萬(wàn) 哲,程文敬,彭 璐,莫啟貴

(湖北科技學(xué)院糖尿病心腦血管病變湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 咸寧 437100)

氧化應(yīng)激(oxidative stress)是細(xì)胞促氧化劑和抗氧化劑之間失去平衡的表現(xiàn),外源性或者內(nèi)源性刺激會(huì)使機(jī)體代謝產(chǎn)生大量的活性氧(reactive oxygen species,ROS),當(dāng)ROS超過(guò)機(jī)體氧化體系的還原能力,機(jī)體則處于氧化應(yīng)激狀態(tài)。氧化應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致機(jī)體應(yīng)激性氧化損傷,從而使機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)病變,如慢性腎病等[1],也被認(rèn)為是細(xì)胞衰老的一大成因。抗氧化劑(antioxidants)是阻止機(jī)體因氧化反應(yīng)而產(chǎn)生不良影響的物質(zhì),抗氧化劑的作用機(jī)制包括:去除O2(例如,在N2下包裝食品)、清除ROS和活性氮(reactive nitrogen species,RNS)、抑制ROS和RNS的形成、結(jié)合催化ROS生成所需的金屬離子以上調(diào)內(nèi)源性抗氧化防御。自上個(gè)世紀(jì)五十年代,一些人工合成抗氧化劑相繼問(wèn)世,如丁基羥基茴香醚(butyl hydroxyl anisole,BHA)、二丁基羥基甲苯(butylated hydroxytoluene,BHT)和沒(méi)食子酸丙酯(propyl gallate,PG)等,豐富了抗氧化劑的種類。但隨后,一些人工合成抗氧化劑被發(fā)現(xiàn)存在某些病理病變的可能,如高劑量的BHA和BHT被證實(shí)可增加機(jī)體患肝細(xì)胞腺瘤和肝細(xì)胞癌的風(fēng)險(xiǎn)[2],而PG也被發(fā)現(xiàn)具有致癌風(fēng)險(xiǎn)[3]。而相比之下,天然抗氧化劑副作用較小,更容易被人們接受,現(xiàn)如今已成為抗氧化劑研究和應(yīng)用的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

刺梨是薔薇科薔薇屬多年生落葉叢生灌木繅絲花(RosaroxburghiiTratt)的果實(shí),主要分布于我國(guó)黔、川東南、滇西北、桂西北、湘西、鄂西南和陜南等地。全國(guó)先后有20多個(gè)省市從貴州引種試種,建立了大面積的人工栽培基地。僅貴州,繅絲花的人工種植面積就接近117 300公頃,年產(chǎn)果實(shí)高達(dá)130 000噸[4]。刺梨是傳統(tǒng)中藥,用于消食健脾、收斂止瀉,苗醫(yī)體系中用刺梨治療積食和腹瀉已有很長(zhǎng)歷史。刺梨具有“維生素C之王”的美譽(yù),其含量高達(dá)1700～2900mg/100g鮮果實(shí),是奇異果(kiwi fruit)的10倍[5]。此外,刺梨富含刺梨黃酮、多酚、多糖和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)等多種具有抗氧化活性的物質(zhì)[6-8]。本文對(duì)刺梨抑制氧化應(yīng)激的物質(zhì)基礎(chǔ)、抑制方式和生物學(xué)意義進(jìn)行綜述,為其進(jìn)一步研究提供方向。

1 刺梨抗氧化活性成分

刺梨多糖、黃酮、多酚類化合物和維生素都具有良好的抗氧化活性[6-8]。刺梨黃酮可以消除ROS[9],減少細(xì)胞凋亡。刺梨黃酮主要成分是蘆丁、異槲皮素、槲皮素、山奈酚和木犀草素等[9]。刺梨多糖的主要組成是阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖等,也具有良好的抗氧化活性,表現(xiàn)在其對(duì)二苯基苦味酰基苯肼基自由基(1,1-Diphenyl-2- picrylhydrazyl,DPPH)、羥基自由基(hydroxyl radical,·OH)和超氧陰離子自由基(superoxide anion free radical,O2-·)具有明顯的清除活性[7]。刺梨多酚有較強(qiáng)的自由基清除能力和鐵離子還原能力[6],可以通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體膽固醇和脂肪酸的合成與分解,提高機(jī)體抗氧化能力,減少氧化應(yīng)激損傷[10],并通過(guò)調(diào)控核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nfr2)信號(hào)通路,減輕氧化應(yīng)激[11]。同時(shí),刺梨三萜也具有一定的抗氧化活性[6]。

2 刺梨抑制氧化應(yīng)激作用的方式

刺梨抑制氧化應(yīng)激作用的主要方式有3種:①清除自由基活性;②提升抗氧化酶活性;③阻斷生成ROS的反應(yīng)。

2.1 清除自由基活性

在清除自由基方面,刺梨黃酮對(duì)O2-·、H2O2和DPPH·等自由基均表現(xiàn)出良好的清除作用[12]。刺梨多糖也可以清除自由基,且粗品的清除作用強(qiáng)于純品[13]。刺梨葉醇提取物具有較強(qiáng)的自由基清除能力[14]。此外,刺梨水提取物對(duì)DPPH和2,2′-聯(lián)氮-雙(3-乙基苯噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽[2,20-azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS]自由基也有較強(qiáng)的清除作用[15]。

2.2 提升抗氧化酶活性

刺梨可以提升抗氧化酶活性。在鵝飼料中添加適量刺梨提取物后,鵝的血清中谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)和SOD活性顯著升高[16]。此外,刺梨果渣可通過(guò)提高SOD和過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)活性,降低ROS水平[10]。而且,刺梨葡萄糖苷和槲皮素可以增加Nrf2、血紅素氧合酶(heme oxygenase,HO-1)和NADPH∶醌氧化還原酶1(NADPH∶NQO1)的蛋白水平,以增加CAT、SOD和GSH-Px水平,調(diào)解氧化應(yīng)激和慢性炎癥[17]。刺梨葉水提取物也可以提高SOD表達(dá)水平[18]。

2.3 阻斷生成ROS的反應(yīng)

刺梨富含的黃酮類化合物可以抑制ROS的生成。在受輻射損傷后的胸腺細(xì)胞ROS介導(dǎo)的DNA研究中,刺梨黃酮可以抑制多聚ADP核糖聚合酶1[poly(ADP-ribose) polymerase 1,PARP-1]的活性,從而減少細(xì)胞凋亡所產(chǎn)生的ROS[9]。此外,刺梨中的酚類物質(zhì)含量較高的游離部分也表現(xiàn)出較好的抗氧化活性和對(duì)α -葡萄糖苷酶的抑制能力,有效減少了部分依靠α-葡萄糖苷酶產(chǎn)生ROS的反應(yīng)[19]。

刺梨抑制氧化應(yīng)激的作用方式并不繁雜,且抑制方式多樣,如刺梨黃酮,既可以清除自由基,又可以阻斷生成ROS的反應(yīng),表明刺梨抑制氧化應(yīng)激的可行性和有效性。

3 刺梨抑制氧化應(yīng)激的作用機(jī)制及意義

3.1 抑制氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子

氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子是一系列控制氧化還原平衡的轉(zhuǎn)錄因子,包括SOD1、SOD2和HO-1等,它們通過(guò)與Nrf2、過(guò)氧化物酶體增殖受體γ輔激活因子(peroxisome proliferators-activated receptor γ coactivator α,PGC-1α)、p53、核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)和叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O(forkhead box O,FoxO)等細(xì)胞因子相作用從而調(diào)節(jié)氧化還原狀態(tài)[20]。刺梨可以通過(guò)調(diào)控氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子,進(jìn)而控制氧化酶和抗氧化酶的表達(dá),來(lái)緩解氧化應(yīng)激。

刺梨以上調(diào)Nrf2、HO-1蛋白的表達(dá)介導(dǎo)Nrf2信號(hào)通路,從而抑制氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子,發(fā)揮抑制氧化應(yīng)激的作用[21]。刺梨可以阻止砷激活Nrf2/GPX4信號(hào)通路,從而減輕砷性肝損傷[22],表明刺梨可作為一種預(yù)防和控制砷中毒的水果。刺梨本身也可以阻止ROS激活氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子,刺梨富含維生素C、黃酮、SOD等多種抗氧化成分,可以激活體內(nèi)去乙?；?(sirtuin 1,SIRT1酶),從而激活Smad7(small mothers against decapentaplegic 7)轉(zhuǎn)錄因子,以抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor β1,TGF-β1)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β受體1(transforming growth factor β receptor 1,TGF-βR1)及Smad2、Smad3的表達(dá)[23]。

3.2 激活蛋白激酶

刺梨含有表達(dá)L-半乳糖苷-1,4-內(nèi)酯脫氫酶(L-galactono-1-1,4-lactone dehydrogenase,GalLDH)的基因,其介導(dǎo)表達(dá)的GalLDH是催化植物內(nèi)抗壞血酸(ASA)的關(guān)鍵酶,將該基因?qū)霟煵葜仓?培育出了ASA過(guò)表達(dá)煙草植株,顯示出更高的抗百草枯氧化應(yīng)激能力[24]。富含多酚的刺梨提取物可以通過(guò)增加糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)的磷酸化和降低其表達(dá),改善氧化應(yīng)激[17],有效保護(hù)了肝臟脂肪免受損傷和功能障礙。

刺梨籽油可以減輕氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng),上調(diào)產(chǎn)熱相關(guān)基因的表達(dá),如解偶聯(lián)蛋白1(uncoupling protein 1,UCP1)和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinase,p38 MAPK),減輕氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[25]。

3.3 抑制離子通道過(guò)度開(kāi)放

離子通道參與許多細(xì)胞過(guò)程,作用于離子通道的藥物長(zhǎng)期以來(lái)被用于治療神經(jīng)系統(tǒng)等涉及電興奮的疾病[26]。ROS失衡會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的Ca2+穩(wěn)態(tài)的紊亂,Ca2+會(huì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和其他儲(chǔ)存單元中釋放出來(lái),其原因是ROS能激活ER膜上的鈣釋放通道[27]。而刺梨中具有抗氧化性質(zhì)的物質(zhì)能夠抑制ROS,減弱其對(duì)Ca2+穩(wěn)態(tài)的影響,使Ca2+通道打開(kāi)指數(shù)趨于正常,減少因離子通道過(guò)度開(kāi)放而造成的細(xì)胞損傷。

3.4 抑制脂質(zhì)過(guò)氧化

脂質(zhì)過(guò)氧化一般可以描述為自由基或非自由基等氧化劑攻擊含有碳碳雙鍵的脂質(zhì),特別是多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)的過(guò)程[28]。ROS對(duì)脂質(zhì)的損傷作用不容忽視,失控的氧化應(yīng)激促進(jìn)了脂質(zhì)過(guò)氧化,引起細(xì)胞、組織和器官的損傷。

在刺梨汁對(duì)低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)的體外氧化修飾、LDL誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞膽固醇酯(cholesteryl ester,CE)積累的影響的研究中,刺梨汁顯著降低了LDL的氧化易感性,并通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞膽固醇外排,有效抑制氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein,ox-LDL)誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞生長(zhǎng),尤其是ox-LDL誘導(dǎo)的小鼠腹腔巨噬細(xì)胞CE積累[29]。

刺梨水醇提取物能提高抗氧化酶、脂蛋白脂肪酶和肝脂肪酶的活性,下調(diào)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(sterol regulatory element binding protein-1c,SREBP-1c)和乙酰輔酶A羧化酶的mRNA和蛋白表達(dá),上調(diào)肝組織中過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α和低密度脂蛋白受體的mRNA和蛋白表達(dá),降低了肝臟脂質(zhì)水平[30]。

刺梨多糖也被證實(shí)可降低膜脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛(malondialdehyde,MDA)的水平,具有顯著的抗氧化潛力[7];而刺梨葉水提物同樣也可以降低MDA水平,對(duì)脂質(zhì)氧化損傷具有保護(hù)作用[18]。

此外,刺梨籽油也可以抑制脂質(zhì)過(guò)氧化。檢測(cè)刺梨籽油對(duì)高脂肪飲食組(HFD)小鼠的生理影響,發(fā)現(xiàn)刺梨籽油上調(diào)脂肪酸氧化的相關(guān)基因、線粒體調(diào)控生物發(fā)生和發(fā)揮功能的關(guān)鍵基因的表達(dá),如PGC-1α、肉毒堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶(carnitine palmitoyltransferase 1α,CPT-1α)和酰基輔酶A脫氫酶長(zhǎng)鏈(long-chain specific acyl-CoA dehydrogenase,ACADL)的基因表達(dá)[25],從而介導(dǎo)線粒體的氧化代謝,阻止脂質(zhì)積累和過(guò)氧化。

3.5 抑制DNA氧化損傷

自1956年Harman[31]提出了細(xì)胞衰老(cell aging)的自由基學(xué)說(shuō),關(guān)于自由基累積對(duì)于人類機(jī)體的影響開(kāi)始被人重視,其中自由基引發(fā)的DNA損傷從而引發(fā)生物體的衰老和突變已而成為學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn),而如何有效減弱自由基對(duì)DNA的影響尚為一大技術(shù)攻關(guān)。刺梨抑制氧化應(yīng)激可有效減少氧化應(yīng)激導(dǎo)致的DNA鏈斷裂、DNA位點(diǎn)突變、DNA雙鏈畸變和原癌基因與腫瘤抑制基因突變等形式的DNA損傷。

刺梨黃酮可通過(guò)PARP-1實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA的修復(fù),降低ROS和γ-h2ax水平,從而提高細(xì)胞活力[9]。刺梨水提物活性成分含量較高,對(duì)DNA的氧化損傷有抑制作用,且抑制作用隨刺梨水提物濃度升高而增強(qiáng),呈濃度依賴性[15]。

此外,刺梨黃酮具有抗輻射作用[32],可以抑制UVB誘導(dǎo)的DNA氧化損傷,糾正輻射引起的組織病理改變,促進(jìn)脾結(jié)節(jié)形成,抵抗精子畸變,保護(hù)胸腺,減少細(xì)胞凋亡。

4 結(jié) 語(yǔ)

刺梨具有極高的經(jīng)濟(jì)、食用、園林和藥用價(jià)值。目前我國(guó)大力發(fā)展中醫(yī)藥事業(yè),而刺梨作為“三王之果”,其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值已引起重視。在以往刺梨的藥理研究中,抑制氧化應(yīng)激的性質(zhì)是其藥理活性的重要組成部分?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)刺梨抑制ROS生成的3種方式,其機(jī)制并不復(fù)雜。此外,刺梨多途徑抑制ROS生成的特點(diǎn),也決定了刺梨通過(guò)氧化應(yīng)激觸發(fā)的機(jī)體效應(yīng)并不單一。刺梨抑制氧化應(yīng)激,能對(duì)轉(zhuǎn)錄因子、蛋白質(zhì)和離子通道等方面產(chǎn)生影響,從不同的分子水平或細(xì)胞水平發(fā)揮其藥用價(jià)值。

我國(guó)對(duì)刺梨的研究,在抑制氧化應(yīng)激作用上還有很大的探索價(jià)值。而如果要更進(jìn)一步地推動(dòng)刺梨的藥用價(jià)值,有兩點(diǎn)值得重視。一是要對(duì)刺梨進(jìn)行“拆分式”研究。在對(duì)過(guò)往的有關(guān)刺梨抑制氧化應(yīng)激的研究進(jìn)行總結(jié)后可發(fā)現(xiàn),大部分抑制氧化應(yīng)激性質(zhì)的研究只涉及到刺梨果實(shí),而事實(shí)上,刺梨有刺梨籽、刺梨核等細(xì)分部位,其成分會(huì)與整果有所異同,對(duì)這些細(xì)分部位抑制氧化應(yīng)激的效果進(jìn)行研究,將有利于進(jìn)一步定位刺梨抑制氧化應(yīng)激的有效部位。二是要細(xì)化刺梨成分。刺梨抑制氧化應(yīng)激觸發(fā)的機(jī)體效應(yīng)十分復(fù)雜,這是因?yàn)榇汤鎿碛袕?fù)雜的藥理成分,當(dāng)今對(duì)于刺梨抑制氧化應(yīng)激的化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行闡述時(shí),通常只定位到有效活性部位,如刺梨多糖、刺梨黃酮和刺梨三萜等。對(duì)刺梨抑制氧化應(yīng)激的化學(xué)成分進(jìn)行分離和進(jìn)一步的研究,將有助于挖掘刺梨抑制氧化應(yīng)激的作用。