì)胞液中提取花色苷是最主要的獲得方式,占比可達(dá)黑果酚類化合物的26%左右[2]。花色苷的母核結(jié)構(gòu)為2-苯基-苯并吡喃,研究者對花色苷的結(jié)構(gòu)修飾研究主要集中在母核結(jié)構(gòu)的羥基化、甲氧基化、酰基化和酯基化。其中羥基化使花色苷活性更強(qiáng),但會降低其穩(wěn)定性;甲氧基化、酯基化和酰基化也能增強(qiáng)其穩(wěn)定性[14-15]。研究發(fā)現(xiàn),黑果果實(shí)中所含的花色苷有4 種,分別為矢車菊素-3-半乳糖苷(68.68%)、矢車菊素-3-阿拉伯糖苷(25.62%)、矢車菊素-3-木糖苷(0.42%)和矢車菊素-3-葡萄糖苷(5.28%)[16],均具有清除體內(nèi)自由基、增殖葉黃素、抗突變、預(yù)防高血壓的作用[17]。其中,清除自由基的功能主要與其分子中的羥基有關(guān)。此外,花色苷還可以增強(qiáng)夜視能力[11],加之其安全、無毒,目前已在保健品、化妝品、醫(yī)藥品等行業(yè)廣泛應(yīng)用[9]。

1.2.3 花青素 花青素是花色苷水解得到的有色苷元,在黑果中含量豐富,約占其總酚類的25%[9]。花青素也是水果、蔬菜、花卉中的主要顯色成分,花青素不僅能抗氧化,還能降低酶的活性,抵抗突變,不但可以作為營養(yǎng)添加劑,而且可以代替苯甲酸作為防腐劑,符合現(xiàn)代社會對于天然、安全、健康的要求[9]。

1.3 其他成分

黑果中黃酮具有抗疲勞、維持身體多個系統(tǒng)的健康作用[18];類黃酮、兒茶酚具有抗氧化、抗輻射和抗突變作用[19];甾醇類化合物具有調(diào)控脂肪代謝作用[20]。綜上,黑果腺肋花楸的主要成分物質(zhì)含量豐富,具有顯著的保健功效。而且,黑果中花色苷在已知植物中含量最高,是葡萄的100倍、香蕉的1 500倍[21],具有抗腫瘤、抗感染、抗疲勞、抗氧化、視覺保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)、降血脂等多種功效[22-23],具有很大的藥用開發(fā)價值。

2 花色苷的提取工藝

通過文獻(xiàn)調(diào)查可知,目前黑果花色苷的提取技術(shù)較為成熟,工藝多樣化(表1)。常見的提取方法有酸輔助提取法、熱水提取法、超聲波輔助提取法、酶輔助提取法等。在這些方法中,酸輔助提取法提取便捷且提取率較普通水提法更高[24]。酶輔助提取法步驟繁瑣,但耗能低、提取率較高且用量少[25]。此外,酶輔助提取法的提取率與酶的類型、pH值相關(guān),劉清偉等[26]研究比較了蝸牛酶、纖維素酶、果膠酶在不同pH條件下對花色苷提取率的影響,結(jié)果表明pH值為6.8時最適于花色苷的提取,含量達(dá)6.64mg/g。超聲波輔助提取法是近年發(fā)展起來的一項新技術(shù),其具有提高效率與產(chǎn)品純度、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)[27-28]。

表1 黑果腺肋花楸花色苷不同提取方法及效果

3 花色苷的生理功能

通過檢索中英文數(shù)據(jù)庫并分析相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),黑果花色苷在臨床應(yīng)用中表現(xiàn)出多種生理活性,如抗氧化、抗炎等,并能有效防治多種慢性疾病。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研,運(yùn)用Cytoscape 3.7.2軟件繪制“花色苷-生理功能-醫(yī)學(xué)疾病”關(guān)系圖(圖1),圖中紅色矩形表示花色苷,綠色圓形表征生理功能,黃色圓形表征醫(yī)學(xué)疾病,圓形大小表示報道花色苷與該生理功能/醫(yī)學(xué)疾病的文獻(xiàn)數(shù)目,數(shù)目越多,圓形越大。通過分析發(fā)現(xiàn),黑果黃色苷在抗氧化(抗衰老)中研究富集,一定程度上提示其具有較強(qiáng)的抗氧化、抗衰老作用[3];在醫(yī)學(xué)疾病方面,研究花色苷對肝病、癌癥、糖尿病防治效果的文獻(xiàn)較多,對胃腸道等疾病研究較少,有待加強(qiáng)。

圖1 “花色苷-生理功能-醫(yī)學(xué)疾病”關(guān)系

3.1 抗氧化和抗衰老作用

中國科學(xué)院心理研究所統(tǒng)計結(jié)果顯示[32],中國亞健康人群比例高達(dá)76%,而亞健康狀態(tài)的起因與活性氧、自由基的效應(yīng)密切相關(guān);同時,我國老齡化嚴(yán)重,2019年底,65周歲及以上人口已達(dá)1.76億,媒體上20歲即開始衰老、80后集體早衰的話題不斷涌現(xiàn)。

黑果富含多酚類化合物,特別是花色苷,具有去除ABTS自由基的能力[3],賦予了黑果較大的抗氧化活性和抗衰老特性[6],提示黑果在抗衰老行業(yè)有巨大的市場空間。MARIE等[33]的體內(nèi)試驗表明,黑果花色苷可以作為自由基清除劑,抑制促氧化酶的活性。鄭麗娜等[34]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可以在一定程度上延長氧化損傷下果蠅的存活時間,這一現(xiàn)象得益于超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的抗氧化活性。有研究發(fā)現(xiàn),相較于谷胱甘肽、丙二醛,花色苷可以使小鼠肝臟組織的SOD活性顯著上升[35]。此外,GOUPY等[36]通過比較酚基吡喃花色苷衍生物和Vitisin A類衍生物對自由基的清除能力,結(jié)果發(fā)現(xiàn)酚基吡喃花色苷具有更強(qiáng)的抑制作用[37],不同結(jié)構(gòu)的黑果花色苷具有不同的抗氧化活性[38]。

3.2 抗炎和抑菌作用

隨著現(xiàn)代化的快速發(fā)展和生活方式的改變,炎癥疾病已成為影響人類生活健康的一大威脅,也是全球研究熱點(diǎn)與突破難點(diǎn)。炎癥的產(chǎn)生伴發(fā)組胺的釋放,繼而誘發(fā)許多疾病,而花色苷可通過抑制產(chǎn)生組胺所需的酶,從上游阻斷組胺生成,減輕炎癥反應(yīng)[36]。APPEL等[6]和BOTTING等[39]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷衍生物可通過抑制人外周血單核細(xì)胞分泌因子,顯著降低人血管內(nèi)皮細(xì)胞中的促炎細(xì)胞因子,進(jìn)而降低腫瘤細(xì)胞的存活率,并提高機(jī)體的抗炎作用。綜上,黑果花色苷具有減緩炎癥疾病的功效。

同時,黑果花色苷還具有顯著的抑菌作用。苗妙等[5]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷對產(chǎn)氣腸桿菌、脂環(huán)酸芽孢桿菌、陰溝腸桿菌、枯草芽孢桿菌均具有較好的抑菌活性。LIEPINA等[40]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷對引起尿路感染的細(xì)菌也有一定的抗菌作用。另外,HANDELAND等[41]通過抑菌性實(shí)驗,發(fā)現(xiàn)黑果花色苷對菌種的抑菌效能隨花色苷的濃度增加而升高,可通過增加黑果花色苷的攝入量,增強(qiáng)對尿路感染患者的抗菌干預(yù),發(fā)揮其較強(qiáng)的抗炎作用[36]。這些研究表明,黑果花色苷具有預(yù)防和治療由細(xì)菌引起的炎癥類疾病的潛能。

3.3 保護(hù)神經(jīng)作用

神經(jīng)系統(tǒng)是機(jī)體內(nèi)起主導(dǎo)作用的系統(tǒng),可分為中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)兩大部分。神經(jīng)系統(tǒng)通過突觸、神經(jīng)遞質(zhì)等傳遞信息,進(jìn)而調(diào)控內(nèi)部器官的活動[18]。通過對內(nèi)科類疾病進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)保護(hù)神經(jīng)可以降低糖尿病患者產(chǎn)生并發(fā)癥的風(fēng)險[8]。有研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可使老鼠垂直運(yùn)動增加,通過補(bǔ)充黑果花色苷,可增加海馬體中乙酰膽堿酯酶的活性,還可以通過增加海馬穿通神經(jīng)纖維的密度來保護(hù)神經(jīng)[42]。黑果花色苷可增強(qiáng)老年大鼠學(xué)習(xí)能力,改善其運(yùn)動功能[18]。因而,保護(hù)神經(jīng)調(diào)節(jié)對改善機(jī)體功能顯得尤為重要。

3.4 保肝明目作用

《素問·金匱真言論》曰:“肝開竅于目,肝生血?dú)?人身之本。”[38]而黑果花色苷可從肝入手,整體同調(diào),防治肝病,明目通睛。YANG等[43]通過臨床試驗研究黑果花色苷對肝纖維化的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)黑果花色苷可促進(jìn)肝臟代謝,防止酒精攝入過量后引發(fā)的酒精性肝硬化。英國學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),肥胖小鼠口服黑果果汁連續(xù)6周后,其體內(nèi)固醇結(jié)構(gòu)蛋白、乙酰輔酶A羧化酶和脂肪酸合酶mRNA的活性都得到了一定的提升[9]。此外,有文獻(xiàn)報道顯示,花色苷具有保護(hù)視力,改善夜間視力和改善青光眼的視網(wǎng)膜血液流動等功效[11]。陳珊珊等[44]通過體外細(xì)胞實(shí)驗研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷能從細(xì)胞凋亡、抗氧化等方面,保護(hù)人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞。

3.5 其他作用

除了以上功效,黑果花色苷還具有抗疲勞、抗輻射等作用。李瑞芳[18]給予實(shí)驗小鼠黑果花色苷,結(jié)果小鼠疲勞游泳時間明顯延長,且濃度越高,效果越明顯,與未灌胃黑果組相比,黑果花色苷組血乳酸含量明顯降低,說明黑果中花色苷具有抗運(yùn)動性疲勞的作用。對于抗輻射功能,張永祥等[45]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可提高輻射后皮膚成纖維細(xì)胞的存活率,降低細(xì)胞內(nèi)ROS的含量和MMP-1的分泌水平,具有較好的抗紫外線能力。

4 花色苷的醫(yī)用研究

4.1 預(yù)防和治療心腦血管疾病

心腦血管疾病是一種嚴(yán)重威脅人類健康的常見病,中國心腦血管病研究報告顯示,心腦血管疾病死亡率居首位,全球每年死于該病的人數(shù)高達(dá)1 500萬[9]。抗心血管疾病流行病學(xué)研究表明,花色苷的攝入可顯著降低心血管疾病死亡率[7],花色苷具有防止 DNA損傷、避免脂質(zhì)過氧化、通透毛細(xì)血管、恢復(fù)血管彈性等功效。

目前,PARZONKO等[46]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可通過激活Nrf 2轉(zhuǎn)錄因子及 HO-1因子的表達(dá),使其黏附纖連蛋白,在體外的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶Ⅱ電位降低,從而保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞。黑果花色苷還有助于降血脂、改善胰島素抵抗、改善動脈血管硬度并促進(jìn)血管內(nèi)皮舒張,KIM等[47]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷會使Akt和eNOS發(fā)生氧化磷酸化反應(yīng),并且通過抑制血管活性前列腺素的形成,以及內(nèi)皮衍生的超極化因子介導(dǎo)反應(yīng),從而起到松弛作用。黑果花色苷還可以降低高血壓、高膽固醇血癥、糖尿病患者和吸煙者的血小板超氧化物陰離子的產(chǎn)生率[48]。MALINOWSKA等[49]通過體外誘發(fā)半胱氨酸的模型研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可使體外凝血時間變長,從而抑制血小板聚集、凝血酶誘發(fā)的纖維蛋白原聚合,可降低纖維蛋白聚合的最大速度并穩(wěn)定健康人血漿中纖維蛋白的形成。既往研究報道提示[16],黑果花色苷可有效阻止疾病的進(jìn)一步發(fā)展,對動脈粥樣硬化和血管損傷導(dǎo)致的膽固醇沉積有一定的預(yù)防和治療作用。

4.2 預(yù)防和治療癌癥

2020年2月,世界衛(wèi)生組織公布了一組數(shù)據(jù):全球每年新發(fā)癌癥病例1 600多萬。因癌癥造成的死亡人數(shù)不斷增加,癌癥防治已成為我國的重要公共衛(wèi)生問題。最新研究表明[4],花色苷在細(xì)胞實(shí)驗中被證實(shí)具有促癌細(xì)胞凋亡的效應(yīng)——Cy-3-rut可誘導(dǎo)白血病細(xì)胞凋亡。KATARINA等[50]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷對子宮癌、胎記瘤和慢性粒細(xì)胞性白血病有一定的抑制作用。還有研究發(fā)現(xiàn),在化療周期中添加黑果提取物健康營養(yǎng)補(bǔ)充劑,可以提高藥物治療胰腺癌的療效[51],特別適用于難以治愈的癌癥。王化等[52]通過MTT比色法初步考察了花色苷對人胃癌細(xì)胞的影響,結(jié)果表明其中兩種花色苷成分均能有效抑制癌細(xì)胞的增殖。

此外,黑果花色苷的抗癌特性對人體結(jié)腸癌Caco-2細(xì)胞增殖具有非常顯著的抑制作用,MALIK等[53]研究了黑果花色苷對人結(jié)腸癌細(xì)胞周期的阻斷作用,結(jié)果提示,黑果花色苷對癌細(xì)胞的抑制作用是通過抑制其生長完成的,而不是通過細(xì)胞毒性作用來完成的。LING等[54]研究花色苷在黑果中的作用,發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控Ca2+穩(wěn)態(tài)和凋亡相關(guān)基因,可以抑制線粒體功能障礙,保護(hù)SH-SY5Y細(xì)胞免受Ca2+引起的凋亡。但目前花色苷在人體內(nèi)究竟如何吸收、代謝,其機(jī)理尚不明確。

4.3 預(yù)防和治療糖尿病

目前,糖尿病的發(fā)病率日益增長,預(yù)測到2025年糖尿病患者人數(shù)將增加至3億。已有研究證實(shí)[8],黑果花色苷的攝入可以增加葡萄糖代謝,降低高脂飲食動物的血糖濃度,降低患糖尿病的風(fēng)險。體外實(shí)驗結(jié)果也表明,黑果花色苷代謝物可作為抗糖尿病藥物,預(yù)防糖尿病的發(fā)生[55]。BRONCEL等[17]研究發(fā)現(xiàn),針對糖尿病患者,通過服用黑果果汁,連續(xù)堅持2個月,可有效改善代謝綜合征患者體征,使其紅細(xì)胞抗氧化酶的活性提高,血壓降低,且不依賴于胰島素代謝。綜上,黑果制品為糖尿病類代謝性疾病的預(yù)防和治療提供了潛在的新方法。

4.4 預(yù)防和治療消化系統(tǒng)疾病

根據(jù)世界衛(wèi)生組織報告,胃腸道炎癥、消化性潰瘍等消化系統(tǒng)疾病是嚴(yán)重危害人類健康的全球性疾病,目前胃病和肝病造成的疾病負(fù)擔(dān)占所有疾病的十分之一[9]。根據(jù)最新研究顯示,經(jīng)常食用黑果產(chǎn)品還具有保護(hù)腸胃的作用[56]。黑果產(chǎn)品因其富含花色苷而具有減重功效,WANG等[20]研究發(fā)現(xiàn),利用黑果花色苷誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞脂肪并建立NAFLD體外模型,由于花色苷與甘油三酯擁有B環(huán)(-OH)結(jié)合,可以減少脂肪在肝細(xì)胞內(nèi)的積累,改變油酸引起的非酒精性脂肪肝,導(dǎo)致活性氧的形成和甘油三酯在這些細(xì)胞中的積累減少。VALCHEVA等[57]研究證實(shí)黑果花色苷可以降低血漿和胃黏膜脂質(zhì)過氧化的生物標(biāo)志物丙二醛水平,從而降低胃潰瘍的大小和發(fā)病率。

4.5 治療其他疾病

目前,關(guān)于黑果花色苷可能具有改善大腦生理功能的作用,已被研究證實(shí),但具體機(jī)理尚不清楚[1]。有研究表明,攝入富含花色苷的食物和蔬菜,如黑果汁、葡萄汁[58],可以顯著改善大腦功能衰退[59],每日攝入適量的黑果果汁還可對阿爾茨海默病起到較好的預(yù)防作用[42]。EDWARD等[60]研究發(fā)現(xiàn),黑果中花色苷對維持人體血管動脈系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有積極作用。

5 結(jié)語

綜上所述,近年來,黑果腺肋花楸花色苷憑借其含量豐富、生理功能多樣等特點(diǎn)在食品與醫(yī)藥領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。隨著黑果花色苷的提取工藝、生理功能與醫(yī)用研究的不斷進(jìn)展,其健康功能價值得到極大開發(fā)。已有證據(jù)表明,黑果花色苷具有抗氧化、抗炎、抗突變等多種生理功能,在醫(yī)學(xué)上,可以防治心血管疾病、癌癥,糖尿病等。然而,我國黑果產(chǎn)品開發(fā)尚處于初級階段,在提取工藝、加工技術(shù)、產(chǎn)品化等方面尚有不足,對花色苷生理活性的機(jī)理研究解釋也有待進(jìn)一步深化,由于目前尚缺少針對黑果花色苷功效的臨床研究,難以將其推廣應(yīng)用到市場。基于花色苷具有多種生理功能的特性,將來應(yīng)考慮在升級優(yōu)化花色苷提取工藝的同時,加大對其基礎(chǔ)實(shí)驗和臨床試驗的研究力度,開發(fā)出市場更能夠接受的產(chǎn)品,從而使其在食品、保健品領(lǐng)域發(fā)揮更大的潛力和價值。隨著人們對黑果花色苷生理活性與代謝途徑的深入研究,黑果花色苷有望作為保健品,為改善人類亞健康狀態(tài)和防治慢性疾病作出更大的貢獻(xiàn)。