牛 博，龐廣昌*，魯丁強(qiáng)*

（天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134）

花椒麻素是從花椒中提取的長(zhǎng)鏈多不飽和酰胺化合物。這些烷酰胺天然產(chǎn)物特征是其鏈的D端存在3 個(gè)共軛雙鍵。盡管學(xué)者們?cè)缫褜?duì)花椒麻素進(jìn)行了研究，但直到1955年 才鑒定出第一個(gè)特征性結(jié)構(gòu)化合物，即α-山椒素[1-3]。 花椒麻素是花椒果皮中最重要的呈麻化合物，長(zhǎng)期以來其一直受到醫(yī)藥和有機(jī)合成領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注，直到在 過去的幾年中，才有學(xué)者研究出克級(jí)規(guī)模合成花椒麻素的方法[4]。

隨著現(xiàn)代社會(huì)食物供給能力的大幅提高，不健康的生活方式（特別是高脂、高糖的飲食結(jié)構(gòu)和超負(fù)荷的營(yíng)養(yǎng)攝入）會(huì)導(dǎo)致肥胖、糖尿病、高膽固醇、高脂血癥等慢性病的高發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，患有這類由代謝紊亂引起的 基礎(chǔ)性疾病的人群，在新型冠狀病毒疫情中，發(fā)病率、重癥率和死亡率均較高[5-6]。肥胖、糖尿病、高血脂癥等基礎(chǔ)性疾病已成為人類亟待解決的重大健康問題：一方面人們需要改善自身飲食結(jié)構(gòu)、提高身體素質(zhì)；另一方面尋找安全有效的天然植物化合物（如花椒麻素、辣椒素和姜辣素等）作為藥膳輔助治療也成為代謝性疾病防控領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

目前，花椒麻素生理功能的研究主要集中在鎮(zhèn)痛、對(duì)腸蠕動(dòng)的影響、抗癌、減肥和降血糖等方面[7-10]，然而生理功能研究中使用的花椒麻素多為粗提物或混合物，尚未開展臨床研究。因此，本文重點(diǎn)綜述了花椒麻素的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、呈味機(jī)理和生物活性作用，以期對(duì)花椒麻素結(jié)構(gòu)與生理功能進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，并對(duì)開展臨床實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)機(jī)體代謝的影響及作用機(jī)制提供參考。

1 花椒麻素的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和呈味機(jī)理

花椒麻素是從花椒中提取的一系列酰胺類化合物，也稱為花椒酰胺。迄今為止，已從花椒果皮中分離并鑒定出超過25 種花椒麻素[11-14]，包括α-山椒素、β-山椒素、γ-山椒素、δ-山椒素及其衍生物等?；ń仿樗赝ǔＳ袃蓚€(gè)或多個(gè)共軛雙鍵，高度不飽和且呈麻味[15]。隨著現(xiàn)代分離檢測(cè)技術(shù)和化學(xué)合成技術(shù)的發(fā)展，新的花椒麻素不斷涌現(xiàn)，羥基-α-山椒素首先由Yasuda等[16]從日本花椒中分離并標(biāo)識(shí)，其為具有4 個(gè)雙鍵的順式構(gòu)型，是花椒果皮中最早分離出來的花椒麻素和食物中最主要誘發(fā)獨(dú)特刺痛感（麻味）的化合物。此后，Koo等[17]發(fā)現(xiàn)花椒麻素引起麻味的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)（圖1）除了基礎(chǔ)的最小結(jié)構(gòu)單元，還應(yīng)至少有以下3 個(gè)特征中的2 個(gè)：1）R為羥基；2）與酰胺羰基的擴(kuò)展共軛n＝2；3）順式烯烴的碳鏈長(zhǎng)度大于2。Sugai等[18]將這種獨(dú)特麻味具體分為3 種：灼燒、刺痛和麻木，其研究指出β-山椒素和羥基-β-山椒素這兩種全反式花椒麻素并非“無刺激”，而是表現(xiàn)出麻木感，且α-、γ-、δ-山椒素均在感覺上有灼燒感，而含有羥基的同系物（羥基-α-山椒素、羥基-β-山椒素）均有麻木感 （表1），并且這幾種花椒麻素產(chǎn)生的灼燒感與辣椒素（熱系數(shù)＝1000000）相差至少10 倍。

圖 1 花椒麻素引起麻味的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)[17]Fig. 1 Key structure of sanshools responsible for the numb taste[17]

表 1 花椒麻素及其同系物的感覺[4]Table 1 Sensory characteristics of sanshool and its homologues[4]

目前，學(xué)者們對(duì)于花椒麻素產(chǎn)生的這種獨(dú)特麻味持兩種觀點(diǎn)：一是經(jīng)體外實(shí)驗(yàn)證明，羥基-α-山椒素可通過激活瞬時(shí)受體電位香草酸亞型1（transient receptor potential vanilloid type 1，TRPV1）和瞬時(shí)受體電位（transient receptor potential A1，TRPA1）通道，引起感覺神經(jīng)元去極化，使Ca2+流入細(xì)胞內(nèi)，產(chǎn)生內(nèi)向電流，大腦從而感受到辛麻[17-19]；另一觀點(diǎn)是這種體感神經(jīng)元的激活是由羥基-α-山椒素阻斷雙孔鉀通道（twopore-domain potassium channels，KCNK）3、KCNK9和KCNK18引起的[20]。此外，值得注意的是，具有酰胺順式雙鍵的花椒麻素味道極刺鼻[21-23]。

花椒麻素是一種白色晶體，易溶于熱的乙醇和乙酸乙酯等多種有機(jī)溶劑，微溶于乙醇和水，常溫下極不穩(wěn)定，在-20 ℃的石油醚中可迅速結(jié)晶析出。羥基-α-山椒素在紫外線下會(huì)異構(gòu)化為羥基-β-山椒素，這也解釋了四川花椒隨時(shí)間的延長(zhǎng)而失去其獨(dú)特刺痛感、同時(shí)又保持其麻木感的原因?；ń仿樗囟虝r(shí)間暴露于干燥的空氣中即可發(fā)生劇烈的氧化或聚合反應(yīng)，分解形成深色的黏稠膏狀化學(xué)物質(zhì)，但是其發(fā)生聚合反應(yīng)的機(jī)制尚不清楚。由于花椒麻素結(jié)晶體在干燥的空氣環(huán)境中易發(fā)生變色，一般將其密封保存在充入氮?dú)獾陌碴称恐衃24]。

2 花椒麻素的生物活性作用

在中國古代，花椒就已被納入傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)和草藥中，用于治療疾病。隨著現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)花椒主要的生物學(xué)功能來源于花椒麻素。然而，對(duì)于這些觀察到的生物學(xué)功能產(chǎn)生的原因仍有待研究。很多生物學(xué)研究，特別是與抗菌活性相關(guān)的研究，都是使用花椒果實(shí)中的精油，這種粗提物很難明確地表現(xiàn)花椒麻素的生物活性或闡明其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。

花椒麻素中這些多不飽和脂肪酸酰胺具有明顯的疏水性，因此很容易假定它們僅適用于局部或“直接接觸”應(yīng)用。然而，這些化合物在口服后可以在血液中達(dá)到治療效果的濃度，這表明花椒麻素是可以治療人類系統(tǒng)性疾病的。

花椒麻素具有廣泛的藥理作用，包括消炎和鎮(zhèn)痛作用、抗氧化、抗腫瘤、降血糖、殺蟲作用和抗菌作用等（表2）。

表 2 花椒麻素及其同系物的生物學(xué)功能[4,8,15]Table 2 Biological functions of sanshool and its homologues[4,8,15]

2.1 鎮(zhèn)痛作用

花椒麻素的生物學(xué)活性研究主要集中于其對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響。早期的研究只是簡(jiǎn)單地將其對(duì)口腔的感覺特性稱為“刺激性”，但現(xiàn)在至少有3 種獨(dú)特的體感與花椒麻素有關(guān)（灼燒、刺痛和麻木（鎮(zhèn)痛））[25-28]。Pereira等[29]發(fā)現(xiàn)，使用粗提的花椒麻素可以減輕由福爾馬林和辣椒素引起的疼痛，而且花椒麻素粗提物對(duì)抑制乙酸引起的小鼠扭體反應(yīng)效果明顯[30]。涂抹花椒可以減輕牙痛，但將花椒麻素直接作用于口腔會(huì)引起強(qiáng)烈的麻刺感。已有研究試圖探索這種看似矛盾的作用機(jī)理和分子機(jī)制，Tsunozaki等[31]的體外研究表明，花椒麻素可能是通過抑制Aδ機(jī)械痛覺感受器上的電壓門 Na+通道的興奮從而達(dá)到鎮(zhèn)痛效果，但尚未在臨床研究上得到證實(shí)。

從理論上講，如果花椒麻素僅是結(jié)合TRPV1并發(fā)揮刺激性的作用，那么TRPV1通道的開放應(yīng)該與花椒麻素呈劑量依賴性，或使痛覺過敏，若關(guān)閉該離子通道，則不可能起到鎮(zhèn)痛的作用。這種雙向調(diào)節(jié)功能表明還存在其他調(diào)節(jié)或關(guān)閉TRPV1通道的途徑。

Xiao Sa等[32]通過對(duì)4 種辛辣物質(zhì)（姜辣素、大蒜素、辣椒素和花椒麻素）和5 種鎮(zhèn)痛化合物的結(jié)構(gòu)分析，闡明了酰胺基及其類似基團(tuán)在CB2變構(gòu)調(diào)節(jié)中的重要性以及鎮(zhèn)痛機(jī)理。該研究表明，花椒麻素等辛辣物質(zhì)化合物的酰胺基能夠通過與內(nèi)源性CB結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)G蛋白/磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylin-ositol-3-kinase，PI3K）/磷脂酰肌醇二磷酸（phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate，PIP2）信號(hào)通路，上調(diào)細(xì)胞內(nèi)PIP2水平，PIP2通過與類香草醛激活劑競(jìng)爭(zhēng)而結(jié)合TRPV1近端C末端區(qū)域中的特定磷脂酰肌醇位點(diǎn)，從而關(guān)閉已打開的TRPV1通道并將其穩(wěn)定在靜止閉合狀態(tài)，發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用（圖2）。這種雙向調(diào)節(jié)很可能是類香草酸激活劑或其他激活劑通過與TRPV1通道的PIP2位點(diǎn)結(jié)合而打開TRPV1通道，導(dǎo)致Ca2+流入，引起去極化，從而產(chǎn)生辛辣和疼痛的感覺。而花椒麻素通過激活CB2受體/G蛋白/PI3K/PIP2信號(hào)通路而上調(diào)細(xì)胞內(nèi)PIP2的水平，從而關(guān)閉TRPV1通道并產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用。

花椒麻素是否僅通過對(duì)CB2受體的變構(gòu)調(diào)節(jié)配體調(diào)節(jié)TRPV1通道開/關(guān)狀態(tài)的分子機(jī)制有待進(jìn)一步進(jìn)行分子生物學(xué)驗(yàn)證，細(xì)胞內(nèi)PIP2的合成/分解途徑對(duì)TRPV1通道狀態(tài)的影響也需要更深入的探討。

圖 2 花椒麻素鎮(zhèn)痛的作用機(jī)理Fig. 2 Analgesic mechanism of sanshool

2.2 對(duì)腸蠕動(dòng)的影響

食用花椒可以顯著提高腸蠕動(dòng)和結(jié)腸活動(dòng)。在傳統(tǒng)的日本草藥大建中湯中，花椒果皮是主要成分之一，這種草藥在治療各種胃病和腸道問題上有很大的療效[33-34]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，羥基-α-山椒素和羥基-β-山椒素可使腸道平滑肌細(xì)胞收縮、誘導(dǎo)結(jié)直腸運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)和排便率提高[35-37]。 此外，在小鼠模型中，γ-山椒素被證明可以改善腸道運(yùn)輸能力。但不同的花椒麻素是通過不同機(jī)制發(fā)揮作用的，Ohno等[38]研究發(fā)現(xiàn)γ-山椒素通過激活TRPA1誘導(dǎo)促進(jìn)腸道蠕動(dòng)。而Kubota等[39]則揭示了羥基-α-山椒素誘導(dǎo)的結(jié)腸收縮并不是刺激TRPA1或TRPV1的結(jié)果，而很可能是通過阻斷KCNK9引起的。雖然作用機(jī)理可能不同， 但口服羥基-α-山椒素和γ-山椒素均表現(xiàn)出顯著的劑量依賴性[39-40]。此外，直接食用這些花椒麻素可能引起消化道內(nèi)特定部位的收縮，這可能暗示了以上兩種作用途徑是同時(shí)存在的，表明花椒麻素可以與消化過程中涉及的不同細(xì)胞類型和組織環(huán)境相互作用[41]。

2.3 對(duì)糖尿病的輔助治療作用

1型和2型糖尿病是由胰島素抵抗或缺乏胰島素分泌引起的復(fù)雜和多方面的代謝紊亂。CB在很多生理過程中起重要作用，包括葡萄糖介導(dǎo)的胰島素分泌和T細(xì)胞 活化[42]。針對(duì)1型和2型糖尿病的研究，在已知的CB受體中，CB1和CB2似乎是目前最有潛力的藥物靶點(diǎn)。當(dāng)前的研究假設(shè)是，選擇性激活CB2受體同時(shí)抑制CB1受體的天然化合物是治療1型糖尿病的潛在治療方案。從其他植物中分離的結(jié)構(gòu)相似的酰胺基類化合物對(duì)CB2和CB1受體均表現(xiàn)出極強(qiáng)的親和力，這解釋了酰胺基化合物與消炎能力的關(guān)系，Dossou等[43]研究發(fā)現(xiàn)，羥基-α-山椒素和四氫花椒素是CB2受體有效的選擇性拮抗劑，且后者表現(xiàn)出更大的選擇性拮抗能力，而羥基-β-山椒素是最有效的CB1受體拮抗劑。全反式異構(gòu)體δ-山椒素是CB2受體的強(qiáng)激動(dòng)劑（半最大效應(yīng)濃度為41.7 nmol/L），同時(shí) 又是CB1受體的強(qiáng)拮抗劑，可作為治療1型糖尿病的候選藥物。但在目前的研究中，尚未明確花椒麻素中的哪些特征結(jié)構(gòu)能有效激活或拮抗CB2和CB1。另外，由于缺乏完善的對(duì)CB2/CB1激動(dòng)或拮抗活性的臨床研究，人工合成花椒麻素的結(jié)構(gòu)/功能比較研究也受到阻礙，同樣地，其他花椒麻素對(duì)CB2結(jié)合親和力的研究也存在類似不確定的結(jié)構(gòu)/功能關(guān)系[44-46]。

體內(nèi)研究表明，花椒麻素可以改善胰腺功能障礙、蛋白代謝紊亂和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的糖脂 代謝[47-49]。其作用機(jī)制可能是通過上調(diào)或下調(diào)體內(nèi)關(guān)鍵酶（如磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶、葡萄糖激酶和葡萄糖-6-磷 酸酶）的表達(dá)水平來抑制糖異生作用，減少肝糖元的輸出；同時(shí)通過激活CB2受體并抑制CB1受體來修復(fù)胰島功能，促進(jìn)胰島素分泌。這些結(jié)果進(jìn)一步證明，盡管花椒麻素具有疏水性，但仍具有治療全身性（但非治療性）疾病的重要潛力。在體內(nèi)/體外研究中多使用幾種花椒麻素的混合物，應(yīng)該進(jìn)一步研究單一分離成分并表征其相應(yīng)的有益生物學(xué)特性。

2.4 減肥功效

肥胖被認(rèn)為是一種慢性代謝性疾病，肥胖是由于能量消耗和攝入不平衡而引起的過多的脂肪和體質(zhì)量。營(yíng)養(yǎng)學(xué)家認(rèn)為肥胖與高脂肪的飲食、缺乏運(yùn)動(dòng)和遺傳學(xué)有關(guān)[50-51]。

肥胖會(huì)引起脂質(zhì)代謝紊亂。在臨床上，肥胖癥患者和高脂血癥通常表現(xiàn)為總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白-膽固醇水平的增加和高密度脂蛋白-膽固醇水平下降。呂嬌[52]的研究結(jié)果表明，花椒麻素干預(yù)可以降低高脂飲食大鼠的總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白-膽固醇含量，并增加高密度脂蛋白-膽固醇含量。

花椒麻素的減肥機(jī)制是多方面的。一方面，花椒麻素通過激活TRPV1受體，進(jìn)一步激活A(yù)MP依賴的蛋白激酶/沉默信息調(diào)節(jié)因子1信號(hào)通路，從而降低鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病模型鼠血清和肝臟中甘油三酯和游離脂肪酸含量，并促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高體內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)速率[10]；另一方面，通過激活胰島素/胰島素樣生長(zhǎng)因子1-蛋白激酶B-雷帕霉素靶蛋白途徑促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，以及通過泛素-蛋白酶體途徑抑制骨骼肌中的蛋白質(zhì)分解代謝。此外，羥基-α-山椒素可能通過上調(diào)過氧化物酶體增殖劑激活受體（peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR）γ表達(dá)來調(diào)節(jié)高脂狀態(tài)下的脂質(zhì)代謝并減少氧化應(yīng)激。同時(shí)，羥基-α-山椒素還能上調(diào)載脂蛋白E 的表達(dá)，并促進(jìn)脂蛋白的代謝和轉(zhuǎn)化。

此外，越來越多的證據(jù)表明氧化應(yīng)激與肥胖、脂肪肝、高脂血癥和動(dòng)脈硬化的發(fā)展密切相關(guān)。Wang Li等[53]的研究表明，羥基-α-山椒素可以上調(diào)肝臟組織中還原型谷胱甘肽和超氧化物歧化酶的水平，并降低丙二醛的含量，證實(shí)羥基-α-山椒素可以降低肝組織中的氧化應(yīng)激 水平。羥基-α-山椒素不僅顯著減緩了高脂喂食大鼠的體質(zhì)量增加，還減少了其腹部?jī)?nèi)臟脂肪含量。此外，羥基-α-山椒素給藥可以顯著改善高脂喂養(yǎng)大鼠的脂肪肝程度。

2.5 抗癌作用

多項(xiàng)研究表明，花椒果實(shí)、葉子、樹皮和根的提取物可發(fā)揮顯著的抗癌活性。如花椒的提取物可阻斷P21激活激酶/G1/S-特異性周期蛋白-D1途徑以及I型神經(jīng)纖維瘤病的發(fā)生[54]。雖然已有很多學(xué)者研究花椒麻素治療癌癥的潛力，但是大多數(shù)僅限于對(duì)各種腫瘤細(xì)胞系的體外研究。如花椒果實(shí)的提取物可以抑制3 種不同人類癌細(xì)胞系（DLD-1、HepG2和Caco-2）的增殖并通過依賴應(yīng)激活化蛋白激酶途徑誘導(dǎo)自噬，這與先前對(duì)α-山椒素誘導(dǎo)人肝癌HepG2細(xì)胞凋亡的研究結(jié)果相一致[55]?；ń饭麑?shí)提取物中，除α-山椒素、羥基-α-山椒素和其他花椒麻素外，還有幾種成分可能與所觀察到的促凋亡活性有關(guān)。應(yīng)該指出的是，花椒果實(shí)提取物的抗癌活性并不是普遍的，除對(duì)正常腸細(xì)胞外，A549、MCF-7和WiDr等腫瘤細(xì)胞均未受其影響。

盡管這些體外研究清楚地表明某些花椒麻素對(duì)特定的癌細(xì)胞具有顯著的抑制作用，但癌癥是一種多因素導(dǎo)致的惡性疾病，將真正的抗癌活性歸因于花椒麻素仍為時(shí)過早，需要更多可靠的體內(nèi)研究來驗(yàn)證。

2.6 其他作用

花椒麻素除上述用途外，已在世界范圍內(nèi)被用作傳統(tǒng)的抗炎藥物，但仍缺乏有關(guān)花椒麻素抗炎作用的詳細(xì)臨床研究。Wang Yuan等[56]證明了多種花椒麻素可以通過減少脂多糖刺激RAW264.7細(xì)胞中一氧化氮的產(chǎn)生來抑制炎癥。在研究花椒麻素口感的同時(shí)，Bader等[57]還研究其對(duì)唾液分泌的影響。有趣的是，引起口腔感覺變化的結(jié)構(gòu)差異與促唾液分泌的差異相同。如顯示出刺痛和麻醉作用的含順式烯烴的羥基-α-山椒素會(huì)引起大量流涎，而令人感覺麻木的全反式同類物羥基-β-山椒素卻對(duì)唾液產(chǎn)生沒有顯著影響。

花椒提取物的抗寄生蟲活性已有大量研究，盡管花椒的果皮、葉子提取液均有一定的抗寄生蟲特性，但Navarrete等[58]認(rèn)為α-山椒素是唯一起到驅(qū)蟲功效的花椒麻素，其能夠顯著減少綿羊感染的腸道線蟲卵數(shù)，且α-山椒素最早報(bào)道的生物學(xué)活性之一是其對(duì)普通家蠅的殺蟲特性。Tang Xinke等[59]的研究表明，施加花椒麻素能夠保護(hù)水稻幼苗免受除草劑和殺蟲劑的破壞，使水稻幼苗正常生長(zhǎng)。

多種天然多不飽和脂肪酸酰胺在解決包括瘙癢、濕疹和皺紋在內(nèi)的多種皮膚問題中已有悠久的歷史。因此，將花椒麻素用于治療皮膚病和美容有很廣闊的商業(yè)前景。已有化妝品將花椒提取物加入組成配方中測(cè)試其止癢效果[60]。來自其他植物屬的類似烷酰胺CB2配體 均對(duì)皮膚病有治療作用，表明花椒麻素的清爽特性和抗皺效果很可能和CB1、CB2的高親和力相關(guān)[8]。

3 結(jié) 語

近年來，關(guān)于花椒麻素的生理作用已有大量研究，其研究結(jié)果雖然表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景，但未來對(duì)花椒麻素的研究仍有3 個(gè)方面的挑戰(zhàn)：1）針對(duì)花椒麻素的藥理學(xué)研究主要集中在其粗提物及制劑上，尚無足夠的證據(jù)揭示花椒麻素的藥理活性及其作用機(jī)制。2）關(guān)于花椒麻素的藥代動(dòng)力學(xué)和臨床治療效果尚缺少系統(tǒng)研究，在細(xì)胞和分子水平上對(duì)毒性的評(píng)估也較少。3）根據(jù)目前的體內(nèi)和體外研究結(jié)果，花椒麻素是呈麻味和多種藥理活性的主要活性化合物。但是由于其共軛三烯系統(tǒng)對(duì)氧極敏感，導(dǎo)致其在正常貯存條件下極其不穩(wěn)定。綜上，應(yīng)進(jìn)一步研究高效合成花椒麻素純品及其作用機(jī)理和結(jié)構(gòu)/功能關(guān)系，還應(yīng)更多地關(guān)注其他成分的藥代動(dòng)力學(xué)研究，并在其分子和細(xì)胞水平上進(jìn)行毒性和副作用的研究，未來還有必要通過結(jié)構(gòu)改性來合成更穩(wěn)定的花椒麻素和其他溶劑型衍生物。