美拉德反應產(chǎn)物的研究現(xiàn)狀

謝嘉賓，謝 青

（1.四川省動物疫病預防控制中心，四川 成都 610041；2.四川省獸藥監(jiān)察所，四川 成都 610041）

美拉德反應是廣泛存在于食品、飼料加工中的一 種非酶褐變，是氨基化合物（如胺、氨基酸、蛋白質(zhì)等）和羰基化合物（如還原糖、脂質(zhì)以及由此而來的醛、酮、多酚、抗壞血酸、類固醇等）之間發(fā)生的非酶促反應，也稱為羰氨反應。反應經(jīng)過復雜的歷程，最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質(zhì)——類黑精或稱擬黑素。Maillard在1912～1917年間對美拉德反應做了卓有成效的研究，以后Hodge等多人對該反應的歷程及機理進行了研究和論述。

1 美拉德反應產(chǎn)物（MRPs）抗氧化機理的研究

盡管MRPs的抗氧化性能被廣泛研究，但仍不完全了解它的抗氧化機理。早期研究認為MRPs中間體——還原酮類化合物的還原能力及MRPs的金屬離子絡合特性與其抗氧化能力有關。近年來的研究表明，MRPs有很強的消除活性氧的能力。Hayase（1989）認為類黑精具有很強的消除活性氧的能力，因而可抑制脂類氧化。Yen等（1992，1993，1995）指出，在木糖-賴氨酸MRP的XL-MRP中存在許多能消除過氧化物的化合物（主要存在于褐變色素中），過氧化物間接引發(fā)脂類氧化（因為過氧化物能提供原始氧）。XL-MRP顯著的抗氧化能力很可能與它們強有力的消除過氧化物有關。Kawane等（1999）在美拉德反應物（MRPs）的根基清除作用研究中認為，自由基結(jié)構(gòu)與化學發(fā)光相關，大豆來源的醬油，含有MRPs，將其與發(fā)光性活性氧簇混合，通過測定化學發(fā)光性來研究醬油中的MRPs對過氧化物和羥基清除的活性，結(jié)果表明大豆醬油中的MRPs有清除活性氧的活性。

2 MRPs的誘變和抗突變作用

抗突變是指抗某一種或幾種化學誘變劑的誘變作用，也預示著可能有抗誘變劑致癌作用的功效。

2.1 誘變作用 Skog（1993）從模式實驗中鑒定出的幾種溫熱性誘變劑支持了“肌酸、肌酐、氨基酸和糖形成溫熱性誘變劑”的理論。人們一般接受肌酸是一種誘變劑的先體物，有趣的是由肌酸轉(zhuǎn)化成的肌酐表現(xiàn)出了對于過量糖的阻滯作用，引起誘變活性降低；從葡萄糖碳原子的并入所產(chǎn)生的食物誘變劑分子已證明，葡萄糖是一種先體物，糖已顯示出了既能加強又能抑制誘變劑產(chǎn)生的作用，主要依賴于糖和其反應物的分子比例。

Chen-JiauHua（1996）在進行MRPs介導的DNA誘變研究時，用0.025～1.0M的葡萄糖-賴氨酸美拉德產(chǎn)物（MRPs）處理質(zhì)粒pUC12，結(jié)果從處理5min到24h均降低了質(zhì)粒pUC12的轉(zhuǎn)化率，通過同MRPs孵化后，比較質(zhì)粒pUC12 DNA模式，結(jié)果顯示凝膠電泳DNA的大小無變化；增加質(zhì)粒pUC12同MRPs孵化時間到4～12 d，質(zhì)粒pUC12的轉(zhuǎn)化率為3.2%和0.15%，質(zhì)粒pUC12同MRPs孵化12 d時的轉(zhuǎn)化率比4 d時低幾倍；接著將質(zhì)粒pUC12同MRPs的混合物用乙醇沉析變性，在Tris-EDTA中復性，質(zhì)粒pUC12的轉(zhuǎn)化效率增加10倍以上，這種現(xiàn)象在孵化12 h時存在。

Brands（2000）在120℃加熱糖-酪蛋白形成誘變劑，然后用S.typhimurium TA-100進行Ames試驗，比較幾種糖——葡萄糖、果糖、半乳糖、塔格糖（已酮糖）、乳糖、乳果糖反應物的誘變性。結(jié)果認為誘變性完全歸因于MRPS，由于不同的反應率和不同的反應機制，各種糖的誘變性完全不同。Kitts（1993）用葡萄糖-甘氨酸的MRPS產(chǎn)物在有和無S-9混和時對于S.typhimurium TA-100、TA-98均具有誘變和染色體畸變活性；MRP對于TA-98和TA-100的誘變活性在沒有S-9預處理時被獲得，但在有S-9預處理時TA-100組被減少，TA-98組總體上被消除。

2.2 美拉德褐色產(chǎn)物的抗誘變作用 目前對MRPs中的抗誘變混合物及其機理仍不完全清楚。一些研究認為，MRPs的抗誘變能力可能與類黑精還原性有關，這類物質(zhì)可消除自由基，鈍化抑制酶活力（Hayase，1989；Kim，1986）。

美拉德產(chǎn)物具有一定的抗誘變能力，但是不同的氨基酶-糖產(chǎn)物能力不同（Yamaguchi，1986）。Yen等（1992）通過在100℃加熱單糖（果糖、葡萄糖和木糖）和氨基酸（精氨酸、甘氨酸、賴氨酸、和色氨酸）10 h制得MRPS，抗誘變活性的5種因子通過S.typhimurium TA-98和S-9大鼠微球蛋白進行Ames分析，結(jié)果木糖和賴氨酸具有最大的褐變程度，木糖的MRPs顯示出了最大的抗氧化效果，木糖-色氨酸強烈地抑制了3種誘變劑的誘變，其抗誘變能力強弱順序為：木糖-氨基酸＞葡萄糖-氨基酸＞果糖-氨基酸。然而一些MRPs可能使一些因子成為誘變劑，黃曲毒素B1的誘變活性在除了木糖-色氨酸外的所有MRPs中增加。

3 生物體內(nèi)的美拉德反應

近年來發(fā)現(xiàn)，生理條件下還原糖與蛋白質(zhì)之間的反應可導致蛋白褐變、熒光物質(zhì)的生成和發(fā)生交聯(lián)等，在美拉德反應后期階段形成的糖化終產(chǎn)物積累于長壽組織蛋白如晶體蛋白和膠原蛋白等蛋白質(zhì)上，促進人體老化和導致糖尿病、白內(nèi)障、動脈硬化、腎炎、網(wǎng)膜癥、神經(jīng)障礙和心臟血管等疾病的發(fā)生。因此，對生理條件下蛋白質(zhì)和還原糖之間美拉德反應的研究已成為了一個新的熱點。

在1968年，Rahbar等在觀察糖尿病人的血紅蛋白時就發(fā)現(xiàn)該血紅蛋白AIC是一種糖基化的血紅蛋白。糖尿病患者的紅細胞中HbAIC的含量升高，HbAIC是血紅蛋白（Hb）通過β鏈N-末端的纈氨酸與葡萄糖以Amadori型結(jié)合形成的糖基化蛋白質(zhì)。因HbAIC的含量能很好地反映血糖值，后來，對HbAIC含量的測定就成為控制糖尿病的臨床工具。

李莉和印大中（2003）認為，脂質(zhì)過氧化和糖基化產(chǎn)生的中間產(chǎn)物——不飽和醛酮（即應激醛）會造成緩慢積累的生理改變（稱為醛應激現(xiàn)象）。直到最近幾年才證明這些應激醛產(chǎn)物有很強的生物毒性，能對細胞造成種種與衰老過程相關的急性或慢性傷害。

Yin和 Brunk（1995，1996）根據(jù)老年色素逐步形成的生物化學過程，提出了羰基毒化衰老學說：糖基化造成的蛋白質(zhì)的交聯(lián)損傷是衰老的主要原因，主要發(fā)生反應的氨基酸殘基有賴氨酸、精氨酸、組氨酸、酪氨酸、色氨酸、絲氨酸以及蘇氨酸等。Stadtman（1992）發(fā)現(xiàn)老年動物體內(nèi)蛋白質(zhì)的羥基含量大大高于幼齡動物，據(jù)估計，老齡動物體內(nèi)40%～50%的蛋白質(zhì)已被氧化而以含羥基的醛酮形式存在。這些實驗結(jié)果與脂質(zhì)過氧化的結(jié)果不謀而合。

Furth等（1989）認為，蛋白質(zhì)的糖化作用導致了Amadori產(chǎn)物以及Maillard產(chǎn)物的形成，或AGE隨著年齡的增長而積累，包括血中的白蛋白由于糖化失去了與長鏈脂肪酸的結(jié)合能力，運載膽固醇的脂蛋白由于其糖化不再被細胞表面的受體識別，免疫球蛋白結(jié)合細菌毒素的能力減弱。Monnier等用牛的晶狀體蛋白與葡萄糖在模擬生理條件下放置數(shù)月，發(fā)現(xiàn)其酶解產(chǎn)物與患有白內(nèi)障的人晶狀體蛋白的酶解產(chǎn)物極為相似，這意味著美拉德反應與白內(nèi)障的發(fā)生有密切關系。

Lee（1999）認為3-DG是美拉德反應中間階段的主要產(chǎn)物，反應性極強，是蛋白質(zhì)與葡萄糖或果糖發(fā)生聚合的交聯(lián)劑，并且是Lys、Arg、Try的攻擊者，引起蛋白質(zhì)Lys、Arg、Try損傷，進而引起褐變、熒光的發(fā)生和交聯(lián)的形成。動脈硬化是老年常見病，孫賀英等（1996）有實驗證明:隨著年齡的增長，動脈壁內(nèi)熒光物質(zhì)含量增加，動脈壁彈性隨之下降，從而加速動脈硬化的發(fā)生。

4 美拉德反應的調(diào)控研究

美拉德反應的調(diào)控研究在醫(yī)學上具有重要意義，目前，該領域的研究熱點分為兩個方面：一是尋找有調(diào)節(jié)作用的有機、無機化合物；二是從動植物體內(nèi)尋找有調(diào)節(jié)作用的活性物質(zhì)。這些物質(zhì)之所以能達到抑制褐變及AGE形成的效果，在于它們能完全捕捉住具有強反應活性的化合物如2-羰基醛化合物（甲基乙二醛、3-脫氧葡糖醛酮）等中間體，從而抑制美拉德反應。

Sell等人用24個人的腦膜（濕重600 g）提取Pentosidine，發(fā)現(xiàn)人腦膜中的Pentosidine水平與年齡成線性關系。日本中村等人（1994）就用Pentosidine作為標記物進行了Ge-132抑制maillard反應的體外實驗：在由精氨酸、核酸和賴氨酸反應生成的Pentosidine系統(tǒng)中，加入不同濃度的Ge-132，發(fā)現(xiàn)Ge-132可抑制Pentosidine的形成。

Manjari等（1999）通過分光光度法研究葡萄糖、果糖與甘氨酸在谷氨酸和天冬氨酸中90℃條件下的顏色動力學反應，表明：谷氨酸和天冬氨酸對褐色反應的形成具有抑制效果，且天冬氨酸比谷氨酸具有更強的抑制效果。Vasiliauskaite（1997）將甲醛加入到葡萄糖和甘氨酸的混合物中，在pH值5.5、55℃下反應，用14C標記反應物，發(fā)現(xiàn)葡萄糖和甘氨酸的C1、C2以及甲醛分子促進了非透析性類黑精分子的形成，甲醛抑制了葡萄糖加甘氨酸的褐變反應，減少了高分子量美拉德反應產(chǎn)物的形成，改變了分子的色譜吸光度。

丁斌鷹（2000）在棉酚和干酪素反應中引進尿素，以有效賴氨酸含量為指標，120℃時，棉酚和干酪素反應趨勢呈線性下降（R=0.9887）。說明尿素能抑制該反應（P<0.01），有效防止有效賴氨酸的損失。

Jellum報道了鼠和羊肝臟中的2-羰基醛還原酶可以分解3-脫氧葡糖醛酮，而乙二醛酶不能。Oimomi等人從兔子肝臟中也分離出2-羰基醛脫氫酶，通過該酶對3-脫氧葡糖醛酮的分解能阻止美拉德反應的進行。

5 結(jié)語

美拉德反應是一個復雜的系統(tǒng)過程，生物體的美拉德反應涉及到衰老和多種老齡化疾病，因而尋找有效的抑制劑和控制方法是目前研究的一個熱點。

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