孔盈斐，梁迎崗，熊前進(jìn)，歐陽宇，馮瑩娜，吳 茜,*

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 發(fā)酵工程教育部重點實驗室，湖北省工業(yè)微生物重點實驗室，細(xì)胞調(diào)控與分子藥物“111”引智基地，湖北 武漢 430068；2.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430000）

美拉德反應(yīng)廣泛存在于食品加工和儲存過程中，使羰基化合物和氨基化合物發(fā)生氧化、環(huán)化、脫水、縮合等反應(yīng)，生成晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）等一系列產(chǎn)物。AGEs通常以蛋白質(zhì)結(jié)合形式和自由形式存在，對生物體結(jié)構(gòu)和功能造成損害。天然產(chǎn)物多酚具有抗氧化、抗炎和抗菌等多種特性，能抑制AGEs在食品加工過程中形成和在胃腸道消化吸收，并抑制AGEs誘導(dǎo)疾病。

1 AGEs概述

1.1 AGEs定義

AGEs是糖的酮或醛基與蛋白質(zhì)氨基之間發(fā)生非酶促糖化反應(yīng)而形成的一組化合物，可以通過糖與蛋白在37 ℃條件下內(nèi)源性形成，也可能在食品加工過程中形成。AGEs會導(dǎo)致生物體結(jié)構(gòu)和功能受到損害。甘油醛是葡萄糖和果糖的一種代謝中間體，其與蛋白質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的AGEs具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性，被稱為有毒AGEs。常見的AGEs包括N-羧甲基賴氨酸（N-carboxymethyllysine，CML）、N-羧乙基賴氨酸（N-carboxyethyllysine，CEL）、甲基乙二醛衍生的氫咪唑酮-1（N-(5-hydro-5-methyl-4-imidazolon-2-yl)-ornithine，MG-H1）和吡咯林。通常通過MG-H1和CML對體系中的AGEs進(jìn)行定量。

1.2 AGEs的形成

AGEs由還原糖的羰基部分與蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸或者脂質(zhì)的游離氨基經(jīng)過縮合、重排、裂解、氧化等修飾得到。AGEs的形成途徑主要有3種：1）美拉德反應(yīng)；2）葡萄糖的自動氧化和脂質(zhì)過氧化；3）多元醇降解。

美拉德反應(yīng)是一個復(fù)雜的反應(yīng)，有多個并行和連續(xù)的步驟。在初始階段，羰基與氨基酸或蛋白質(zhì)上的氨基部分縮合，從而形成席夫堿（Schiff base）。在這一階段之后，席夫堿在中間階段重新排列為Amadori產(chǎn)物，這些分子被片段化或修飾為活性-羰基醛。Amadori產(chǎn)物不穩(wěn)定，其由于高度不飽和而容易聚合，在最后階段發(fā)生氧化、脫水、烯醇化、環(huán)化和碎裂等反應(yīng)形成AGEs。

AGEs形成的第二個途徑是葡萄糖的自動氧化和脂質(zhì)過氧化形成二羰基化合物。這些二羰基化合物主要是活性-羰基醛，如乙二醛（gloxal，GO）、甲基乙二醛（methylglyoxal，MGO）和3-脫氧葡萄糖苷（3-deoxyglucosone，3-DG），它們與一元酸反應(yīng)生成AGEs。

多元醇降解產(chǎn)生-羰基醛是形成AGEs的主要因素，該過程是由于葡萄糖被醛糖還原酶轉(zhuǎn)化成山梨醇，山梨醇經(jīng)山梨醇脫氫酶催化形成果糖。果糖代謝物（3-磷酸果糖）可降解為活性-羰基醛，其再與一元酸反應(yīng)形成AGEs。AGEs的形成途徑如圖1所示。

圖1 AGEs的形成途徑[1,9-13]Fig. 1 Formation pathways of AGEs[1,9-13]

1.3 AGEs分類

AGEs一般可以被分為熒光性AGEs和非熒光性AGEs。熒光性AGEs包括甲基乙二醛賴氨酸二聚體、戊糖素、甲基乙二醛衍生的氫咪唑酮和交聯(lián)素等，非熒光性AGEs包括CML和CEL等；AGEs也可以分為熒光交聯(lián)化合物（如戊糖苷）、非熒光交聯(lián)產(chǎn)物（如甲基乙二醛賴氨酸二聚體）以及非熒光、非交聯(lián)加合物（如吡咯素）。AGEs還可以根據(jù)分子質(zhì)量分為低分子質(zhì)量AGEs和高分子質(zhì)量AGEs。低分子質(zhì)量AGEs由4個分子質(zhì)量高達(dá)1 kDa的鏈環(huán)組成；高分子質(zhì)量AGEs的分子質(zhì)量達(dá)150 kDa，具有水溶性和顏色。AGEs還可以根據(jù)來源分為內(nèi)源性AGEs和食源性AGEs：內(nèi)源性AGEs是由體內(nèi)的還原糖與含氨基團(tuán)反應(yīng)生成，反應(yīng)條件相對溫和、周期長；食源性AGEs是通過膳食帶入人體內(nèi)。食源性AGEs來源于食品組分中的還原糖和含氨基團(tuán)發(fā)生的美拉德反應(yīng)，生成過程為非酶促反應(yīng)，條件相對劇烈、生成時間短。食源性AGEs可以在人體內(nèi)積聚，對人體有很大的危害，因此應(yīng)該加以重視。此外，還能根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的衍生特性或者是否具有毒性對AGEs進(jìn)行分類。

1.4 AGEs的危害

AGEs是一種促進(jìn)宿主細(xì)胞死亡和器官損傷的強(qiáng)毒性分子，如圖2所示，其在各種組織的細(xì)胞外基質(zhì)中積累，不僅會導(dǎo)致糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生或發(fā)展，還會導(dǎo)致許多疾病的病理生理學(xué)進(jìn)展。AGEs通過增加細(xì)胞內(nèi)活性氧水平，破壞線粒體膜勢能，從而誘導(dǎo)腎小球系膜細(xì)胞線粒體途徑凋亡。此外，其能夠與晚期糖基化終未產(chǎn)物受體（receptor for advanced glycation end products，RAGE）結(jié)合激活下游信號通路，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，激活一系列促炎癥途徑，最終導(dǎo)致糖尿病和癌癥。AGEs還通過交聯(lián)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外蛋白質(zhì)對細(xì)胞功能產(chǎn)生不良影響，從而引發(fā)各種疾病，如關(guān)節(jié)炎、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥、糖尿病和心血管疾病。AGEs還能通過多種機(jī)制參與動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展，如促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子的自分泌、誘導(dǎo)病理性新生血管形成、參與斑塊的出血、加速組織因子的產(chǎn)生、激活凝血系統(tǒng)、促進(jìn)血栓形成等。

圖2 AGEs與疾病之間的關(guān)系[27-29]Fig. 2 Relationship between AGEs and diseases[27-29]

1.5 抑制AGEs形成的途徑

AGEs的形成有多個步驟，阻斷其合成中的任一步驟都可以達(dá)到抑制AGEs形成的效果，綜合來說，可以從以下幾個方面抑制AGEs的形成。1）減少自由基產(chǎn)生：美拉德反應(yīng)的早期伴隨著大量自由基的產(chǎn)生；此外，席夫堿容易被氧化產(chǎn)生自由基和活潑的羰基；因此，在糖基化早期，通過捕獲自由基以減少氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少反應(yīng)性羰基和二羰基的產(chǎn)生，可以減少AGEs產(chǎn)生。2）阻斷還原糖的羰基與蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸或者脂質(zhì)的游離氨基發(fā)生反應(yīng)從而減少AGEs產(chǎn)生。3）阻止AGEs交聯(lián)。4）通過金屬離子螯合作用抑制AGEs產(chǎn)生。5）阻斷AGEs與RAGE結(jié)合，從而抑制隨后的氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥的發(fā)展。

一般而言，AGEs抑制劑的潛在抑制機(jī)制主要是通過阻斷糖與蛋白質(zhì)的接觸，捕獲或清除部分糖化過程中產(chǎn)生的-二羰基化合物、自由基以及含氮物質(zhì)等中間體來減弱糖氧化和氧化應(yīng)激，從而阻斷AGEs交聯(lián)。有效的AGEs抑制劑可以延緩AGEs的形成和積累，從而抑制疾病的發(fā)生。氨基胍通過清除-二羰基化合物的方式抑制AGEs的形成。阿拉氯胺（alagebrium chloride，ALT）-711、ALT-462、ALT-486和ALT-946抑制劑等可以通過破壞AGEs交聯(lián)來有效減輕AGEs所誘導(dǎo)病理病變的嚴(yán)重程度，并改善糖尿病相關(guān)心肌病和腎病。吡哆胺與氨基胍作用原理相似，通過捕獲-二羰基化合物能夠有效地抑制抗原性AGEs的形成。盡管它們有很好的抑制糖基化的效果，但是同時也會產(chǎn)生嚴(yán)重的毒副作用。天然產(chǎn)物中存在許多具有抗氧化特性的多酚可以抑制AGEs。因此，無毒副作用的天然植物抑制劑逐漸被重視。

2 自然界中的多酚

2.1 多酚定義

多酚屬于一類廣泛的化學(xué)物質(zhì)，化學(xué)結(jié)構(gòu)上一般具有至少一個芳香環(huán)和一個或多個羥基，但這類天然產(chǎn)物的種類和結(jié)構(gòu)是高度多樣化的，包含酚類化合物的幾個亞類。植物多酚廣泛分布于植物界，通常存在于草藥和水果的根、莖、葉、花及果實中，是一類植物中含量最高的次生代謝產(chǎn)物。酚類化合物以自由形式存在，或與糖、酸和其他溶于水或不溶于水的生物分子結(jié)合。

2.2 多酚的種類

多酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣、分布廣泛，因此有不同的分類方法。多酚類化合物可以通過來源、生物功能和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，本文根據(jù)苷元的化學(xué)結(jié)構(gòu)將多酚類化合物分為酚酸類、類黃酮類和其他。多酚化合物的羥基數(shù)目和位置決定了多酚的類型。

2.2.1 酚酸

酚酸是一種具有羧酸官能團(tuán)的酚，其根據(jù)碳骨架的不同可以分為兩大類：羥基肉桂酸和羥基苯甲酸。羥基肉桂酸比羥基苯甲酸更常見。根據(jù)羥基苯甲酸和羥基肉桂酸芳香環(huán)上羥基的位置分類，主要的羥基苯甲酸有原兒茶素、沒食子酸；主要的羥基肉桂酸有阿魏酸和咖啡酸。

2.2.2 類黃酮類

大多數(shù)類黃酮類多酚的兩個芳香環(huán)通過雜環(huán)連接，根據(jù)雜環(huán)與芳香環(huán)的連接位置和雜環(huán)的不飽和程度，將其分為異黃酮、查耳酮、黃酮、黃酮醇、黃烷酮、二氫黃酮醇、黃烷醇、花青素。類黃酮是水果和蔬菜中最常見的酚類化合物之一，其在植物基質(zhì)中的含量取決于土壤氣候條件、生長條件和成熟程度等多種因素。

2.2.2.1 異黃酮

異黃酮在豆科植物中存在較為廣泛。豆類是飲食中的主要部分，因此異黃酮對人體健康具有重要作用。異黃酮是具有雌激素特性的生物活性化合物，通常被稱為植物雌激素，主要代表成分有染料木素、大豆苷元和大豆黃素。

2.2.2.2 黃酮、黃酮醇、查耳酮和黃烷酮

在整個植物界中，黃酮、黃酮醇、查耳酮和黃烷酮這些類黃酮亞組最常見且?guī)缀鯚o處不在。芹黃素和木犀草素屬于黃酮類；黃酮醇存在于洋蔥、蘋果、柿子、藏紅花、漿果、西蘭花、生菜等中，楊梅素、槲皮素和山柰酚是其主要的代表性物質(zhì)；查耳酮的代表物質(zhì)是根皮素；黃烷酮的主要代表物質(zhì)是柚皮素。

2.2.2.3 黃烷醇和原花色素

黃烷醇通常被稱為兒茶素，包含4個可能的非對映異構(gòu)體。兒茶素是具有反式構(gòu)型的異構(gòu)體，而表兒茶素是具有順式構(gòu)型的異構(gòu)體。兒茶素和表兒茶素分別具有兩個立體異構(gòu)體，即(+)-兒茶素和(-)-兒茶素、(+)-表兒茶素和(-)-表兒茶素。(+)-兒茶素和(-)-表兒茶素是常見于食用植物中的兩種異構(gòu)體。黃烷醇存在于許多水果中，尤其在葡萄、蘋果和藍(lán)莓的皮中常見。原花色素由數(shù)量不同的兒茶素或表兒茶素結(jié)合而成，將聚合度大于5的稱為高聚體。在各類原花色素中，低聚體分布更廣，具有更強(qiáng)的抗氧化和清除自由基活性。

2.2.2.4 花青素

花青素是來自類黃酮家族的天然植物色素，賦予水果、蔬菜和其他食物五顏六色的外觀，是大多數(shù)花瓣、水果和蔬菜中的主要呈色成分。植物中的花青素主要以糖苷形式存在，通常被稱為花色素苷?；ㄉ剀盏念伾Q于pH值，酸性時為紅色，堿性條件下為藍(lán)色，但是羥基化程度或甲基化模式以及糖基化模式也會影響花色苷化合物的顏色。花青素在酸性溶液中化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

2.2.3 其他多酚

在食品中還發(fā)現(xiàn)了其他多酚，它們對人體健康也至關(guān)重要。白藜蘆醇是葡萄和紅酒中所獨有的。鞣花酸及其衍生物存在于漿果以及不同堅果的皮中。木質(zhì)素以結(jié)合形式存在于亞麻、芝麻和許多谷物中。姜黃素是姜黃中的強(qiáng)抗氧化劑成分。迷迭香酸是咖啡酸的二聚體，鞣花酸是沒食子酸的二聚體。

對多酚的分類和代表性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的總結(jié)見表1。

表1 多酚的分類及代表性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)[40]Table 1 Classification of polyphenols and structures of its representative substances[40]

續(xù)表1

2.3 多酚的生物活性

膳食中的多酚對人類健康有十分重要的作用。水果、蔬菜和谷物含有豐富的多酚，這些多酚具有抗氧化、抗癌、抗炎、抗病毒等性質(zhì)，可降低患癌癥、心血管疾病等許多慢性疾病的風(fēng)險，對治療多種人類疾病有著重要應(yīng)用價值。

2.3.1 抗氧化

自由基是細(xì)胞呼吸和正常代謝產(chǎn)生的高度活躍的分子，主要包括超氧陰離子自由基、羥自由基等。因為自由基有一個不成對的電子，需要得到一個電子達(dá)到穩(wěn)定，所以呈現(xiàn)強(qiáng)氧化性。自由基可對生物分子造成氧化損傷，導(dǎo)致各種疾病，包括動脈粥樣硬化、衰老和癌癥等。多酚在與自由基反應(yīng)時可以提供氫原子，氫原子的電子與自由基所帶的電子組成一對，然后與自由基反應(yīng)生成穩(wěn)定物質(zhì)。因此，多酚可以作為抗氧化劑將體內(nèi)的自由基還原為穩(wěn)定的物質(zhì)，從而抑制或緩解各類疾病的發(fā)生。酚類化合物清除自由基可以通過質(zhì)子偶聯(lián)電子轉(zhuǎn)移（proton coupled-electron transfer/hydrogen atom transfer，PC-ET/HAT）、電子轉(zhuǎn)移-質(zhì)子轉(zhuǎn)移（electron transfer-proton transfer，ET-PT）和質(zhì)子損失電子轉(zhuǎn)移（sequential proton loss electron transfer，SPLET）3種化學(xué)途徑。如圖3所示，PC-ET/HAT機(jī)制（機(jī)制一）是通過向自由基（R·）快速提供氫負(fù)離子（H）來進(jìn)行的。當(dāng)多酚發(fā)生解離形成芳氧陰離子（ArO）時，就會發(fā)生SPLET機(jī)制（機(jī)制二）。ArO與自由基（R·）結(jié)合產(chǎn)生自由基負(fù)離子（R），自由基負(fù)離子（R）在反應(yīng)的最后階段被質(zhì)子化（RH）。在ET-PT機(jī)制（機(jī)制三）中，電子從多酚轉(zhuǎn)移到自由基（R·）形成自由基負(fù)離子（R）和具有抗氧化作用的陽離子自由基（ArOH·），ArOH·發(fā)生脫質(zhì)子化形成ArO·，氫正離子（H）被轉(zhuǎn)移到自由基負(fù)離子（R）形成RH。酚類抗氧化劑與自由基的反應(yīng)主要是PC-ET和SPLET機(jī)制的結(jié)合。

圖3 多酚抗氧化機(jī)制[35]Fig. 3 Antioxidant mechanism of polyphenols[35]

除了直接清除自由基外，多酚還通過調(diào)節(jié)不同類型氧化酶和抗氧化酶的活性來保護(hù)身體免受氧化損傷。多酚可以抑制黃嘌呤氧化酶、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、脂氧化酶、環(huán)氧化酶等活性，以減少氧自由基的產(chǎn)生。此外，多酚通過調(diào)節(jié)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等抗氧化酶的表達(dá)，減輕線粒體氧化損傷造成的結(jié)構(gòu)和功能損傷。谷胱甘肽還原酶是將谷胱甘肽從氧化態(tài)還原為還原態(tài)的關(guān)鍵酶。谷氨酰半胱氨酸合成酶是合成谷胱甘肽的限速酶。多酚可以通過提高這兩種酶的活性確保持續(xù)清除氧自由基。

多酚抗氧化能力與酚類的還原特性呈正相關(guān)，而多酚氧化還原特性取決于多酚的空間結(jié)構(gòu)和羥基化程度。多酚作為自由基清除劑，能夠通過有效阻止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，消除自由基得電子的能力，避免新的自由基形成。在沒有嚴(yán)重變質(zhì)的油中加入酚類抗氧化劑，可有效延長脂質(zhì)氧化的誘導(dǎo)期。因此，在食品加工和儲存期間可以通過加入多酚從而最大限度地防止食品氧化。

2.3.2 抗炎

炎癥是組織對細(xì)胞損傷、刺激、病原體入侵的保護(hù)反應(yīng)，也是清除受損和壞死細(xì)胞的機(jī)制。在正常生理條件下，短時間的急性炎癥幾乎不對組織產(chǎn)生損傷。然而，如果炎癥持續(xù)時間延長，就會發(fā)生慢性炎癥。慢性炎癥是癌癥、阿爾茨海默病、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、糖尿病、關(guān)節(jié)炎、自身免疫性疾病和肺部疾病等慢性疾病的主要誘因。多酚攝入量（以總多酚排泄量衡量）的增加可使炎癥標(biāo)志物（如白細(xì)胞介素（interleukin，IL）和腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）等）濃度降低。多酚的抗炎機(jī)理如圖4所示。

圖4 多酚的抗炎作用[48]Fig. 4 Anti-inflammatory effect of polyphenols[48]

2.3.3 抗菌

許多酚類化合物的抗菌活性與羥基官能團(tuán)的存在有關(guān)。多酚的羥基是一價陽離子的穿膜載體，通過氫鍵與細(xì)菌的細(xì)胞膜相互作用，將H帶入細(xì)胞質(zhì)并將K運出。K在外流過程中消耗能量，影響細(xì)胞膜的物質(zhì)運輸，及細(xì)胞膜的通透性和穩(wěn)定性。同時多酚能使細(xì)菌形成細(xì)胞質(zhì)顆粒，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜破裂，造成細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外泄和微生物死亡。多酚與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁剛性和完整性被破壞。除了受化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的影響外，抗菌活性還受多酚親脂性的影響。多酚還可能通過抑制細(xì)菌能量代謝和DNA合成來抗菌，如兒茶素可以通過抑制DNA回旋酶活性發(fā)揮抗菌作用。多酚發(fā)揮抗菌性的機(jī)理如圖5所示。

圖5 多酚的抗菌作用機(jī)理[51]Fig. 5 Antibacterial mechanism of polyphenols[51]

3 多酚在食品加工過程中減少AGEs產(chǎn)生的途徑

食品熱加工時會發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生的AGEs給人類健康帶來潛在危害。多酚在食品加工模擬體系中（葡萄糖/麥芽糖和賴氨酸模擬體系）與羰基形成加合物清除系統(tǒng)中的自由基，并通過抑制淀粉水解酶活性的方式抑制中間產(chǎn)物MGO和GO生成，從而減少AGEs產(chǎn)生。因此，將多酚加入到熱加工食品中可以減少AGEs形成，從而減少對人體的危害。

通過化學(xué)模型，研究人員發(fā)現(xiàn)兒茶素能有效抑制丙烯酰胺的形成，0.1 mol/L pH 6.8磷酸緩沖液中兒茶素添加量達(dá)到109 mol/L時對AGEs抑制率最高；槲皮素在葡萄糖/賴氨酸美拉德反應(yīng)模型系統(tǒng)中能有效抑制GO和MGO的形成；將土豆片浸泡在葡萄皮多酚提取物溶液中60 min，丙烯酰胺濃度下降60.3%；葡萄籽提取物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%原花青素）能以劑量依賴性的方式降低面包中的CML含量，在面包中添加1.2 g/kg和2 g/kg會分別導(dǎo)致面包皮中CML含量降低30%以上和50%以上。劉慧琳等將多酚類化合物添加到餅干中，發(fā)現(xiàn)表沒食子兒茶素沒食子酸酯、白藜蘆醇和原花青素通過捕獲活性二羧基化合物抑制CML生成，抑制率最高可分別達(dá)到（0.280±0.007）%和（0.830±0.073）%。劉玲等建立了葡萄糖和牛血清白蛋白的70 ℃反應(yīng)體系，發(fā)現(xiàn)在食品加工過程中多酚可以抑制中間產(chǎn)物乙二醛等形成，從而抑制熒光性交聯(lián)AGEs產(chǎn)生。多酚是一種生物活性化合物，也是一種抗氧化劑，能夠減輕細(xì)胞的氧化損傷。食品和飲料中加入多酚可以調(diào)節(jié)代謝過程和細(xì)胞信號通路，保護(hù)細(xì)胞免受應(yīng)激損傷。食品加工過程中多酚抑制AGEs產(chǎn)生的途徑如圖6所示。

圖6 食品加工過程中多酚抑制AGEs產(chǎn)生的途徑Fig. 6 Mechanism by which polyphenols inhibit AGEs production in food processing

4 多酚在體內(nèi)減弱AGEs毒性的方式

4.1 經(jīng)消化吸收

蛋白-AGEs攝入體內(nèi)經(jīng)消化道酶催化分解為寡肽-AGEs，一部分AGEs通過肽轉(zhuǎn)運蛋白1（peptide transporter 1，PepT1）識別、細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運、胞吞作用和被動擴(kuò)散的方式被小腸吸收。沒有被吸收的部分被運送至結(jié)腸，經(jīng)微生物代謝后排出體外。攝入體內(nèi)的AGEs中20%～50%通過糞便排出體外。在體內(nèi)積累的AGEs會引起糖尿病、心血管疾病和神經(jīng)退行性疾病等多種疾病。AGEs在體內(nèi)的消化吸收途徑如圖7所示。

圖7 AGEs在體內(nèi)的消化吸收途徑[57]Fig. 7 Pathways of digestion and absorption of AGEs[57]

AGEs在胃腸道消化吸收過程中，多酚可以減輕其對人體的多種傷害。單體結(jié)構(gòu)的多酚和低聚合度的多酚可以被小腸吸收，高分子質(zhì)量和高極性結(jié)構(gòu)的多酚不被吸收從而進(jìn)入結(jié)腸。腸道酶或結(jié)腸菌群可以使多酚水解轉(zhuǎn)化為苷元從而被吸收。多酚類化合物與結(jié)腸微生物相互作用被代謝，代謝物進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。如表沒食子兒茶素沒食子酸酯被結(jié)腸微生物轉(zhuǎn)化為苷元和沒食子酸酯，進(jìn)一步脫羧為鄰苯三酚。鄰苯三酚通過降低炎性巨噬細(xì)胞的分化水平來抑制單核細(xì)胞的遷移，降低胱天蛋白酶水平從而抑制單核細(xì)胞的死亡。多酚可以通過干擾PepT1從細(xì)胞質(zhì)向小腸刷狀緣膜轉(zhuǎn)運的方式降低細(xì)胞膜上PepT1的表達(dá)量，并通過催化蛋白質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化的蛋白激酶，上調(diào)緊密連接蛋白表達(dá)水平。同時，多酚可以通過共價或非共價作用與AGEs結(jié)合，影響其與轉(zhuǎn)運蛋白之間的親和能力，從而減少人體對AGEs的吸收。

4.2 經(jīng)與腸道微生物相互作用

腸道微生物群可以利用轉(zhuǎn)化多酚，提高多酚的生物利用度和健康效應(yīng)。同時，多酚也可以調(diào)節(jié)腸道微生物的組成，有利于有益菌生長、抑制病原菌生長。AGEs可以提高脫硫弧菌和擬桿菌的豐度，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、免疫損傷、損害組織蛋白功能特性，進(jìn)一步導(dǎo)致慢性代謝性疾病。多酚與腸道微生物相互作用使厚壁菌豐度顯著下降，擬桿菌門豐度略有下降，從而減少疾病的發(fā)生。白藜蘆醇對腸炎沙門氏菌和大腸桿菌等細(xì)菌具有顯著的抗菌活性。兒茶素可改變微生物細(xì)胞膜的通透性，從而使細(xì)菌對抗生素的作用敏感。綠茶和紅茶中含有的兒茶素可以顯著促進(jìn)大腸桿菌生長。腸道菌群可以直接影響大腦功能，也可以通過產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽來發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。如鏈球菌、大腸桿菌和腸球菌可以產(chǎn)生血清素，而嬰兒雙歧桿菌可以通過提高血漿色氨酸水平來調(diào)節(jié)中樞血清素傳遞。多酚可以調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，產(chǎn)生具有神經(jīng)保護(hù)作用的次級代謝產(chǎn)物。多酚和AGEs與腸道微生物之間的相互作用如圖8所示。

圖8 多酚和AGEs與腸道微生物相互作用Fig. 8 Polyphenols and AGEs interact with intestinal microflora

5 多酚抑制AGEs誘導(dǎo)的相關(guān)疾病機(jī)制

5.1 糖尿病

糖尿病是一種代謝性和炎癥性疾病，主要致病因素是能量代謝障礙。2型糖尿病主要表現(xiàn)為高血糖、胰島素抵抗和胰島功能受損。AGEs可通過以下途徑導(dǎo)致糖尿病：1）AGEs和RAGE之間的相互作用可激活NF-κB通路，促進(jìn)足細(xì)胞IL-6和TNF-α的表達(dá)，導(dǎo)致足細(xì)胞肥大、細(xì)胞周期阻滯和凋亡，從而導(dǎo)致糖尿病腎病發(fā)生；2）AGEs使ROS產(chǎn)生量增加，損害線粒體功能，使ATP生成量減少，機(jī)體內(nèi)能量供需失衡，從而誘發(fā)糖尿病；3）AGEs通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型重編程，促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為促炎M1表型，并抑制M2極化，增強(qiáng)MAPK信號通路，導(dǎo)致β細(xì)胞功能障礙。多酚通過多種途徑抑制糖尿病發(fā)生：1）多酚對脂肪酸誘導(dǎo)的胰島素抵抗具有有益作用，其可以抑制蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）激活，抑制絲氨酸（serine，Ser）307磷酸化，從而上調(diào)PI3K/Akt信號通路，促進(jìn)葡萄糖吸收；2）通過激活A(yù)MP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）胰島素抵抗；3）通過激活ERK1/2和p38 MAPK等激酶，抑制NF-κB和JNK的激活，從而改善胰島素抵抗和糖尿病并發(fā)癥。多酚抑制AGEs誘導(dǎo)糖尿病的機(jī)制如圖9所示。

圖9 多酚抑制AGEs誘導(dǎo)糖尿病的機(jī)制[13,28]Fig. 9 Mechanism by which polyphenols inhibit AGE-induced diabetes[13,28]

5.2 阿爾茨海默病

阿爾茨海默病是一種與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，是最常見的老年癡呆，臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知障礙，病理表現(xiàn)為老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)，可由ROS累積量增加和RAGE-MAPK-NF-κB信號通路過表達(dá)誘發(fā)。一方面，多酚通過抑制由AGEs激活的RAGE-MAPK-NF-κB信號通路來減少神經(jīng)元細(xì)胞死亡從而預(yù)防阿爾茨海默癥；另一方面，多酚具有抗氧化活性，可以清除由AGEs引起線粒體呼吸鏈活性增強(qiáng)所產(chǎn)生的過量ROS，調(diào)節(jié)PI3K/Akt信號通路，防止阿爾茨海默癥發(fā)生。多酚預(yù)防AGEs誘導(dǎo)阿爾茨海默癥的機(jī)制如圖10所示。

圖10 多酚預(yù)防AGEs誘導(dǎo)阿爾茨海默病的機(jī)制[15,27]Fig. 10 Mechanism by which polyphenols inhibit AGE-induced Alzheimer’s disease[15,27]

5.3 癌癥

AGEs與RAGE相互作用產(chǎn)生NADPH氧化酶，提高機(jī)體血腦屏障內(nèi)ROS的水平，激活NF-κB和PI3K/Akt通路，同時這些ROS刺激RAGE的持續(xù)表達(dá)，從而進(jìn)一步激活JAK/ERK1/2通路和NF-κB通路，使體內(nèi)維持較高的氧化水平，導(dǎo)致細(xì)胞因子分泌量升高，從而引發(fā)癌癥。多酚可以有效地捕獲二羰基化合物，減少細(xì)胞內(nèi)AGEs積累，調(diào)節(jié)信號通路，阻止NF-κB與DNA結(jié)合，抑制癌癥發(fā)生。同時，多酚還可以通過清除致癌物質(zhì)、促進(jìn)細(xì)胞凋亡和調(diào)節(jié)過氧化氫酶活性等方式抑制癌癥發(fā)生。多酚抑制AGEs誘導(dǎo)的癌癥機(jī)制如圖11所示。

圖11 多酚抑制AGEs誘導(dǎo)癌癥的機(jī)制[12]Fig. 11 Mechanism by which polyphenols inhibit AGE-induced cancer[12]

6 結(jié) 語

AGEs是糖的酮或醛基和蛋白質(zhì)的氨基發(fā)生非酶促糖化反應(yīng)形成的一組化合物，它們可以通過糖與蛋白內(nèi)源性形成，也可能在食品加工過程中形成被人體攝入。AGEs會誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、免疫損傷、慢性炎癥、組織損傷，損害組織蛋白功能特性，進(jìn)一步導(dǎo)致慢性代謝性疾病。相對比氨基胍等抑制劑，天然植物多酚因其毒副作用小而受到人們的青睞。多酚具有抗氧化、抗炎和抗菌等生物活性，可以抑制AGEs產(chǎn)生并改善AGEs相關(guān)疾病。以往對多酚抑制AGEs生成的研究大多聚焦在食品加工過程中，但是在保證食品感官品質(zhì)前提下的食品加工過程會不可避免地生成大量AGEs，并隨膳食進(jìn)入體內(nèi)。膳食AGEs主要以蛋白作為載體，約96%蛋白-AGEs經(jīng)過消化道酶解后以寡肽-AGEs形式存在。寡肽-AGEs一旦被吸收，將通過體內(nèi)循環(huán)在器官組織累積，誘導(dǎo)潛在疾病發(fā)生。因此，未來研究中，以寡肽-AGEs為研究靶點，解析其吸收途徑，并在此基礎(chǔ)上利用多酚作為抑制劑，是解決AGEs潛在食品安全問題的關(guān)鍵。