花青素和矢車菊素的生物活性及抗氧化功能研究進展

劉 迪，張 浩，張寒雪，馮憲敏* (.吉林醫藥學院基礎醫學院,吉林 吉林 303；.北華大學醫學技術學院,吉林 吉林 300)

花青素屬黃酮類化合物,是一類水溶性天然色素，廣泛存在于蔬菜和水果中?；ㄇ嗨赜诩毎|中合成，之后被轉入至細胞的液泡中，也可由葉綠素轉化而來，在生理上扮演重要角色，且具有良好的開發利用前景。根據苷元、糖苷配體不同，花青素可分為多種，目前已知的花青素有550余種，存在于植物中的主要有6種：錦葵色素、牽?；ㄉ?、芍藥色素、矢車菊色素、天竺葵色素及飛燕草色素。其中矢車菊素-3-O-葡萄糖(Cyanidin-3-O-glucoside，C3G)主要存在于黑米、黑豆、紫薯和藍莓等植物中，是自然界存在的最普遍的、比較穩定且易于獲得的一種花青素。該化合物通常為鹽酸鹽形式存在，又稱為氯化矢車菊素-3-O-葡萄糖苷，為黑棕色結晶粉末。

1 花青素與矢車菊素的生物活性

1.1 花青素的生物活性

花青素具有抗癌、抗糖尿病、改善視覺健康、抗肥胖、心血管保護、抗菌和預防慢性疾病等作用。研究發現，花青素中有一種抗血管生成的因子極為豐富，將其從不同的植物源中提取并分離出來,探討它們在食道、結腸、乳腺、肝臟上的抗癌能力，結果發現，某些結構的花青素可以抵抗結腸癌、肺癌、乳腺癌、黑素瘤的生成[1-3]?；ㄇ嗨匾彩蔷S持良好視力、緩解視覺疲勞、預防視力受損的重要營養物質。流行病學研究顯示,含花青素的食品與預防心血管疾病之間的關系密切，花青素攝入量和罹患心血管相關疾病的風險呈負相關?；ㄇ嗨刂泻械囊环N稱為抗血管生成因子的植物化學物,已被證實具有體外抗血栓效應。這種因子可通過阻礙心血管血栓的形成發揮對心血管的保護作用[4]。此外，花青素作為一種具有多種生物活性的化合物，對微生物也具有廣泛的抗菌活性，特別是其能夠抑制食源性致病菌的生長，具有潛在的應用價值。

1.2 矢車菊素的生物活性

矢車菊素-3-O-葡萄糖苷具有抗氧化、抗炎、抗癌、抗肥胖、預防糖尿病、保護心臟、增強血液循環和保護感受器細胞等作用。其中抗癌效應主要是通過抗氧化、激活Ⅱ相解毒酶、抗細胞增殖、抗炎效應、抗血管生成、誘導細胞分化等機制來發揮作用。另外研究發現，其具有顯著促進細胞葡萄糖消耗的活性[5]，該作用是通過矢車菊素抑制X連鎖凋亡抑制蛋白和上調Smac蛋白表達而實現的[6]。不但如此，C3G還可以增強全身的血液循環，保持血細胞正常的柔韌性，提高血紅細胞通過細小的毛細血管的效率，以此增強細胞活力。此外，矢車菊素還具有較高的抗癌預防效應。食用富含花色苷的食物可以在一定程度上降低癌癥等疾病的風險。有日本研究者發現，黑豆中含有18種以上花青素類物質，其中矢車菊素類的含量相對較高，可以有效改善黃褐斑癥狀。故老年人多吃黑豆對保護身體有極為重要的作用[7-8]。

2 花青素與矢車菊素的抗氧化作用

2.1 氧化產生的機制

在人體的細胞內，酶能使細胞的氧化過程在比較低的溫度下釋放能量，此過程中氧分子的相互作用可產生自由基。人體與外界的持續接觸，包括呼吸、輻射、環境污染以及精神狀況等因素都會引起人體體內產生大量自由基。自由基的持續增加就對機體造成大量氧化壓力。自由基或氧化劑會將細胞和組織分解，影響機體代謝功能。目前的研究發現，機體發生衰老、癌變或其他疾病等大都與機體內產生過量自由基有關聯。人體自身清除自由基能力下降或自由基不再適量產生，就會導致多種疾病的發生甚至惡化。

2.2 花青素抗氧化作用

花青素的保健效果和治療效果主要是由其抗氧化活性產生的?；ㄇ嗨氐奶腔痓環結構、羥基化、甲氧基化以及花青素與酚酸的?；饔玫染艽蠓忍岣咂淇寡趸钚?。此外，項亞等[9]以紅肉蘋果果皮為試材，通過pH示差法測定總花青苷含量，高壓液相色譜串聯四極桿飛行時間質譜(UPLC-Q-TOF-MS/MS)分析推定類黃酮組分，對其抗氧化活性進行了評價，表明花青苷具有較強的抗氧化性。近些年來，關于花青素抗氧化功能的細胞水平研究逐漸增多。有研究者采用酸化乙醇的方法提取藍莓鮮果中的花青素，并通過自由基清除率試驗研究藍莓花青素的抗氧化活性，結果發現藍莓花青素具有高抗氧化活性[10]。并且紫薯中花青素同樣具有超強的體外抗氧化作用[11]。這兩種花青素在細胞水平上都具有很強的清除氧自由基能力，因此能夠對細胞起到保護作用[12]。此外，王林等[13]通過對不同濃度的藍莓花青素提取物預處理人胃癌細胞一段時間后,再加入1 mmol/L H2O2誘導損傷，使用多種不同方法測定酶的活性，分析不同濃度的藍莓花青素提取物對胃癌細胞氧化損傷的影響，發現提取的藍莓花青素對細胞氧化損傷具有顯著的改善作用?；ㄇ嗨卦谔岣邫C體抗氧化的同時還可一定程度上改善肝細胞的損傷，進而對肝臟提供保護作用。類似的研究同樣表明，人參果花青素同樣具有改善肝損傷的作用，其作用機制與抗氧化作用以及抑制細胞凋亡有關[14]。

此外，花青素可減輕實驗模型中大鼠的關節炎損傷，其作用主要是通過提高大鼠機體內抗氧化能力和促進細胞因子白介素-1β生成途徑實現的[15]。

2.3 矢車菊素抗氧化作用

C3G作為自然界存在最普遍的一種矢車菊素，可緩解重金屬污染物引起的大鼠機體氧化應激反應，發揮保護作用[16]。有研究表明，C3G通過抑制小鼠主動脈平滑肌細胞增殖以表達其氧化應激作用[17]。另外，C3G可以抑制紫外線誘發的大鼠皮膚損傷[18]，在血管內皮細胞誘導的氧化應激中起著重要作用。這些結果為矢車菊素的抗氧化作用提供了重要的研究基礎，對矢車菊素的應用具有積極意義。

近些年來，關于矢車菊素在細胞層面氧化應激作用的研究發現，矢車菊素可快速穿過巨噬細胞的細胞膜和核膜，直接到達細胞核[19]。屠迪等[20]在研究矢車菊素對發生脂肪變性的肝細胞氧化損傷的影響中提出，矢車菊素能有效緩解脂肪變性時肝細胞的氧化損傷，并大幅度增強抗氧化能力，進而對細胞提供保護作用，且該保護作用與矢車菊素的抗氧化能力密切相關。

此外，錢松等[21]研究結果表明，C3G通過抑制氧化應激作用抑制癌細胞的增殖和誘導癌細胞凋亡來抑制癌細胞的擴散，且C3G通過抑制Ca2+誘導的線粒體去極化作用，以此來抑制ATP的生成，進一步表明矢車菊素對維持人類健康具有重要的潛在價值。

3 花青素作為天然抗氧化劑的應用

花青素是一種純天然的抗氧化劑,亦是抗衰老營養補充劑，能保護人體免受自由基的損傷，是抗氧化領域的研究熱點。研究表明，天然抗氧化的植物化學物可保護機體，抵抗各種疾病[22]。一些自由基清除劑可以阻斷細胞凋亡和延緩機體衰老。有研究表明，天然抗氧化劑茶多酚可使果蠅勻漿中SOD活性增加，從而延長果蠅的生命[23]。提取自黑果腺肋花楸果實中的花青素能夠直接進入血腦屏障，保護大腦和神經系統[24]。這些天然抗氧化劑受到國內外醫學和食品界的廣泛重視，可以為我國保健品和藥品發展奠定基礎。

目前食品工業上使用的多是有一定毒性的合成色素。長期食用食品工業上的合成色素可能會對身體造成一定的傷害。隨著人們生活水平的提高及對合成添加劑毒副作用認知的加深，天然、綠色的健康生活理念深入人心，全球市場對天然色素及食品添加劑產品需求強勁?；ㄇ嗨刈鳛樘烊豢寡趸瘎┰诮】敌袠I中的發展趨勢較快，主要應用于保健品和功能性飲料中。中國作為抗生素大國，國民抗生素的使用量逐年增多而體質卻逐漸下降?；ㄇ嗨鼐哂械亩喾N生物活性，未來可能成為部分抗生素的替代品，具有廣闊的應用前景。