白藜蘆醇的生理活性及其研究進展

關正萍，武佳慧，關 正，關正君，廖同兵

（1.山西師范大學食品科學學院，山西 太原 030031；2.北京農學院食品科學與工程學院，北京 100096；3.山西師范大學生命科學學院，山西 太原 030031；4.運城學院生命科學系，山西 運城 044000；5.杭州北千科技有限公司，浙江 杭州 310000）

1992 年Renaud 和DeLorgerils 首次提出將葡萄酒多酚（如白藜蘆醇） 與定期或者適度飲用葡萄酒的潛在健康聯系起來（所謂的“法國悖論”）。由于白藜蘆醇被證明是葡萄酒中導致法國悖論（飽和脂肪攝入量高但冠心病死亡率低） 的關鍵因素之一，在全世界引起了極大的興趣，許多流行病學研究調查了白藜蘆醇消費和人類健康之間的關系，展開了對其生理功能的研究，并發表了多篇相關文獻[1]。1939 年白藜蘆醇首次從白藜蘆的球根莖中部分離出來，后又于1963 年從何首烏的根部分離出來，在中國和日本傳統醫學的歷史中被用作抗炎和抗血小板的藥劑。這種天然多酚目前已在70 多種植物中被檢測到，并且在紅葡萄酒和各種人類食物中也發現了不少含有白藜蘆醇的數量。目前，白藜蘆醇工業生產中應用廣泛，主要通過化學方法或微生物（如酵母菌） 進行生物技術合成而獲得[2]。

白藜蘆醇（3,5',-4- 三羥基二苯乙烯），是植物在面臨外界影響（機械損傷、紫外線照射和真菌攻擊） 時通過自身合成的一種抗菌物質。根據研究結果而知，葡萄中含有較為豐富的白藜蘆醇，從新鮮的葡萄皮檢測到的白藜蘆醇的含量可達50～100 μg/g[3]?？茖W界在1997 年以后對白藜蘆醇相關生理活性的研究迅猛增加，并得出白藜蘆醇所表現出的生理作用可在各種疾病的治療和預防中發揮作用的結論。因此，白藜蘆醇具有很重要的藥用價值和非常有潛力市場前景，其目前在歐美很多國家，白藜蘆醇作為一種營養保健品正在被開發。

白藜蘆醇的化學結構式見圖1。

圖1 白藜蘆醇的化學結構式

1 白藜蘆醇的主要食品來源

白藜蘆醇常見的食品來源包括花生皮、紅葡萄、桑葚、藍莓、山桑子、大豆、石榴、蔓越莓等。根據研究數據表明，白藜蘆醇在葡萄里的含量能夠達到0.16～3.54 mg/g，干葡萄皮約為24 mg/g。在含有白藜蘆醇的漿果中，蔓越莓汁含有0.2 mg/L，其果皮中的白藜蘆醇濃度一般來說比果肉中的高[4]。研究結果表明，在紅葡萄酒中白藜蘆醇的含量能夠達到0.1～14.3 mg/L，白葡萄酒中的白藜蘆醇只含有0.1～2.1 mg/L，白葡萄酒相對于紅葡萄酒的白藜蘆醇含量較低[5]。在釀造葡萄酒的糖化過程中，葡萄果皮中的白藜蘆醇會被溶解在葡萄汁中，紅葡萄酒中白藜蘆醇含量比較高，是因為紅葡萄的果皮與葡萄汁之間接觸時間長，而白葡萄酒釀造過程中的葡萄汁在糖化后，會立即與漿果殘留物分離，所以其白藜蘆醇的含量低。也就是說，葡萄酒中白藜蘆醇含量的決定性因素與葡萄皮接觸的發酵時間有關，由于在白葡萄酒和桃紅葡萄酒的釀造的早期過程中便去除了葡萄皮，所以其白藜蘆醇的含量通常來說會比紅葡萄酒的含量要低[6]。

選定食品中白藜蘆醇的含量[5]見表1，紅葡萄酒中白藜蘆醇的平均含量[5]見表2。

表1 選定食品中白藜蘆醇的含量

表2 紅葡萄酒中白藜蘆醇的平均含量

2 白藜蘆醇在體內代謝與生物利用度

白藜蘆醇在口服后會被腸細胞大量吸收，攝入的白藜蘆醇只有一小部分能夠到達血液和身體組織。此外，由于復雜的結構和高分子量，導致反式白藜蘆醇的口服生物利用度約為12%。白藜蘆醇通過被動擴散或載體介導的運輸穿過腸細胞頂端膜被吸收，然后迅速而廣泛地代謝為白藜蘆醇的葡萄糖醛酸鹽或硫酸鹽。同時，攝入的白藜蘆醇有很大一部分（約90%） 以其完整的形式到達結腸，隨后進行腸道發酵，一旦通過門靜脈吸收，產生的多酚代謝物就會進入肝臟，進一步甲基化、葡萄糖醛酸化或硫酸化，最后這些代謝物將滲透到系統循環中，并到達目標組織和細胞[7]。

在細胞或生化試驗中觀察到的許多有益影響很難在人體中發揮作用。因此，白藜蘆醇仍然需要進一步研究來比較在人體血漿或組織中的最大或平均濃度與在動物和體外模型中實現生理功能作用所需的濃度[8]。

因此，快速吸收、生物利用度差和水溶性低是白藜蘆醇在體內代謝的關鍵性因素和挑戰，在應用方面仍然是一個嚴峻的挑戰。為了克服這些挑戰，研究者目前正在努力開發改善其水溶性與生物利用度的問題，這些策略包括如開發白藜蘆醇的納米制劑，可以改善白藜蘆醇的固有的生物限制，增加其溶解度，防止其降解，同時保留其生物活性。目前有研究表明，改善生物利用度，從而潛在地增強白藜蘆醇的化學預防作用的一個合理方法是制造衍生物，在白藜蘆醇的甲基化衍生物中，四甲氧基二苯乙烯在腸道中的留存量相對較高。此外，還有研究表明，白藜蘆醇還可以通過固體脂質納米顆粒和納米結構脂質載體的吸附作用，改進其水溶性和生物利用度的問題[9]。

3 白藜蘆醇的生理活性及其作用機制

3.1 白藜蘆醇抗氧化活性及其作用機制

白藜蘆醇在許多研究中證明有較強的抗氧化特性，主要是通過抑制主要的抗氧劑酶和阻斷自由基對DNA 的損傷和各種氧化還原相關的分子途徑，使機體免受氧化應激[10]。白藜蘆醇能夠通過下調由活性氧（ROS） 激活的細胞外信號調節激酶（ERK），進而來調節抗氧化防御系統，從而改善抗氧化防御系統。白藜蘆醇還可以通過對絲裂原激活蛋白激酶（MAPK） 途徑的激活來進行抑制作用，進而減少由于缺血再灌注損傷所引起的氧化應激，使谷胱甘肽（GSH） 等抗氧化劑的能力顯著上升，由此發揮其直接清除自由基的作用[11]。白藜蘆醇抗氧化的主要作用機制是通過減少ROS/活性氮物種（RNS） 的產生、直接清除自由基和源性抗氧化劑酶的改善（如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽）[12]。

較多的文獻報道證實，白藜蘆醇是一種較強的抗氧化劑，但其生物利用度低，益處受到阻礙。許多學者試圖通過酯化過程產生白藜蘆醇衍生物，以改善其親油性，并應用于基于脂質的食品，目前已經合成了大約12 種不同的酯化?；然?，如丁?；然锏?，其酯化?；然镅苌锟捎行У慕档陀捎阢~離子誘導的低密度脂蛋白的氧化和羥基自由基所引起的DNA 裂解[13]。通過研究結果表明，白藜蘆醇衍生物作為抗氧化劑在食品和生物學科中的進一步發展具有很大的潛力。

3.2 白藜蘆醇抗炎癥作用及其機制

文獻報道，體內和體外研究結果表明了白藜蘆醇的抗炎癥機制通過抑制促炎癥細胞因子的產生來體現。白藜蘆醇通過抑制如腫瘤壞死因子α（TNF-α）和白細胞介素-1β（IL-1β） 的產生以達到抗炎癥的作用。因為白藜蘆醇是茋類化合物，所以其具有酸性和兩親性特征和抗炎癥活性，其抗炎癥機制的許多目標靶向在環氧化酶（COX）、5- 脂氧化酶（5-LOX） 和蛋白激酶B 上，這與其抑制環氧化酶-1和環氧化酶-2 活性的能力有關，不僅同時能抑制轉錄因子的活性，而且還能直接參與環氧化酶的活性調節[14]。

此外，白藜蘆醇還可抑制獨立于SIRT1 的核因子卡帕- 輕鏈- 活化B 細胞增強劑（NF-κB） 的信號傳導。其中，NF-κB 是胞內控制炎癥基因組表現的重要核轉錄因子，其受NF-κB 抑制作用蛋白和I-κB 激酶結合體（IKK） 的控制。當NF-κB 和I-κB融合后，使NF-κB 無法進入細胞核內而實現基因功能，在細胞接受脂多糖或其他炎癥作用的誘發因子影響下，I-κB 磷酸化之后會使得NF-κB 入核，從而控制了炎癥基因的表達[15]?？傊?，目前相關的研究表明，植物化學物質如白藜蘆醇可以與多個目標相互作用，并改變失調的炎癥途徑和介質，進一步有潛力開發出經濟、新穎和安全的藥物來治療慢性疾病的炎癥過程[16]。

3.3 白藜蘆醇抗菌作用及其機制

白藜蘆醇在多項研究中證實了其抗菌活性，白藜蘆醇可抑制細菌和真菌的生長，降低毒力因子的表達，減少生物膜的形成，影響細菌對各類常規抗生素的敏感性。對于許多細菌物種，白藜蘆醇在質量濃度大于100 μg/mL 時會顯示出生長抑制活性。根據對部分病原微生物生長影響的研究結果證實，通過白藜蘆醇對革蘭氏陽性細菌的抗菌活性和時間殺傷試驗表明，白藜蘆醇對革蘭氏陽/陰性細菌和一些真菌有抑制作用，證實了其抑菌作用。白藜蘆醇還已被證明能夠有效地抑制白色念珠菌的生長。有研究表明，白藜蘆醇在400 μg/mL 時對白喉桿菌有抗真菌活性，從而使白藜蘆醇對白喉桿菌引起感染的抗真菌作用降到最低[17]。

根據文獻報道，白藜蘆醇可影響細胞的活性，使其細胞形態和DNA 含量發生變化。白藜蘆醇能夠導致大腸桿菌的DNA 斷裂，由此誘發SOS 應激反應。白藜蘆醇也能誘導細胞避免產生SOS 應激反應，從而通過抑制大腸桿菌中FtsZ（絲狀溫度敏感蛋白）的表達和Z 環的形成抑制細菌細胞生長。從另一個角度來看，活性氧（ROS）、超氧化物、過氧化物和羥基自由基被認為可輔助各種抗菌劑到達快速殺菌的目的。如果培養大腸桿菌和金黃色葡萄球菌時添加了白藜蘆醇，并用抗菌素處理后，可將ROS 濃度降低到致死水平；相反，如果沒有添加白藜蘆醇時，ROS 濃度高到足以殺死誘變細胞[18]。

通過白藜蘆醇聯合抗菌劑致死性抑制試驗和突變體恢復能力的研究結果證實，抗氧化劑可能有助于一些抗菌劑抗性的出現，特別是如果新的衍生物和白藜蘆醇復合制劑可明顯增加其生物利用率。根據研究結果表明，白藜蘆醇的甲氧基衍生物中的紫檀芪對金黃色葡萄球菌表現出了抗菌活性，而且紫檀芪的最低抑制濃度還優于白藜蘆醇（8～16 倍）。除了本身可以作為一種抗菌化合物之外，白藜蘆醇還具有同生素結合使用的潛在效果。白藜蘆醇可以拮抗環丙沙星、卡那霉素、草酸和莫西沙星的殺菌活性。此外，白藜蘆醇還可增強糖苷類藥物對銅綠假單胞菌產生的生物膜的活性，可以抑制生物膜的形成并促進生物膜的分散，因有望開發為新的抗生物膜劑，從而提高食品的保質期和其安全性[19]。

3.4 白藜蘆醇降血糖作用及其機制

糖尿病是一種嚴重的代謝性疾病，通過肝臟糖異生代謝途徑增加了對糖代謝循環的釋放而引起的疾病，目前全世界有2.5%～7.0%的人被診斷患有糖尿病。根據文獻報道，白藜蘆醇在糖尿病中的作用機制方面的研究，白藜蘆醇被證明可激活Sirtuin 1（SIRT1） 的途徑，而SIRT1 已被研究證實為影響2 型糖尿病許多因素的一個重要調節器。研究表明，白藜蘆醇能夠通過控制引起高血糖發生的重要基因的轉錄，以及產生特異胰島素途徑蛋白質失活，進而提高對葡萄糖的攝取、利用、貯存，以及提高細胞內對胰島素的敏感度來延緩高血糖的進一步發展[20]。

在文獻報道的動物模型的研究中發現由鏈脲霉素（STZ） 和STZ 與煙酰胺（NA） 結合所誘導的糖尿病大鼠中發現，脲霉素是用來破壞胰腺細胞的因素，從而誘發胰島素缺失性糖尿病。在暴露于鏈脲霉素的動物細胞中，DNA 發生斷裂，修復機制被激活?；加袑嶒炐蕴悄虿〉膭游镏?，白藜蘆醇影響磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和標準葡萄糖- 6 - 磷酸酶等葡萄糖異生通路中重要酶的活性，提高己葡萄糖激酶和丙酮酸激酶的表達水平，控制葡萄糖異生，繼而促進葡萄糖酵解通路，降低血糖水平[21]。盡管目前的抗高血糖藥物和胰島素增敏劑有顯著的效果，目前使用的療法都伴隨著副作用。因此，為了更好地預防和治療糖尿病，研究者正在不斷地測試新的藥物和天然化合物，尋找其他更為高效的治療方法。根據研究結果表明，白藜蘆醇單獨或與目前的抗糖尿病療法相結合，具有降糖的作用。

3.5 白藜蘆醇對心血管的防御作用及其機制

2019 年Danks L 等人[22]研究者在關于心血管疾病相關的調查報告中顯示，發現至今因心血管疾病誘導的死亡百分率已經超過了癌癥。根據研究結果表明，由于白藜蘆醇的抗氧化和抗炎的生理功能，白藜蘆醇通過Nrf2 的激活預防了高血壓病理的進一步發展。白藜蘆醇的血管保護作用由不同的機制介導，而關鍵機制之一是因為白藜蘆醇能夠上調內皮細胞的一氧化氮合成酶（eNOS），最終增加一氧化氮（NO） 介導的血管擴張并增加血流量，降低氧化應激和炎癥，增強代謝能力，從而有效預防心血管疾病。

白藜蘆醇還可通過減少組織因子，如表現出抗血栓作用，這種作用可通過主動脈內皮細胞來促進。此外，基于白藜蘆醇對氧化應激和炎癥的保護作用，使動脈粥樣硬化中高脂肪、蔗糖飲食引起的中心動脈壁僵化得到改善[23]。研究還發現，白藜蘆醇還可改善糖尿病大鼠的心血管功能，其保護作用是通過保持心臟干、祖細胞和成熟心臟細胞的功能的能力，通過減輕炎癥狀態改善心臟環境，減少糖尿病心臟不利的心室重構，促使心室功能顯著恢復。白藜蘆醇可改善左心室功能，降低心肌肥厚、收縮功能障礙及重塑、間質纖維化及血漿BNP 水平，對心力衰竭產生有益作用[24]。

4 結語

目前，白藜蘆醇因其成本低、副作用小而引起食品行業界和醫藥學行業諸多學者的廣泛關注。正因為白藜蘆醇其出色的藥理作用，使得如今市場上出現了含有白藜蘆醇的補充劑和保健食品，為食品及其相關行業中含白藜蘆醇相關產品的興起和發展提供了思路。另外，由于消費者對天然產物的偏愛，促進了白藜蘆醇作為一種膳食補充劑在市場上的吸引力。近年來，白藜蘆醇因其生理功能的功效引起了開發者的重視，在歐美市場上有超過400 種含有白藜蘆醇的產品。2015 年之后，在世界各地最新上市所含有白藜蘆醇的商品中，美國市場占比為76.3%，而在整個歐盟市場只占有了15.1%的份額。據不完全調查統計得出，目前白藜蘆醇相關的產品全球需求量正在增速上升中。

此外，許多文獻報道了白藜蘆醇的體外試驗和動物模型試驗研究并證實了白藜蘆醇通過多種不同的途徑發揮抗氧化、抗炎癥、抗菌、降血糖和改善心血管疾病的作用機制。目前，白藜蘆醇在體內代謝迅速及生物利用度低等方面的問題仍然存在，需要進行大量的研究來克服其局限性。不過，通過若干研究表明，白藜蘆醇采用納米制劑可改善其生物利用度及對白藜蘆醇的衍生物進行研究，證實了白藜蘆醇不僅在制藥領域具有優勢，同樣在食品領域也具有開發潛力。