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(哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150001)
應(yīng)激反應(yīng)指機(jī)體受到應(yīng)激原刺激時出現(xiàn)的以交感神經(jīng)系統(tǒng)興奮和下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)分泌腎上腺皮質(zhì)激素增多為主要表現(xiàn)的一系列神經(jīng)內(nèi)分泌反應(yīng),以及機(jī)體各組織器官功能和代謝的改變[1]。應(yīng)激源包括溫度、輻射、電擊等外部環(huán)境因素以及營養(yǎng)缺乏、刺激過度等人體內(nèi)環(huán)境因素。此外,不良情緒也會引起應(yīng)激反應(yīng)。常見的應(yīng)激形式有氧化應(yīng)激、疲勞應(yīng)激、約束應(yīng)激、食物剝奪應(yīng)激等[2]。有關(guān)天然產(chǎn)物抗應(yīng)激活性成分的研究主要是通過應(yīng)激模型的建立,探究其對機(jī)體在應(yīng)激環(huán)境下相關(guān)生理指標(biāo)的影響,但對其作用途徑、機(jī)理和天然產(chǎn)物來源缺乏較系統(tǒng)的總結(jié),這不利于對天然產(chǎn)物抗應(yīng)激活性成分進(jìn)行深入的研究。
應(yīng)激主要損傷機(jī)體的免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng),并破壞機(jī)體氧化還原平衡,進(jìn)而使機(jī)體產(chǎn)生一系列由應(yīng)激而導(dǎo)致的疾病。天然產(chǎn)物可從促進(jìn)及保護(hù)免疫系統(tǒng)、增強(qiáng)機(jī)體抗氧化功能、保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)、提高認(rèn)知能力以及調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)四個方面保護(hù)機(jī)體免受應(yīng)激對其造成的損傷。
1.1促進(jìn)及保護(hù)免疫系統(tǒng)
天然產(chǎn)物可通過以下四個方面促進(jìn)機(jī)體的免疫系統(tǒng)活性。一是通過保護(hù)機(jī)體免疫器官保護(hù)機(jī)體免疫功能免受應(yīng)激損傷,應(yīng)激反應(yīng)可通過損害機(jī)體免疫器官如胸腺、脾臟、淋巴結(jié)等降低免疫力。應(yīng)激狀態(tài)下,小鼠脾臟質(zhì)量下降,機(jī)體的脾臟和淋巴結(jié)內(nèi)淋巴小結(jié)也會減少,動脈周圍淋巴鞘變薄,這些變化均可導(dǎo)致機(jī)體免疫功能低下。此外,有關(guān)研究還表明:應(yīng)激可提高機(jī)體脾臟、胸腺、法氏囊三種免疫組織中過氧化物酶體增生物激活受體(PPAR-γ)mRNA的表達(dá),進(jìn)而對免疫器官造成損害。二是通過促進(jìn)免疫細(xì)胞增殖及活性而提高機(jī)體免疫力,應(yīng)激反應(yīng)可通過抑制巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞、T細(xì)胞功能和自然殺傷細(xì)胞活性以及降低淋巴細(xì)胞水平,進(jìn)而削弱機(jī)體免疫力。三是通過抑制糖皮質(zhì)激素、兒茶酚胺等的分泌,保護(hù)機(jī)體免疫功能免受應(yīng)激損害,糖皮質(zhì)激素可抑制抗體生成、K細(xì)胞向漿細(xì)胞轉(zhuǎn)化以及單核吞噬細(xì)胞增殖,兒茶酚胺過量分泌可導(dǎo)致機(jī)體外周血淋巴細(xì)胞群變化,這些均可降低機(jī)體免疫功能。四是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子分泌增強(qiáng)機(jī)體免疫,調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的細(xì)胞因子主要有白細(xì)胞介素、干擾素-γ(INF-γ)、集落刺激因子、腫瘤壞死因子(TNF-α)以及紅細(xì)胞生成素(EPO)等。IL-4主要由活化的T細(xì)胞產(chǎn)生,其功能主要是誘導(dǎo)B細(xì)胞成熟并刺激其產(chǎn)生免疫球蛋白;IL-6是一種介導(dǎo)炎癥的細(xì)胞因子,能夠刺激免疫細(xì)胞增殖、分化,進(jìn)而增強(qiáng)機(jī)體免疫功能[3-5]。
1.2增強(qiáng)機(jī)體抗氧化功能
應(yīng)激可通過打破機(jī)體氧化還原平衡而產(chǎn)生氧化應(yīng)激傷害,天然產(chǎn)物抗應(yīng)激活性成分如食用菌多糖、植物多酚等可通過清除自由基、抑制脂質(zhì)氧化分解、鰲合金屬離子以及提高抗氧化酶系活性來提高機(jī)體的抗應(yīng)激能力?;钚匝踝杂苫?ROS)是一類對人體傷害最大的自由基,其可攻擊細(xì)胞內(nèi)大分子如核酸、蛋白質(zhì)等,進(jìn)而使機(jī)體產(chǎn)生一系列疾病。丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的終產(chǎn)物之一,其可通過損傷生物膜結(jié)構(gòu),影響一系列生理生化反應(yīng)的正常進(jìn)行,抑制脂質(zhì)過氧化可減少MDA生成,進(jìn)而降低機(jī)體氧化應(yīng)激傷害程度。酶抗氧化系統(tǒng)是機(jī)體抗氧化系統(tǒng)之一,主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等,天然產(chǎn)物可通過增強(qiáng)機(jī)體內(nèi)抗氧化酶系活性增強(qiáng)機(jī)體抗氧化功能。此外,過渡金屬微量元素如鐵離子、銅離子可促進(jìn)活性氧生成,天然產(chǎn)物抗應(yīng)激活性成分如多酚等具有鰲合金屬離子的活性,進(jìn)而保護(hù)機(jī)體免受氧化應(yīng)激傷害[6-8]。
1.3保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)、提高認(rèn)知能力
長期應(yīng)激刺激會降低大腦的學(xué)習(xí)和記憶能力,嚴(yán)重時可使機(jī)體產(chǎn)生認(rèn)知功能障礙。創(chuàng)傷性事件與一般應(yīng)激源相比會產(chǎn)生更嚴(yán)重的心理應(yīng)激反應(yīng),使人體產(chǎn)生焦慮、抑郁等不良反應(yīng),進(jìn)而產(chǎn)生各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病[9]。天然產(chǎn)物抗應(yīng)激活性成分如氨基酸類、皂甙類活性成分對神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)作用主要通過以下幾條途徑來實現(xiàn):一、通過調(diào)節(jié)與一氧化氮(NO)生成的酶而減少NO的生成,從而減輕NO介導(dǎo)的神經(jīng)毒作用;二、提高SOD活性,同時減少脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物生成,減緩神經(jīng)細(xì)胞衰老;三、抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡;四、降低血漿黏度,改善血液循環(huán),增加腦區(qū)血流量;五、促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞代謝,促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞增殖及其活性;六、增加突觸后膜致密物而直接保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞[10]。
1.4調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)
機(jī)體的內(nèi)分泌系統(tǒng)由內(nèi)分泌腺和分布于其它器官的內(nèi)分泌細(xì)胞組成,應(yīng)激可影響促腎上腺皮質(zhì)激素、甲狀腺激素、促甲狀腺激素、腎上腺糖皮質(zhì)激素等的分泌,從而造成機(jī)體內(nèi)分泌系統(tǒng)紊亂。天然產(chǎn)物如皂甙、氨基酸類活性物質(zhì)具有調(diào)節(jié)內(nèi)分泌的活性,可降低促甲基腎上腺素、皮質(zhì)醇等擾亂內(nèi)分泌系統(tǒng)的激素的水平,并促進(jìn)5-羥基色胺(5-HT)等有利于大腦興奮激素的分泌,從而防護(hù)應(yīng)激對機(jī)體內(nèi)分泌系統(tǒng)的損傷[11-12]。
近年來,天然產(chǎn)物的功能活性受到了人們的關(guān)注,與化學(xué)合成藥物相比,它們具有循環(huán)周期長、作用效果持久及毒副作用小等優(yōu)勢。具有抗應(yīng)激活性的天然活性成分種類豐富,如多糖、多肽、氨基酸、有機(jī)酸、甙類、激素等,其可通過促進(jìn)和保護(hù)免疫系統(tǒng),調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng),保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)以及抗氧化等途徑實現(xiàn)抗應(yīng)激效果。
2.1天然產(chǎn)物促進(jìn)和保護(hù)機(jī)體免疫系統(tǒng)
多糖(polysaccharide)由10個以上的糖基以糖苷鍵結(jié)合而成,是一類廣泛存在于自然界中的生物大分子,具有抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、抗炎癥及提高免疫力等功能[13]。生物活性多糖主要來源于植物和食用菌。如黃桃中的水溶性多糖對自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)活性有明顯的激活作用,同時促進(jìn)淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,進(jìn)而提高機(jī)體免疫力[14]。附子多糖是一種天然植物源活性多糖,其可通過促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖,增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞活性以及提高白細(xì)胞數(shù)量提高機(jī)體在應(yīng)激環(huán)境下的免疫能力(p<0.05或p<0.01)[15]。食用菌來源的多糖如姬松茸多糖、香菇多糖等均能夠通過促進(jìn)免疫細(xì)胞增殖和細(xì)胞因子活化,提高機(jī)體在應(yīng)激環(huán)境下的免疫功能,從而保護(hù)機(jī)體免受應(yīng)激損傷[16-17]。太子參屬于一類珍貴的藥材,其中的多糖可通過增加小鼠免疫器官質(zhì)量,激活小鼠網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES)吞噬功能以及提高小鼠血清中溶血素含量,從而增強(qiáng)機(jī)體在應(yīng)激環(huán)境下的免疫力[18]。具有免疫調(diào)節(jié)活性的多糖可通過與免疫系統(tǒng)相互作用而增強(qiáng)機(jī)體抵抗力,其結(jié)構(gòu)主要是葡聚糖類,甘露聚糖類,果膠多糖類以及木聚糖類等,且多糖改性如加上乙?;土蛩岣鶊F(tuán)可使其免疫活性大大增強(qiáng)[19]。此外,一些多糖可通過增強(qiáng)機(jī)體體力而提高機(jī)體免疫力,如山藥多糖可提高肝糖原儲備、降低機(jī)體血清尿素氮及血乳酸含量,進(jìn)而增強(qiáng)機(jī)體免疫抵抗能力,從而提高機(jī)體抗應(yīng)激能力[20]。
天然植物提取物中含有的有機(jī)酸類成分具有免疫增強(qiáng)活性。如草珊瑚(Sarcandra glabra)中含有的肉桂酸、咖啡酸等有機(jī)酸,可增加應(yīng)激環(huán)境中機(jī)體的淋巴細(xì)胞數(shù)量,維持CD4細(xì)胞/CD8細(xì)胞數(shù)量平衡以及NK細(xì)胞活性,因此作為機(jī)體的免疫增強(qiáng)劑[21]。He等[22]通過限制小鼠活動制作應(yīng)激模型,發(fā)現(xiàn)草珊瑚中含有的有機(jī)酸類活性成分能夠明顯改善固定應(yīng)激導(dǎo)致的小鼠免疫下降狀況。
皂甙類物質(zhì)主要是通過調(diào)節(jié)與免疫相關(guān)的激素的分泌進(jìn)而提高機(jī)體免疫活性的,如黃芪苷IV可顯著抑制固定應(yīng)激導(dǎo)致的血清中皮質(zhì)酮、白介素-6和TNF-α水平上升(p<0.05)[23]。此外,人參中含有的總皂甙成分可通過減少血漿皮質(zhì)醇(CORT)分泌、增強(qiáng)免疫功能以及恢復(fù)受干擾的代謝途徑實現(xiàn)抗應(yīng)激的作用[24]。
2.2天然產(chǎn)物增強(qiáng)機(jī)體抗氧化活性
天然產(chǎn)物主要通過兩個途徑實現(xiàn)抗氧化作用,一是清除自由基,二是提高機(jī)體內(nèi)抗氧化酶系活性。多糖作為一類重要的生物活性物質(zhì),對物理、化學(xué)及生物來源的多種ROS具有清除作用,能減少脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA的生成量,增強(qiáng)超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性等。松茸是一種珍貴的食用菌,Tong等[25]通過酶解輔助堿液提取和柱層析純化法從松茸中得到多糖組分,結(jié)果發(fā)現(xiàn)松茸多糖可有效清除自由基,并可鰲合金屬離子進(jìn)而抑制自由基生成,且表現(xiàn)出劑量依賴性關(guān)系(p<0.05)。Xiong等[26]發(fā)現(xiàn)羊肚菌多糖可抑制PC-12神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)MDA和蛋白質(zhì)羰基(PCO)的產(chǎn)生,并增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)源性抗氧化酶系的活性從而降低氧化應(yīng)激環(huán)境下機(jī)體神經(jīng)細(xì)胞的損傷程度。多糖也是黃芪中主要的活性成分,Chen等[27]通過建立小鼠過度運動應(yīng)激模型,發(fā)現(xiàn)黃芪多糖可通過提高機(jī)體運動耐力和抗氧化酶系活性來實現(xiàn)抗應(yīng)激作用。
通過酶解制得的多肽也具有抗氧化活性,張強(qiáng)等[28]通過酶解米糠蛋白得到一種多肽,發(fā)現(xiàn)其對超氧陰離子自由基和羥基自由基均有顯著的清除能力(p<0.05)。植物多酚類化合物具有顯著的清除自由基的活性,其主要是通過捕獲自由基和(或)螯合金屬離子實現(xiàn)其抗氧化活性的。研究表明,白茶中多酚類物質(zhì)可保護(hù)紋狀體細(xì)胞免受H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷[29]。
皂苷(saponins)是中草藥中的一種重要活性物質(zhì),根據(jù)苷元的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同,分為甾體皂苷和三萜皂苷兩類,前者多存在于百合科和薯蕷科植物中;后者多存在于五加科和傘形科等植物中,如人參、西洋參、三七中含有的皂苷類化合物均具有顯著的抗氧化活性,紅景天、燈盞花、七葉、柴胡、虎杖等所含總皂苷成分也具有較強(qiáng)的抗氧化活性[30]。
2.3天然產(chǎn)物保護(hù)機(jī)體神經(jīng)系統(tǒng)
多酚類物質(zhì)除具有抗氧化、抗衰老、降血脂、降血壓、抗癌、舒緩腸胃等功能外,還對應(yīng)激導(dǎo)致的神經(jīng)退行性疾病有預(yù)防作用[31-32]。茶氨酸是茶葉中主要的活性成分,具有減壓、保護(hù)神經(jīng)及調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)活性等作用,其可通過減少谷氨酸釋放抑制自主神經(jīng)系統(tǒng)(ANS)和HPA軸的興奮,從而實現(xiàn)抗應(yīng)激的作用[33],此外,茶氨酸可顯著抑制焦慮和壓力狀態(tài)下機(jī)體內(nèi)唾液α-淀粉酶(sAA)的活性(p<0.05)[34]。西番蓮(PassifloracaeruleaL.)為多年生常綠攀緣木質(zhì)藤本植物[35],其中含有的西番蓮多糖除具有抗焦慮、抗氧化、降壓等功效,可用做中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)鎮(zhèn)靜劑[36]。應(yīng)激環(huán)境下大腦糖皮質(zhì)激素水平上升,進(jìn)而損傷神經(jīng)元,降低大腦的學(xué)習(xí)和記憶能力,嚴(yán)重時可使機(jī)體產(chǎn)生認(rèn)知功能障礙。此外,創(chuàng)傷性事件與一般應(yīng)激源相比會產(chǎn)生更嚴(yán)重的心理應(yīng)激反應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致各種相關(guān)疾病的發(fā)生[37]。氨基酸類抗應(yīng)激活性成分可改善神經(jīng)細(xì)胞損傷導(dǎo)致的大腦認(rèn)知功能下降,?;撬崾遣溉閯游镏袠猩窠?jīng)系統(tǒng)中的第二大氨基酸[38],具有抗炎、抗氧化、保護(hù)神經(jīng)及促進(jìn)CNS發(fā)育等多種生物活性[39],Reeta等[40]利用雄性Wistar大鼠制作腦室內(nèi)鏈脲霉素(ICV-STZ)認(rèn)知障礙模型,通過Morris水迷宮,高架加迷宮和被動回避實驗發(fā)現(xiàn):牛磺酸可顯著降低ICV-STZ導(dǎo)致的小鼠神經(jīng)系統(tǒng)損傷(p<0.05)。圣羅勒(Ocimum sanctum)為藥食兩用芳香植物,其含有的熊果酸等多種有機(jī)酸可抑制促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素受體1(CRHR1)以及11β-羥基類固醇脫氫酶1(11β-HSD1)的活性,從而降低應(yīng)激導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)損傷[41]。丁香酚是丁香(Caryophyllis)中的精油類活性物質(zhì),可降低應(yīng)激誘導(dǎo)的血漿皮質(zhì)酮、腦中5-HT等激素水平的升高[42],此外,丁香中的精油類活性成分還可通過抑制乙酰膽堿酯酶(AChE)活性和促進(jìn)線粒體呼吸酶復(fù)合物活性,從而抑制秋水仙堿誘導(dǎo)的機(jī)體氧化應(yīng)激和神經(jīng)系統(tǒng)損傷[43]。
2.4天然產(chǎn)物調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)分泌系統(tǒng)
脂肪酸是常見的有機(jī)酸,多不飽和脂肪酸尤其是n-3和n-6系列可調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的分泌,進(jìn)而影響神經(jīng)發(fā)育[44]。長期心理應(yīng)激刺激可導(dǎo)致機(jī)體血漿去甲基腎上腺素(NE)和血漿兒茶酚胺(CA)水平上升,Hamazaki等[45]選擇學(xué)習(xí)壓力較大的學(xué)生作為實驗對象,實驗組膳食中補(bǔ)充不飽和脂肪酸,兩個學(xué)期后,對照組學(xué)生體內(nèi)NE和血漿CA水平顯著高于實驗組(p<0.05)。有機(jī)酸類活性成分大多是通過改善內(nèi)環(huán)境、抑制氧化損傷、修復(fù)免疫系統(tǒng)及提高機(jī)體對不良環(huán)境因素的適應(yīng)能力等途徑實現(xiàn)抗應(yīng)激作用的,且通常是協(xié)同發(fā)揮抗應(yīng)激活性,發(fā)揮作用的具體成分以及構(gòu)效關(guān)系尚不明確。應(yīng)激環(huán)境可導(dǎo)致機(jī)體腸道功能紊亂,Kato等[46]通過束縛水浸應(yīng)激誘導(dǎo)小鼠胃損傷模型,發(fā)現(xiàn)褪黑素可顯著改善應(yīng)激導(dǎo)致的胃粘膜損傷(p<0.05)。激素類物質(zhì)主要是通過調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)揮抗應(yīng)激作用,研究表明:飼養(yǎng)動物時添加催產(chǎn)素和褪黑素等激素類物質(zhì)可提高動物的抗應(yīng)激能力。催產(chǎn)素通過降低血壓、皮質(zhì)醇水平及增加疼痛閾值發(fā)揮抗焦慮和抗應(yīng)激作用[47],此外,催產(chǎn)素還可提高機(jī)體學(xué)習(xí)和社會互動能力[48]。應(yīng)激刺激可導(dǎo)致大鼠的腎上腺髓質(zhì)中酪氨酸羥化酶(TH)和多巴胺β-羥化酶(DBH)水平顯著升高(p<0.05),人參總皂甙可顯著降低固定化應(yīng)激大鼠中TH和DBH基因的表達(dá)(p<0.05)[49]。
天然活性物質(zhì)在人體內(nèi)循環(huán)周期長,作用效果持久,且毒副作用小。有關(guān)天然活性成分抗應(yīng)激功能的研究集中在兩個方面:一方面探究其對應(yīng)激導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞損傷的防護(hù)作用;另一方面通過建立應(yīng)激動物模型探究其對應(yīng)激狀態(tài)下機(jī)體內(nèi)環(huán)境的改善功能。但作用機(jī)制和構(gòu)效關(guān)系的研究尚有不足,相關(guān)活性成分之間的協(xié)同或拮抗作用的研究也較缺乏,此外,天然產(chǎn)物活性成分提純工藝還不成熟。上述因素阻礙了天然抗應(yīng)激活性成分的深入研究與應(yīng)用。
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