白衛(wèi)濱,李 夏,朱翠娟,胡云峰,焦 睿,蔣鑫煒,孫建霞*
(1.暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系,廣東 廣州 510632;2.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院,廣東 廣州 510090)
黃酮類化合物對(duì)鎘毒性營(yíng)養(yǎng)干預(yù)分子機(jī)制的研究進(jìn)展
白衛(wèi)濱1,李 夏1,朱翠娟1,胡云峰1,焦 睿1,蔣鑫煒1,孫建霞2,*
(1.暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系,廣東 廣州 510632;2.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院,廣東 廣州 510090)
鎘對(duì)生物器官和系統(tǒng)如肝臟、腎臟、骨、免疫系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等有著廣泛的損傷作用;黃酮類化合物是多酚類化合物,廣泛存在于多種植物中,而研究表明黃酮類化合物能有效預(yù)防或改善鎘引起的機(jī)體損傷。本文主要對(duì)黃酮類化合物干預(yù)鎘毒性的研究進(jìn)展以及發(fā)揮保護(hù)作用的分子機(jī)制方面進(jìn)行綜述,為預(yù)防鎘毒性和營(yíng)養(yǎng)干預(yù)機(jī)制的進(jìn)一步研究提供參考。
鎘;黃酮;損傷;營(yíng)養(yǎng)干預(yù)
鎘(cadmium,Cd)是人體非必需微量元素,在環(huán)境中普遍存在。1968年,由慢性鎘中毒引起的“痛痛病”被日本政府認(rèn)定為公害病,使鎘污染和鎘中毒受到世界關(guān)注。鎘作為重要的環(huán)境污染物和生產(chǎn)性毒物,對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。鎘能通過職業(yè)接觸、飲食、吸煙等方式進(jìn)入人體,在體內(nèi)生物半衰期長(zhǎng)達(dá)10~30 年,對(duì)機(jī)體許多組織和器官都有毒性作用[1-2]。目前認(rèn)為,鎘中毒的主要機(jī)制為氧化損傷、干擾機(jī)體必需微量元素代謝、介導(dǎo)細(xì)胞凋亡以及影響表觀遺傳等[3]。雖然鎘對(duì)細(xì)胞或組織的損傷效果是由于幾個(gè)機(jī)制的協(xié)同作用,但是在特定類型的細(xì)胞中某一個(gè)機(jī)制占有主導(dǎo)地位[4]。因此,應(yīng)用抗氧化劑、必需微量元素、絡(luò)合劑和中草藥等在鎘中毒防治應(yīng)用上備受關(guān)注[3,5]。
黃酮類化合物(flavonoids)是植物次級(jí)代謝產(chǎn)物,以結(jié)合態(tài)(黃酮苷)或自由態(tài)(黃酮苷元)形式存在于草藥、水果蔬菜、豆類和茶葉等食源性植物,具有抗氧化性[6],可清除自由基,調(diào)節(jié)人體新陳代謝,預(yù)防慢性疾病。黃酮類化合物能通過抗氧化、清除自由基、螯合金屬離子等多種機(jī)制對(duì)鎘致機(jī)體多種組織器官損傷進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)干預(yù)[6-7]。本文通過概述黃酮類化合物對(duì)鎘毒性的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)作用的研究現(xiàn)狀,為科學(xué)制定鎘毒性作用的干預(yù)措施提供理論依據(jù)。
黃酮類化合物結(jié)構(gòu)上均為兩個(gè)具有酚羥基的苯環(huán)(A-環(huán)與B-環(huán))通過中央3 個(gè)碳原子相互連結(jié)而成,基本母核稱為2-苯基色原酮。黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)分類主要根據(jù)中央三碳鏈(即C3部分)的氧化程度、是否構(gòu)成環(huán)狀以及B環(huán)連接位置(2-或3-位)等不同進(jìn)行分類。主要的天然黃酮類化合物包括黃酮類(flavones)和黃酮醇類(flavonols)、二氫黃酮類(flavonones)和二氫黃酮醇類(flavanonols)、異黃酮類(isoflavones)和二氫異黃酮類(isoflavanones)、查爾酮類(chalcones)和二氫查爾酮類(dihydrochalcones)、黃烷類(flavanes)、花色素類(anthocyanidines)和雙黃酮類(bif l avones)[8]。
2.1 肝臟損傷的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)
很多實(shí)驗(yàn)表明,鎘通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激對(duì)機(jī)體造成損傷,主要通過調(diào)節(jié)核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)或基因調(diào)節(jié)蛋白P53影響相關(guān)DNA的轉(zhuǎn)錄,介導(dǎo)死亡受體通路或線粒體通路引發(fā)細(xì)胞凋亡,干擾必需金屬元素造成肝損傷。而黃酮類化合物可以通過抗氧化、清除自由基以及螯合鎘等機(jī)制保護(hù)鎘致肝臟損傷。
2.1.1 黃酮類化合物對(duì)鎘誘導(dǎo)活性氧簇的清除作用及抗脂質(zhì)過氧化作用
鎘通過多種途徑誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生大量活性氧簇(reactive oxygen species,ROS),包括超氧陰離子自由基(superoxide anion free radical,O2-?)、過氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)和羥自由基(hydroxyl free radical,?OH)[9-11]。線粒體是細(xì)胞內(nèi)ROS的主要來源[4],鎘對(duì)細(xì)胞呼吸作用產(chǎn)生干擾,并協(xié)同F(xiàn)e2+、Cu2+產(chǎn)生氧化自由基,加重了肝細(xì)胞的損傷[9,11-12]。鎘與DNA結(jié)合蛋白“鋅指”結(jié)構(gòu)中的Zn2+發(fā)生置換反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生自由基,活化黃嘌呤氧化酶、血紅素氧化酶使細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生過量的超氧自由基[9]。鎘使還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase,NOXs)活性增強(qiáng),產(chǎn)生更多的O2-?[12]。ROS可以攻擊生物膜系統(tǒng),造成脂質(zhì)過氧化(lipid peroxidation,LPO)[13-14],從而增加肝丙二醛(malondialdehyde,MDA)或硫代巴比妥酸產(chǎn)物(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)的含量[15-17],并抑制鈣離子ATP酶使膜流動(dòng)性降低[18]。在生理狀態(tài)下,肝組織中主要表達(dá)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS),不表達(dá)或較少表達(dá)誘生型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)。鎘刺激機(jī)體iNOS產(chǎn)生過多的一氧化氮(NO),當(dāng)其與O2-?形成過氧亞硝基陰離子等活性氮時(shí),可以誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化或進(jìn)一步造成細(xì)胞損傷[19]。NO還可以抑制三羧酸循環(huán)中酶的活性,對(duì)生物能量代謝產(chǎn)生影響[11],所以過表達(dá)NO也是鎘損傷的機(jī)制之一。研究還表明,脂質(zhì)過氧化作用有助于急性鎘中毒對(duì)肝臟的損傷但并不是鎘損傷的必需機(jī)制,表明其他機(jī)制也可能參與肝的損傷如通過誘導(dǎo)線粒體通透性發(fā)揮鎘毒性[17]。
黃酮類化合物具有低氧化還原電位和釋放電子或氫原子的能力,能通過酚羥基與自由基反應(yīng)生成較穩(wěn)定的半醌式自由基,從而終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng),降低生物膜脂質(zhì)過氧化的發(fā)生[20-26]。有研究發(fā)現(xiàn)柚皮素可以螯合亞鐵離子從而減少?OH的產(chǎn)生[27]。Li Ruijin等[19]用異槲皮苷干預(yù)鎘處理的小鼠,發(fā)現(xiàn)異槲皮苷可以螯合鎘,減少氧自由基的產(chǎn)生,其酚羥基可以和O2-?及?OH反應(yīng),降低ROS水平,降低小鼠肝臟中MDA的含量,并且抑制NO和過氧硝酸鹽的升高[14,19]。王靜[11]用花青素、Gong Pin等[28]用越橘藍(lán)莓提取物(花色苷),作用于鎘誘導(dǎo)的小鼠,結(jié)果顯示花青素和提取物均能降低LPO和MDA的含量,表現(xiàn)出了極強(qiáng)的抗氧化能力[29-31]。
2.1.2 黃酮類化合物對(duì)鎘致肝毒性指標(biāo)的影響
氧化應(yīng)激不僅損傷磷脂雙分子層造成脂質(zhì)過氧化,還能氧化膜上巰基使得蛋白質(zhì)羰基化合物(protein carbonyl compounds,PCO)[12,16]水平升高或者與膜上的酶和(或)受體結(jié)合,最終導(dǎo)致細(xì)胞膜的流動(dòng)性和通透性改變,一些在線粒體或細(xì)胞質(zhì)中的酶如谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine-aminotransferase,ALT)、堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、酸性磷酸酶(acid phosphatase,ACP)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(aspartateamino transferase,AST)、乳酸脫氫酶(lactate deshidrogenase,LDH)、谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(glutamyl transpeptidase,GGT)就會(huì)在細(xì)胞膜受損后流出細(xì)胞,進(jìn)入血液循環(huán),所以這些肝酶常常被認(rèn)為是肝損傷的標(biāo)志物[17,20]。一些研究表明,鎘負(fù)荷可以使血清中肝臟損傷相關(guān)酶活性升高[12,14,16]。
黃酮類化合物可以顯著改善對(duì)肝臟損傷相關(guān)酶的影響,降低這些酶的活性。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,長(zhǎng)蒴黃麻葉水提取物(aqueous extract of Corchorus olitorius leaves,AECO)(50、100 mg/kg(以體質(zhì)量計(jì),下同))下調(diào)CdCl2(4 mg/kg)引起的血液ALT和AST的上升[16]。阿江欖仁樹的果實(shí)提取物(the fruit extract of Terminalia arjuna,AE)可以抑制鎘致小鼠血清ALT和ALP水平的升高[14]。然而,Vicente-Sánchez等[17]的研究表明槲皮素并沒有改善鎘對(duì)血漿標(biāo)記酶ALT、AST、ALP、ACP、LDH和GGT的影響,這可能是因?yàn)楦螕p傷模型、鎘處理方式、槲皮素的劑量以及干預(yù)時(shí)間的不同而造成槲皮素對(duì)鎘毒性干預(yù)效果不同。此外,槲皮素的保護(hù)機(jī)制并不包括金屬螯合[17,20]。
2.1.3 黃酮類化合物對(duì)鎘損害抗氧化系統(tǒng)的保護(hù)機(jī)制
抗氧化防御系統(tǒng)可以保護(hù)細(xì)胞免受活性氧中毒和脂質(zhì)過氧化,主要包括非酶抗氧化劑如還原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH),以及谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase,GST)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)、谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(glutathione-6-phosphate dehydrogenase,G6PD)等抗氧化酶。鎘與巰基結(jié)合或者置換酶活性位點(diǎn)的輔基導(dǎo)致抗氧化酶活性下降或失活,造成ROS大量積累,進(jìn)一步對(duì)肝臟造成多種損傷[14,16,27]。有研究證明,鎘與GPx中的硒形成復(fù)合物,抑制活性[9]。鎘與SOD的巰基結(jié)合或置換Cu-Zn SOD中的Zn,鎘取代肝線粒體Mn SOD中的Mn2+從而使其抗氧化活性降低或喪失[9,32],但是Vicente-Sánchez等[17]發(fā)現(xiàn)鎘處理Wistar大鼠后,SOD的活性上升,這可能是機(jī)體針對(duì)有毒物質(zhì)的自我保護(hù)機(jī)制。鎘與維持G6PD三級(jí)結(jié)構(gòu)的—SH形成復(fù)合物,使其活性降低,又減小NADPH的產(chǎn)生,降低GR活性。鎘能夠抑制荷鎘猴子的肝和腎中GST的合成,出現(xiàn)同工酶丟失現(xiàn)象,但能增加GST活性[9,33]。也有相關(guān)研究表明鎘可以增加睪丸GST活性但不影響GSH水平,說明鎘誘導(dǎo)此酶通過GSH循環(huán)解毒[34]。GSH可以中和ROS,還可以和鎘結(jié)合發(fā)揮解毒作用[9,28]。鎘使CAT大量耗盡促使自由基積累,反過來抑制活性。鎘使得GSH耗竭[12,16],可以增加細(xì)胞脆弱性,進(jìn)而破壞機(jī)體氧化-抗氧化平衡,引起自由基的過量積蓄,當(dāng)過量自由基得不到及時(shí)清除,而又超過機(jī)體抗氧化系統(tǒng)的負(fù)荷時(shí),能再次抑制抗氧化酶活性[11]。有資料表明,慢性鎘暴露時(shí)GSH含量與組織內(nèi)鎘濃度的變化有相關(guān)性,高濃度鎘可使GSH水平升高[9]。
實(shí)驗(yàn)研究證明黃酮類化合物可以恢復(fù)抗氧化劑的耗竭,拮抗鎘對(duì)抗氧化酶活性的影響[11,17,20-21,23,28],從而提高機(jī)體抗氧化能力。Li Ruijin等[19]研究表明異槲皮苷可以通過抗氧化性能增加小鼠肝臟中SOD和CAT的活性從而減弱鎘誘導(dǎo)的肝細(xì)胞毒性[21,35]。Ghosh等[14]用AE(含黃酮類物質(zhì))作用于鎘處理的小鼠,發(fā)現(xiàn)AE可以改善鎘導(dǎo)致的GST、GPx和GR等抗氧化酶活性的降低以及GSH的減少,保護(hù)機(jī)體達(dá)到正常的氧化還原水平以此應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激。Dua等[12]研究表明蕹菜水提取物(aqueous extracts of Ipomoea aquatica,AEIA)和沼菊水提取物(aqueous extracts of Enhydra fl uctuans,AEEF)(100 mg/kg)(含黃酮類物質(zhì))可以通過螯合或者清除自由基,改善電子傳遞鏈從而改善CdCl2(4 mg/kg)引起的G6PD、GST、GR、CAT和SOD等酶的活性降低以及GSH的含量下降。
2.1.4 黃酮類化合物對(duì)鎘損傷大分子以及細(xì)胞凋亡的保護(hù)機(jī)制
氧化應(yīng)激可以造成DNA損傷[9,20]。自由基可以直接損傷DNA分子,造成DNA的斷裂[16]和DNA修復(fù)的抑制。DNA單鏈斷裂后可能形成8-羥基脫氧鳥苷(8-hydroxy-2-deoxyguanosine,8-OHdG),該物質(zhì)能夠引起突變。因此8-OHdG也被普遍認(rèn)為是致癌作用中氧化應(yīng)激的標(biāo)記物,并且DNA斷裂程度以及8-OHdG的含量都與金屬鎘濃度呈正向依賴關(guān)系[15]。8-OHdG還能釋放出與非金屬硫蛋白(metallothionein,MT)結(jié)合的鎘從而誘導(dǎo)DNA損傷。另外,鎘可以影響細(xì)胞凋亡、壞死和增殖的有關(guān)基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、細(xì)胞突變、細(xì)胞壞死、致畸、癌癥等[15]。死亡受體通路通過Fas受體,激活半胱氨酸蛋白酶(caspase)-8,再激活凋亡效應(yīng)因子caspase-3,最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。線粒體通路通過釋放細(xì)胞色素c(cytochrome c,Cytc),激活caspase-9,再激活caspase-3,最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。B細(xì)胞淋巴瘤/白血病2(Bcl-2)家族(抗凋亡蛋白Bcl-2、促凋亡蛋白Bax、Bad、Bid)可以調(diào)節(jié)線粒體外膜對(duì)Cytc的釋放,而自由基可以影響B(tài)cl-2家族,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[12]。此外,線粒體非caspases凋亡通路通過釋放凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosisinducing factor,AIF)造成細(xì)胞核DNA片段化從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。ROS也可以影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[16],內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可激活caspase-12通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[32]。NOXs可以激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPKs)家族,而NF-κB可以調(diào)節(jié)某些基因的轉(zhuǎn)錄[9,11],誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。
曹鋒[36]研究大豆異黃酮對(duì)鎘造成的DNA損傷的保護(hù)作用,結(jié)果表明大豆異黃酮可通過清除自由基[21]的作用而拮抗鎘造成的DNA損傷[11,21-22,28]。黃酮類化合物還能阻止線粒體中滲透性轉(zhuǎn)變孔的形成阻止細(xì)胞凋亡[37]。Dua等[12]研究表明AEIA和AEEF(含黃酮類物質(zhì))可以抑制鎘間接誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS引發(fā)的Bcl-2、Bad、Cytc、caspases、Fas、Bid的改變從而抑制肝細(xì)胞凋亡,并且通過螯合細(xì)胞內(nèi)外的游離鎘從而減輕機(jī)體鎘負(fù)擔(dān)。Dewanjee等[16]用AECO(200或400 μg/mL)(含黃酮類物質(zhì))作用于CdCl2(30 μmol/L)處理的小鼠肝細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)AECO可以通過上調(diào)Bcl-2的表達(dá),下調(diào)Bad、caspase-9、caspase-3以及NF-κB的表達(dá)從而阻斷細(xì)胞凋亡通路[14],改善NOXs和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,拮抗鎘毒性。AE(含黃酮類物質(zhì))可以下調(diào)磷酸化的c-Jun氨基末端激酶(phospho-c-Jun N-terminal kinase, phospho-JNK)P38蛋白激酶、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated proteinhnase l/2,ERK 1/2)的表達(dá),抑制MAPKs家族誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[14]。
2.1.5 黃酮類化合物對(duì)鎘誘導(dǎo)的炎癥以及纖維化的保護(hù)機(jī)制
鎘刺激巨噬細(xì)胞合成腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β),增強(qiáng)iNOS過表達(dá)一氧化氮(NO)[38],誘導(dǎo)環(huán)氧合酶(cyclooxygenase,COX)-2的表達(dá)介導(dǎo)炎癥因子,從而引發(fā)炎癥反應(yīng)和/或?qū)е赂渭?xì)胞纖維化。NO可以促使各種炎癥因子釋放引發(fā)炎癥反應(yīng)造成肝臟損傷。T細(xì)胞分泌的白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-4可以抑制炎癥。由于鎘誘導(dǎo)而增多的TNF-α和TGF-β可以激活肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells,HSCs),活化的HSCs增殖并表達(dá)a1膠原蛋白基因,分泌膠原蛋白,促使細(xì)胞外基質(zhì)的合成最終引起肝纖維化。
研究表明,黃酮類化合物可以通過對(duì)iNOS、過氧化物酶和COX-2等作用[21],或者直接和NO反應(yīng)來減少NO含量抑制炎癥[11,21,28]。研究發(fā)現(xiàn)花色苷可以降低細(xì)胞因子TNF-α、IL-6和IL-1的釋放,表明花色苷抑制了U937源巨噬細(xì)胞的活化,抑制NO的釋放,從而抑制炎癥[37,39]。黃酮類化合物由于其抗氧化作用可以控制ROS的產(chǎn)生,通過降低TNF-α和NO含量,升高IL-4含量抑制炎癥[21,23]。黃酮類化合物可以降低TGF-β1和膠原蛋白的標(biāo)志物羥脯氨酸(Hyp)的含量,減少膠原蛋白的產(chǎn)生。Hwang等[22]用荔枝花的丙酮提取物(含黃酮類化合物)作用于鎘誘導(dǎo)的大鼠,研究結(jié)果表明提取物以其抗氧化作用可以抑制TGF-β1介導(dǎo)的HSCs的激活。盧春風(fēng)等[40]實(shí)驗(yàn)證明槲皮素是酪氨酸蛋白激酶特異性抑制劑,競(jìng)爭(zhēng)性抑制酪氨酸蛋白激酶活性,可阻滯HSCs由G0/G期進(jìn)入S期,抑制了HSCs的增殖,相應(yīng)減少細(xì)胞外間質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的合成,從而阻斷了肝纖維化的形成。槲皮素和鎘同處理還能誘導(dǎo)eNOS的超表達(dá),增加NO產(chǎn)量,明顯改善氧化應(yīng)激[17]。
2.1.6 黃酮類化合物對(duì)鎘干擾金屬元素的保護(hù)機(jī)制
鎘干擾生物必需金屬如鈣和鋅。鎘可通過鈣通道進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)也是導(dǎo)致鎘的肝毒性的一種重要的生物過程。Cd2+濃度升高,Ca2+濃度升高。鎘通過抑制Ca2+-ATP酶,增加Ca2+向細(xì)胞內(nèi)的流動(dòng),使得細(xì)胞內(nèi)Ca穩(wěn)態(tài)失衡。鎘又能加速非酶促反應(yīng),生成大量自由基,如此反復(fù),最終引起細(xì)胞壞死[11]。鈣離子釋放到細(xì)胞質(zhì)中可以促進(jìn)鎘致線粒體損傷,介導(dǎo)Cytc的釋放和caspase-9的激活[28]。
鎘競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Ca2+結(jié)合位點(diǎn),干擾酶系統(tǒng)。還能取代鈣與肌動(dòng)蛋白、微絲、微管結(jié)合,損害細(xì)胞功能。Cd2+能夠替代Ca2+與鈣調(diào)蛋白(CaM)結(jié)合,激活鈣調(diào)蛋白依賴型激酶以及與Ca2+相關(guān)的酶類,從而干擾信息傳遞,產(chǎn)生毒性[11,28]。鎘可以置換Zn、干擾代謝、干擾酶系統(tǒng)。鎘進(jìn)入細(xì)胞后模擬其他二價(jià)離子如Zn2+和Ca2+去激活或抑制多種酶,從而干擾細(xì)胞代謝[28]。Cd2+濃度升高,Zn2+濃度減少。Zn消耗通過影響轉(zhuǎn)錄因子p53和p21的表達(dá),使得鎘誘導(dǎo)caspase-3的活化和細(xì)胞凋亡[28]。Gong Pin等[28]研究結(jié)果表明藍(lán)莓提取物作用于鎘誘導(dǎo)的小鼠后,提取物可以通過改變Zn2+和(或)Ca2+的含量而發(fā)揮其保肝作用。
2.1.7 黃酮類化合物對(duì)鎘的積累的作用機(jī)制
鎘的積累可能是造成鎘毒性的原因之一。急性鎘中毒時(shí)引起的氧化損傷與細(xì)胞內(nèi)的GSH耗竭有關(guān);而在慢性鎘中毒的情況下,則與腎臟內(nèi)MT結(jié)合鎘濃度和微量元素的平衡紊亂有關(guān)[9]。MT可以螯合大量重金屬,保護(hù)機(jī)體免遭鎘等重金屬的損傷,鎘的誘導(dǎo)可以增加MT的表達(dá)。黃酮類化合物可以通過直接螯合重金屬或者刺激MT的表達(dá)從而抑制鎘在肝臟中的蓄積[3,23,28,41]。花青素對(duì)Cd2+有一定螯合作用,并且螯合作用與花青素的濃度有關(guān)。花青素能抑制Cd2+在肝臟中的蓄積,緩解損傷,加速Cd2+從肝細(xì)胞排出,減小游離Cd2+對(duì)機(jī)體損傷,還原肝細(xì)胞功能,促進(jìn)鎘損傷小鼠健康生長(zhǎng)[11]。Vicente-Sánchez等[17]評(píng)估槲皮素對(duì)鎘誘導(dǎo)的Wistar大鼠肝毒性保護(hù)作用,結(jié)果顯示槲皮素和鎘同時(shí)處理比鎘單獨(dú)誘導(dǎo)明顯增加MT-1、MT-2 mRNA和蛋白質(zhì)水平,增加MT的表達(dá)。

圖1 黃酮類化合物對(duì)鎘致肝毒性的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)Fig.1 Nutritional intervention of flavonoids on cadmium-induced hepatotoxicity
黃酮類化合物可以抑制或清除自由基,直接螯合重金屬或者刺激MT的表達(dá)發(fā)揮解毒作用;抑制脂質(zhì)過氧化,保護(hù)蛋白質(zhì)和DNA不受自由基損傷,提高GSH的含量和抗氧化酶GST、GPx、SOD和CAT等酶的活性;調(diào)整Bcl-2家族,阻止線粒體中滲透性轉(zhuǎn)變孔的形成從而抑制線粒體凋亡信號(hào)通路;黃酮類化合物既可以通過降低TNF-α和NO含量、升高IL-4含量從而抑制炎癥反應(yīng),也可以通過抑制TNF-α和TGF-β1介導(dǎo)的HSCs的激活增殖,防止TGF-β1信號(hào)通路以及膠原蛋白的合成以此抗纖維化。恢復(fù)鋅和鈣離子到正常水平,發(fā)揮其保肝作用(圖1)。
2.2 腎臟損傷的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)
進(jìn)入人體的鎘,主要在肝臟誘導(dǎo)MT合成并與之結(jié)合成Cd-MT。該復(fù)合物可通過血液運(yùn)輸達(dá)到腎臟。Cd-MT經(jīng)腎小球?yàn)V過,流經(jīng)腎小管時(shí),腎小管上皮細(xì)胞膜上有與Cd-MT特異結(jié)合的位點(diǎn),Cd-MT在刷狀緣的表面或內(nèi)部分裂為Cd2+和MT。這時(shí)MT分解消失,體內(nèi)新的MT尚未合成,游離Cd2+誘導(dǎo)產(chǎn)生自由基,對(duì)刷狀緣膜造成氧化性損傷[42]。在腎臟中,鎘可以通過影響抗氧化系統(tǒng)中的GSH和抗氧化酶,使胞內(nèi)ROS大量堆積,引發(fā)DNA斷裂、蛋白質(zhì)變性、脂質(zhì)過氧化、線粒體膜損傷及細(xì)胞凋亡。鎘可以增加巨噬細(xì)胞COX-2(合成前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2))和iNOS的表達(dá)從而誘發(fā)炎癥,也可以通過影響嘌呤核苷酸和蛋白質(zhì)分解代謝從而使得尿酸和尿素的含量上升。鎘也能影響肌肉代謝,導(dǎo)致肌酐含量增高,肌酐清除率下降。另外,鎘可以導(dǎo)致腎小管壞死,炎性細(xì)胞浸潤(rùn),腎小管退化。
Dkhil等[43]用燈籠草的果實(shí)提取物(含黃酮類化合物)或柚皮素干預(yù)氯化鎘致大鼠肝腎毒性,研究發(fā)現(xiàn)其抗氧化活性可以逆轉(zhuǎn)大鼠肝和腎組織的病理變化,發(fā)揮抗氧化和抗凋亡作用。在大鼠腹腔注射6.5 mg/kg劑量的氯化鎘前,預(yù)先給大鼠口服提取物200 mg/kg,結(jié)果表明提取物可以清除ROS、清除體內(nèi)的毒素、防止鎘引起的脂質(zhì)過氧化和進(jìn)一步的氧化損傷[27,44-45];提取物和柚皮素都可以恢復(fù)抗氧化酶(SOD、CAT、GR、GPx)活性[27,44-47],增加穩(wěn)定谷胱甘肽的狀態(tài)和(或)合成率,加強(qiáng)抗氧化系統(tǒng),顯著抑制鎘引起的腎臟重量和腎臟指數(shù)降低以及血清中尿酸、尿素和肌酐含量的增加[27,44-45],這表明提取物改善了鎘致腎毒性和腎小體、腎小管退行性改變。另外,提取物恢復(fù)了鎘對(duì)iNOS的上調(diào)和NO的增加從而抑制了炎癥反應(yīng)[48],并且解除了鎘對(duì)Bcl-2的抑制引起的細(xì)胞凋亡,增加腎中Bcl-2蛋白的表達(dá)。然而,Bcl-2的增加不完全抑制鎘誘導(dǎo)的腎臟細(xì)胞凋亡,這表明其他機(jī)制也參與鎘對(duì)腎細(xì)胞的損傷。Wang Lin等[49]發(fā)現(xiàn)P38-MAPK途徑在槲皮素對(duì)抗鎘致急性腎損傷的保護(hù)機(jī)制中起重要作用,在大鼠腎臟近曲小管上皮細(xì)胞(proximal tubular epithelial cells,rPT)中,槲皮素通過抑制氯化鎘激活的P38-MAPK途徑從而抑制原癌基因c-myc與c-fos的表達(dá),提高細(xì)胞的存活率,減輕血清、尿和腎組織中的生化改變。槲皮素對(duì)鎘致腎毒性的保護(hù)作用可能包括增加腎臟eNOS的表達(dá),增加NO產(chǎn)量[27,48,50]。
Kandasamy等[51-52]研究發(fā)現(xiàn)楊梅素可以改善糖代謝從而提高葡萄糖利用率和腎功能,減輕鏈脲佐菌素鎘誘導(dǎo)的糖尿病腎病大鼠的腎組織損傷。楊梅素通過清除自由基,保護(hù)β細(xì)胞以及再生β細(xì)胞,升高血漿胰島素的含量,增加糖原的合成,增強(qiáng)碳水化合物代謝酶如糖原合成酶和己糖激酶活性,增強(qiáng)胰島素信號(hào)分子的表達(dá)如葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(glucose transporter,GLUT)-2、GLUT-4、胰島素受體底物(insulin receptor substrate,IRS)-1、IRS-2和蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)從而顯著恢復(fù)糖代謝產(chǎn)物如血糖、糖化血紅蛋白、糖原磷酸化酶和糖異生酶和腎功能指標(biāo)正常化。楊梅素還具有金屬螯合作用,也可以促使鎘排出體外(圖2)。

圖2 黃酮類化合物對(duì)鎘致腎毒性的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)Fig.2 Nutritional intervention of fl avonoids on cadmium-induced nephrotoxicity
2.3 生殖系統(tǒng)損傷的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)
鎘可以誘導(dǎo)睪丸ROS大量生成及脂質(zhì)過氧化程度增加,同時(shí)耗竭GSH,降低抗氧化酶(SOD、GPx)的活性,激活促凋亡蛋白Bax和caspase-3的表達(dá)并抑制抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá),經(jīng)線粒體信號(hào)途徑引起生殖細(xì)胞的凋亡[53]。下丘腦釋放促性腺激素釋放激素(gonadotropinreleasing hormone,GnRH),刺激垂體產(chǎn)生促黃體生成激素(luteinizing hormone,LH),控制睪丸間質(zhì)細(xì)胞的功能。垂體分泌的促卵泡激素(follicle stimulating hormone,F(xiàn)SH)可以啟動(dòng)生精,而睪丸間質(zhì)細(xì)胞利用膽固醇合成的睪酮(testosterone,T)可以維持生精。抑制素具有強(qiáng)烈的抑制FSH分泌的作用,但對(duì)LH的分泌僅具輕微的抑制作用。另外,睪丸中的唾液酸可以維持細(xì)胞膜的完整性,同時(shí)對(duì)精子的運(yùn)動(dòng)有潤(rùn)滑效果,鎘也可以通過影響Ca2+進(jìn)而影響精子的運(yùn)動(dòng)[54]。國(guó)內(nèi)外均有鎘對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物激素水平影響的研究,但是結(jié)論卻不完全一致。閻平等[23,55-56]研究表明鎘對(duì)LH、FSH和T沒有明顯影響,表明垂體的代償功能維持LH和FSH在正常水平范圍。Farombi等[34]的研究結(jié)果顯示鎘可以降低FSH的含量,降低垂體對(duì)LH的分泌,從而降低T的產(chǎn)生,鎘也能減少睪丸支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞數(shù)量影響雄激素狀態(tài)[34,57]。鎘對(duì)大鼠的影響呈現(xiàn)年齡相關(guān)性,對(duì)發(fā)育期大鼠的LH和FSH無顯著影響,使T水平增加,但是會(huì)降低青春期后的大鼠FSH和T的水平[58]。也有研究表明鎘可以增加LH和FSH并且降低T的含量[59]。這可能是與染毒途徑、劑量、時(shí)間以及所采用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種類不同有關(guān)。
Manigandan等[60]研究證明花旗松素有著較強(qiáng)濃度依賴性的抗氧化性能,能減少斑馬魚胚胎中脂質(zhì)過氧化作用,極大地增強(qiáng)抗氧化酶(SOD、CAT、GPx和GR)的含量[4,23,34,53],通過調(diào)節(jié)發(fā)育畸形和氧化應(yīng)激而減輕致死效應(yīng)[61]。研究發(fā)現(xiàn),胡蘆巴籽粉對(duì)睪丸的保護(hù)機(jī)制和對(duì)肝臟類似,通過降低TNF-α和NO的含量,升高IL-4的含量發(fā)揮抗炎效果[23]。黃酮類化合物可以通過降低Hyp和TGF-β1的含量,減少膠原蛋白的產(chǎn)生,從而抑制纖維化。Jia Yudong等[4]用槲皮素干預(yù)鎘致雞卵泡顆粒細(xì)胞損傷,結(jié)果表明質(zhì)量濃度為1 μg/mL的槲皮素可通過抑制鎘引起雞卵泡顆粒細(xì)胞較高的Bax和caspase-3表達(dá),并調(diào)節(jié)鎘對(duì)抗凋亡蛋白Bcl-2及X連鎖凋亡抑制蛋白(X linked inhibitor of apoptosis p rotein,XIAP)的抑制從而減輕鎘誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[53]。這說明槲皮素可以通過其抗氧化特性調(diào)節(jié)線粒體和caspase-3途徑抑制凋亡,有效緩解鎘造成的生殖毒性[4,53,62-63]。Farombi等[34]比較了雙黃酮kolaviron和槲皮素在鎘致成年雄性大鼠的生殖毒性的保護(hù)作用,發(fā)現(xiàn)這兩者能屏蔽自由基介導(dǎo)的睪丸膜損傷,抑制轉(zhuǎn)氨酶和堿性磷酸酶活性的增加,并通過增加LH、T、FSH含量從而有效抵制鎘對(duì)內(nèi)分泌和睪丸結(jié)構(gòu)的不利影響[54]。另外,kolaviron和槲皮素能降低TNF-α的含量,升高血清睪酮的水平[23,55]。Adaramoye等[54]的研究表明面包果的甲醇提取物(methanol extract of Artocarpus altilis,AA)和槲皮素都能提高大鼠睪丸中膽固醇和唾液酸的含量。Minutoli等[59]研究發(fā)現(xiàn)類黃酮f l avocoxid通過降低信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(p-ERK 1/2)、TNF-α、COX-2、5-脂氧酶(5-lipoxygenase,5-LOX)、MDA、Bax、FSH、LH和TGF-β3,增加Bcl-2、T、抑制素B、緊密連接蛋白(occludin)和神經(jīng)鈣黏素(N-cadherin)改善睪丸組織結(jié)構(gòu)和血-睪丸屏障。f l avocoxid以其抗炎、抗氧化和抗凋亡作用減輕鎘致小鼠睪丸損傷作用(圖3)。

圖3 黃酮類化合物對(duì)鎘影響內(nèi)分泌的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)Fig.3 Nutritional intervention of fl avonoids on endocrine in the presence of cadmium
2.4 骨骼損傷的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)
鎘可以直接作用于骨細(xì)胞,影響其分化和活性。鎘可以取代羥基磷灰石晶體中的鈣,直接影響骨代謝。鎘也可以通過損傷腎小管間接影響骨代謝,降低血漿1,25(OH)2D3的濃度,通過抑制鈣結(jié)合蛋白的合成以此降低鈣的吸收,增加尿鈣排泄量、骨礦物質(zhì)流失[64]。鎘抑制骨形成,增強(qiáng)骨吸收,骨轉(zhuǎn)換率升高,所以骨密度降低,最終導(dǎo)致骨軟化和骨質(zhì)疏松癥[65-67]。鎘導(dǎo)致血清骨鈣素含量明顯升高(抑制軟骨鈣化)。
黃酮類化合物可以通過抑制骨吸收,降低血清骨鈣素,恢復(fù)骨細(xì)胞對(duì)金屬離子的吸收和平衡,促進(jìn)鎘的排泄等方式保護(hù)骨骼。染料木黃酮能有效抑制鎘處理的切除卵巢雌性Wistar大鼠中骨鈣的釋放,從而抑制血清鈣濃度的增加,并且抑制骨轉(zhuǎn)換尤其是骨吸收增加引起的骨密度降低、骨量減少,預(yù)防骨質(zhì)疏松癥,還能增加股骨質(zhì)量。染料木黃酮和大豆苷元由于含有羥基基團(tuán),與鎘形成不溶性的化合物,提高尿鎘、糞便鎘的排泄量預(yù)防鎘致骨質(zhì)流失[68-69]。Brzóska等[64]的研究表明黑果腺肋花楸多酚(Aronia melanocarpa polyphenols,AMP)(主要是花色苷)可以螯合胃腸道和骨骼中已吸收或未吸收的鎘,降低鎘的積累,提高ALP和可以抑制破骨細(xì)胞活性的骨保護(hù)素(osteoprotegerin,OPG)含量,增強(qiáng)骨形成,并且下調(diào)可溶性核因子激活受體的配體(soluble receptor activator of nuclear factor-κB ligand,sRANKL)/ OPG,減弱骨吸收。
2.5 其他損傷的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)
2.5.1 神經(jīng)系統(tǒng)損傷的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)
核苷三磷酸水解酶(nucleoside triphosphate diphosphohydrolase,NTPDase)水解ATP或ADP形成AMP,AMP被核苷酸酶水解形成腺嘌呤核苷,腺嘌呤核苷被腺苷脫氨酶(adenosine deaminase,ADA)水解形成次黃嘌呤核苷[70]。鎘穿越血腦屏障(blood brain barrier,BBB),增強(qiáng)NTPDase、ADA和核苷酸酶的活性,抑制GSH、GST和GR活性,誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS氧化神經(jīng)元膜類脂和膜蛋白,通過膜完整性的破壞和膜電位損失或者結(jié)合酶的巰基形成Cd-ATP酶,導(dǎo)致對(duì)ATP酶(包括Na+/K+-ATP酶和Mg2+-ATP酶)的抑制。膜損傷導(dǎo)致細(xì)胞膜上的乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)的構(gòu)象發(fā)生改變,鎘可以取代金屬離子或直接鈍化此酶從而抑制AChE對(duì)乙酰膽堿(acetylcholine,Ach)的降解,過度激活膽堿受體,引起亢進(jìn)、驚厥、癲癇持續(xù)狀態(tài)或產(chǎn)生焦慮以及影響學(xué)習(xí)記憶等認(rèn)知活動(dòng)[71-72]。也有研究表明鎘在大腦皮層中和下丘腦中促進(jìn)AChE的活性[70,72]。預(yù)處理橙皮素通過金屬螯合自由基清除和抗氧化性能防止脂質(zhì)過氧化,降低LPO水平,影響其他非酶抗氧化劑的性能;減輕氧化應(yīng)激,解除對(duì)ATP酶和AChE的抑制,緩解神經(jīng)毒性[71]。Abdalla等[72]發(fā)現(xiàn)槲皮素能夠改善鎘誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激,減輕DNA損傷,調(diào)整大腦皮層、海馬體和下丘腦中Na+/K+-ATP酶和AChE的活性,調(diào)節(jié)記憶認(rèn)知和焦慮樣行為。另外,Abdalla等[70]也證明了槲皮素能阻止鎘導(dǎo)致大鼠大腦皮層中NTPDase、ADA和核苷酸酶活性的升高,維持ATP和腺嘌呤核苷含量在一定的水平,保證神經(jīng)系統(tǒng)正常。
2.5.2 心血管系統(tǒng)損傷的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)
鎘可以對(duì)心血管內(nèi)皮細(xì)胞造成氧化損傷,損傷DNA,促進(jìn)細(xì)胞凋亡[73]。鎘提高大鼠心肌GST活性(機(jī)體主動(dòng)清除過氧化物或者有毒帶電體),使得GR顯著降低,但是鎘增加GPx的活性,這3 種酶最終導(dǎo)致GSH水平的降低。鎘與銅鋅的拮抗影響呼吸鏈,如抑制NADH-細(xì)胞色素c還原酶、細(xì)胞色素c氧化酶,誘導(dǎo)超氧陰離子形成,導(dǎo)致SOD構(gòu)象變化、活性減少,然而鎘會(huì)增加CAT的活性(機(jī)體自身保護(hù)),超氧陰離子自由基積累。另外,鎘能抑制丙酮酸脫氫酶,與三羧酸循環(huán)有關(guān)的酶(如琥珀酸脫氫酶)以及和呼吸鏈有關(guān)的酶的活性[74]。
Mitra等[74]研究表明,咖喱葉水提取物(黃酮醇)可以通過其直接以及間接的抗氧化活性保護(hù)鎘誘導(dǎo)大鼠心臟的組織的氧化應(yīng)激。提取物能夠減少產(chǎn)生的自由基的累積量,改善脂質(zhì)過氧化,降低蛋白質(zhì)羰基含量。預(yù)處理提取物能夠防止谷胱甘肽代謝酶GST、GR和GPx活性變化,調(diào)節(jié)GSH的合成,從而提供抗氧化防御對(duì)抗鎘損傷,降低血清AST和LDH1的活力,保護(hù)與線粒體三羧酸循環(huán)和呼吸鏈有關(guān)的酶。提取物的保護(hù)機(jī)制可能是在組織或血液中螯合鎘,也可能是抑制或清除ROS,或者是上調(diào)抗氧化酶的表達(dá)減少氧化劑的水平,具體的干預(yù)機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
2.5.3 免疫系統(tǒng)損傷的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)
鎘誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞DNA斷裂,通過上調(diào)p53、caspase-3和Fas的基因誘導(dǎo)人淋巴細(xì)胞凋亡。Alshatwi等[75]用兒茶素水合物干預(yù)鎘在淋巴細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用,研究發(fā)現(xiàn)10 μmol/L和20 μmol/L的鎘分別引發(fā)31.8%和44.4%的淋巴細(xì)胞凋亡,鎘和兒茶素水合物(10 μmol/L鎘和10 μmol/L兒茶素水合物、20 μmol/L鎘和20 μmol/L兒茶素水合物)共同處理細(xì)胞可減少淋巴細(xì)胞的凋亡(相應(yīng)減少至7.3%和10.5%)。兒茶素水合物通過減少DNA斷裂和抑制鎘誘導(dǎo)的凋亡相關(guān)基因的表達(dá)從而發(fā)揮抗基因毒性和免疫毒性的保護(hù)作用。
黃酮類化合物作為功能食品的活性成分廣泛存在于我們的日常生活中,諸多針對(duì)鎘致機(jī)體損傷進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)干預(yù)的研究進(jìn)一步證明了黃酮類化合物生物活性的多樣性。因?yàn)殒k在不同生物模型中損傷機(jī)制具有多樣性,所以黃酮類化合物的預(yù)防或干預(yù)效果也不能一概而論。有報(bào)道指出黃烷醇類兒茶素能夠吸收重金屬解除中毒等疾病,但是吸收機(jī)制不明[76]。諸多研究表明黃酮類化合物對(duì)鎘致機(jī)體毒性的干預(yù)作用呈劑量依賴性,但也有研究指出,一些黃酮類化合物在高劑量的時(shí)候會(huì)表現(xiàn)出毒性,對(duì)人體造成傷害。黃酮類化合物對(duì)正常肝細(xì)胞的凋亡起到抑制作用,但是對(duì)腫瘤細(xì)胞卻表現(xiàn)出促進(jìn)作用[21]。所以黃酮類化合物諸多干預(yù)機(jī)制的具體過程以及在不同的鎘毒性模型中是否具有協(xié)同作用有待進(jìn)一步研究。鑒于黃酮類化合物具有多種生理活性,黃酮類化合物的提取分離及應(yīng)用研究獲得前所未有的發(fā)展,這些活性成分的功效研究也將獲得極大重視。目前,在黃酮類化合物對(duì)鎘致生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)以及內(nèi)分泌系統(tǒng)等領(lǐng)域的干預(yù)及其機(jī)制的研究需要深入探索。在某種程度上,黃酮的化學(xué)結(jié)構(gòu)將影響其各種活性,黃酮類化合物與重金屬的構(gòu)效關(guān)系可能是未來的研究方向。富含黃酮類化合物的提取物的干預(yù)作用具體和其中哪些活性成分有關(guān)、其作用途徑及作用機(jī)制的研究目前了解得尚不夠深入,需進(jìn)一步的研究。另外,關(guān)于黃酮類化合物干預(yù)鎘損傷的流行病學(xué)調(diào)查和臨床實(shí)驗(yàn)較少,可能成為未來研究的熱點(diǎn)。
[1] 楊望, 趙先英, 張定林, 等. 鎘的毒性及損傷機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 職業(yè)與健康, 2013, 29(8): 1001-1003.
[2] FOWLER B A. Monitoring of human populations for early markers of cadmium toxicity: a review[J]. Toxicology and Applied Pharmacology, 2009, 238(3): 294-300. DOI:10.1016/j.taap.2009.05.004.
[3] 李光先, 余日安. 鎘毒性作用干預(yù)方法及其機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)職業(yè)醫(yī)學(xué), 2014(2): 222-226.
[4] JIA Y D, LIN J X, MI Y L, et al. Quercetin attenuates cadmiuminduced oxidative damage and apoptosis in granulosa cells from chicken ovarian follicles[J]. Reproductive Toxicology, 2011, 31(4):477-485. DOI:10.1016/j.reprotox.2010.12.057.
[5] ZHANG H, SUN J X, LI M W, et al. Research progress on heavy metals detoxification in human body[J]. Agricultural Science and Technology, 2015, 16(8): 1785-1790; 1809.
[6] D’ANDREA G. Quercetin: a flavonol with multifaceted therapeutic applications?[J]. Fitoterapia, 2015, 106: 256-271. DOI:10.1016/ j.f i tote.2015.09.018.
[7] IRANSHAHI M, REZAEE R, PARHIZ H, et al. Protective effects of flavonoids against microbes and toxins: the cases of hesperidin and hesperetin[J]. Life Sciences, 2015, 137: 125-132. DOI:10.1016/ j.lfs.2015.07.014.
[8] 孔令義. 天然藥物化學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)醫(yī)藥科技出版社, 2015: 266-268.
[9] 朱善良, 陳龍. 鎘毒性損傷及其機(jī)制的研究進(jìn)展[J]. 生物學(xué)教學(xué), 2006, 31(8): 2-5.
[10] MANDEL S, AMIT T, REZNICHENKO L, et al. Green tea catechins as brain-permeable, natural iron chelators-antioxidants for the treatment of neurodegenerative disorders[J]. Molecular Nutrition and Food Research, 2006, 50(2): 229-234. DOI:10.1002/mnfr.200500156.
[11] 王靜. 花青素對(duì)鎘誘導(dǎo)肝臟損傷的保護(hù)作用及機(jī)制研究[D]. 西安:陜西科技大學(xué), 2013: 24-51.
[12] DUA T K, DEWANJEE S, KHANRA R, et al. The effects of two common edible herbs, Ipomoea aquatica and Enhydra fluctuans, on cadmium-induced pathophysiology: a focus on oxidative defence and anti-apoptotic mechanism[J]. Journal of Translational Medicine, 2015, 13(1): 1-19. DOI:10.1186/s12967-015-0598-6.
[13] SMALINSKIENE A, LESAUSKAITE V, ZITKEVICIUS V, et al. Estimation of the combined effect of eleutherococcus senticosus extract and cadmium on liver cells[J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 2009, 1171(1): 314-320. DOI:10.1111/j.1749-6632.2009.04678.x.
[14] GHOSH J, DAS J, MANNA P, et al. Protective effect of the fruits of Terminalia arjuna against cadmium-induced oxidant stress and hepatic cell injury via MAPK activation and mitochondria dependent pathway[J]. Food Chemistry, 2010, 123(4): 1062-1075. DOI:10.1016/ j.foodchem.2010.05.062.
[15] FERRAMOLA M L, DIAZ M F F P, HONOR S M, et al. Cadmiuminduced oxidative stress and histological damage in the myocardium. effects of a soy-based diet[J]. Toxicology and Applied Pharmacology, 2012, 265(3): 380-389. DOI:10.1016/j.taap.2012.09.009.
[16] DEWANJEE S, GANGOPADHYAY M, SAHU R, et al. Cadmium induced pathophysiology: prophylactic role of edible jute (Corchorus olitorius) leaves with special emphasis on oxidative stress and mitochondrial involvement[J]. Food and Chemical Toxicology, 2013, 60(10): 188-198. DOI:10.1016/j.fct.2013.07.043.
[17] VICENTE-SANCHEZ C, EDIGO J, SANCHEZ-GONZALEZ P D, et al. Effect of the flavonoid quercetin on cadmium-induced hepatotoxicity[J]. Food and Chemical Toxicology, 2008, 46(6):2279-2287. DOI:10.1016/j.fct.2008.03.009.
[18] 梁弟. 鎘對(duì)機(jī)體毒性作用機(jī)制國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展[J]. 職業(yè)與健康, 2002, 18(1): 9-10.
[19] LI R J, YUAN C, DONG C, et al. In vivo antioxidative effect of isoquercitrin on cadmium-induced oxidative damage to mouse liver and kidney[J]. Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology, 2011, 383(5): 437-445. DOI:10.1007/s00210-011-0613-2.
[20] PRABU S M, SHAGIRTHA K, RENUGADEVI J. Quercetin in combination with vitamins (C and E) improve oxidative stress and hepatic injury in cadmium intoxicated rats[J]. Biomedicine & Preventive Nutrition, 2011, 1(1): 1-7. DOI:10.1016/ j.bionut.2010.12.003.
[21] 梁爽. 黃酮類化合物保肝作用機(jī)理的研究進(jìn)展[J]. 中山大學(xué)研究生學(xué)刊(自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版), 2009(4): 21-27.
[22] HWANG J Y, LIN J T, LIU S C, et al. Protective role of litchi (Litchi chinensis Sonn.) flower extract against cadmium- and lead-induced cytotoxicity and transforming growth factor beta 1-stimulated expression of smooth muscle alpha-actin estimated with rat liver cell lines[J]. Journal of Functional Foods, 2013, 5(2): 698-705. DOI:10.1016/j.jff.2013.01.013.
[23] ARAFA M H, MOHAMMAD N S, ATTEIA H H. Fenugreek seed powder mitigates cadmium-induced testicular damage and hepatotoxicity in male rats[J]. Experimental and Toxicologic Pathology, 2014, 66(7): 293-300. DOI:10.1016/j.etp.2014.04.001.
[24] El-NEWESHY M S, El-MADDAWY Z K, El-SAYED Y S. Therapeutic effects of date palm (Phoenix dactylifera L.) pollen extract on cadmium-induced testicular toxicity[J]. Andrologia, 2013, 45(6):369-378. DOI:10.1111/and.12025.
[25] SINGH J P, SELVENDIRAN K, BANU S M, et al. Protective role of apigenin on the status of lipid peroxidation and antioxidant defense against hepatocarcinogenesis in Wistar albino rats[J]. Phytomedicine, 2004, 11(4): 309-314. DOI:10.1078/0944711041495254.
[26] HU Y, MA Y, WU S, et al. Protective effect of cyanidin-3-O-glucoside against ultraviolet B radiation-induced cell damage in human HaCaT keratinocytes[J]. Frontiers in Pharmacology, 2016, 7: 301. DOI:10.3389/fphar.2016.00301.
[27] RENUGADEVI J, PRABU S M. Naringenin protects against cadmium-induced oxidative renal dysfunction in rats[J]. Toxicology, 2009, 256(1): 128-134. DOI:10.1016/j.tox.2008.11.012.
[28] GONG P, CHEN F X, WANG L, et al. Protective effects of blueberries (Vaccinium corymbosum L.) extract against cadmiuminduced hepatotoxicity in mice[J]. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2014, 37(3): 1015-1027. DOI:10.1016/ j.etap.2014.03.017.
[29] de PASCUAL-TERESA S. Molecular mechanisms involved in the cardiovascular and neuroprotective effects of anthocyanins[J]. Archives of Biochemistry and Biophysics, 2014, 559: 68-74. DOI:10.1016/ j.abb.2014.04.012.
[30] SHI L, LIU Y E, TAN D H, et al. Blueberry anthocyanins ameliorate cyclophosphamide-induced liver damage in rats by reducing inf l ammation and apoptosis[J]. Journal of Functional Foods, 2014, 11:71-81. DOI:10.1016/j.jff.2014.07.008.
[31] OPREA E, RUTA L L, NICOLAU I, et al. Vaccinium corymbosum L. (blueberry) extracts exhibit protective action against cadmium toxicity in Saccharomyces cerevisiae cells[J]. Food Chemistry, 2014, 152: 516-521. DOI:10.1016/j.foodchem.2013.12.020.
[32] BIAGIOLI M, PIFFERI S, RAGGHIANTI M, et al. Endoplasmic reticulum stress and alteration in calcium homeostasis are involved in cadmium-induced apoptosis[J]. Cell Calcium, 2008, 43(2): 184-195. DOI:10.1016/j.ceca.2007.05.003.
[33] DJURIC A, BEGIC A, GOBELJIC B, et al. Oxidative stress, bioelements and androgen status in testes of rats subacutely exposed to cadmium[J]. Food and Chemical Toxicology, 2015, 86: 25-33. DOI:10.1016/j.fct.2015.09.004.
[34] FAROMBI E O, ADEDARA I A, AKINRINDE S A, et al. Protective effects of kolaviron and quercetin on cadmium-induced testicular damage and endocrine pathology in rats[J]. Andrologia, 2012, 44(4):273-284. DOI:10.1111/j.1439-0272.2012.01279.x.
[35] 汪紀(jì)倉, 朱華麗, 肖橋, 等. 黃芩素對(duì)鎘致大鼠肝臟損傷的保護(hù)作用研究[J]. 黑龍江畜牧獸醫(yī), 2014(23): 159-160.
[36] 曹鋒. 鎘對(duì)DNA代謝的影響和大豆異黃酮的保護(hù)作用[D]. 上海: 復(fù)旦大學(xué), 2006: 69-74.
[37] OKOKO T, ERE D. Hibiscus sabdariffa extractivities on cadmiummediated alterations of human U937 cell viability and activation[J]. Asian Pacific Journal of Tropical Medicine, 2012, 5(1): 33-36. DOI:10.1016/S1995-7645(11)60241-1.
[38] CHEN L, ZHOU J, GAO W, et al. Action of NO and TNF-alpha release of rats with cadmium loading in malfunctiion of multiple system organ[J]. Acta Physiologica Sinica, 2003, 55(5): 535-540.
[39] CHESHCHEVIK V T, LAPSHINA E A, DREMZA I K, et al. Rat liver mitochondrial damage under acute or chronic carbon tetrachlorideinduced intoxication: protection by melatonin and cranberry flavonoids[J]. Toxicology and Applied Pharmacology, 2012, 261(3):271-279. DOI:10.1016/j.taap.2012.04.007.
[40] 盧春鳳, 陳廷玉, 王淑秋, 等. 槲皮素抑制離體大鼠肝星狀細(xì)胞增殖[J].中國(guó)病理生理雜志, 2005, 21(6): 1154.
[41] STETINA R, VARVAROVSKA J, RUSAVY Z, et al. Oxidative stress, DNA damage and DNA repair capacity in children with type 1 diabetes mellitus[J]. Toxicology Letters, 2006, 164: S134. DOI:10.1016/ j.toxlet.2006.06.281.
[42] 張曉華, 肖雄斌. 鎘毒性作用機(jī)制及臨床防治進(jìn)展[J]. 實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué), 2012, 19(11): 1761-1762.
[43] DKHIL M A, AL-QURAISHY S, DIAB M M, et al. The potential protective role of Physalis peruviana L. fruit in cadmium-induced hepatotoxicity and nephrotoxicity[J]. Food and Chemical Toxicology, 2014, 74: 98-106. DOI:10.1016/j.fct.2014.09.013.
[44] SHAGIRTHA K, PARI L. Hesperetin, a citrus flavonone, attenuates cadmium-induced nephrotoxicity in rat[J]. Biomedicine and Preventive Nutrition, 2011, 1(2): 139-145. DOI:10.1016/j.bionut.2011.02.005.
[45] RENUGADEVI J, PRABU S M. Quercetin protects against oxidative stress-related renal dysfunction by cadmium in rats[J]. Experimental and Toxicologic Pathology, 2010, 62(5): 471-481. DOI:10.1016/ j.etp.2009.06.006.
[46] 周清萍. 鎘致腎臟毒性機(jī)制及防治研究進(jìn)展[J]. 宜春學(xué)院學(xué)報(bào), 2013, 35(12): 80-83.
[47] MORALES A I, VICENTE-SANCHEZ C, SANDOVAL J M S, et al. Protective effect of quercetin on experimental chronic cadmium nephrotoxicity in rats is based on its antioxidant properties[J]. Food and Chemical Toxicology, 2006, 44(12): 2092-2100. DOI:10.1016/ j.fct.2006.07.012.
[48] MORALES A I, VICENTE-SANCHEZ C, JERKIC M, et al. Effect of quercetin on metallothionein, nitric oxide synthases and cyclooxygenase-2 expression on experimental chronic cadmium nephrotoxicity in rats[J]. Toxicology and Applied Pharmacology, 2006, 210(1/2): 128-135. DOI:10.1016/j.taap.2005.09.006.
[49] WANG L, LIN S Q, HE Y L, et al. Protective effects of quercetin on cadmium-induced cytotoxicity in primary cultures of rat proximal tubular cells[J]. Biomedical and Environmental Sciences, 2013, 26(4):258-267. DOI:10.3967/0895-3988.2013.04.004.
[50] 張兆洲, 戴恩來. 槲皮素在慢性腎臟病防治中的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)民族民間醫(yī)藥, 2015(11): 17-18.
[51] KANDASAMY N, ASHOKKUMAR N. Myricetin, a natural fl avonoid, normalizes hyperglycemia in streptozotocin-cadmium-induced experimental diabetic nephrotoxic rats[J]. Biomedicine and Preventive Nutrition, 2012, 2(4): 246-251. DOI:10.1016/j.bionut.2012.04.003.
[52] KANDASAMY N, ASHOKKUMAR N. Protective effect of bioflavonoid myricetin enhances carbohydrate metabolic enzymes and insulin signaling molecules in streptozotocin-cadmium induced diabetic nephrotoxic rats[J]. Toxicology and Applied Pharmacology, 2014, 279(2): 173-185. DOI:10.1016/j.taap.2014.05.014.
[53] 布同良. 槲皮素緩解鎘和硝基酚誘導(dǎo)的生精細(xì)胞毒性作用的研究[D].杭州: 浙江大學(xué), 2011: 1-58.
[54] ADARAMOYE O, AKANNI O. Protective effects of Artocarpus altilis (Moraceae) on cadmium-induced changes in sperm characteristics and testicular oxidative damage in rats[J]. Andrologia, 2015, 48(2): 152-163. DOI:10.1111/and.12426.
[55] 劉舒瑜. 芹菜素對(duì)雄性小鼠生殖系統(tǒng)影響的研究[D]. 蘭州: 蘭州大學(xué), 2010: 6-44.
[56] 閻平, 李煌元, 張文昌, 等. 鎘對(duì)雌性大鼠血清FSH、LH水平的影響[J].職業(yè)與健康, 2002, 18(6): 35-36.
[57] SADIK N A H. Effects of diallyl sulfide and zinc on testicular steroidogenesis in cadmium-treated male rats[J]. Journal of Biochemical and Molecular Toxicology, 2008, 22(5): 345-353. DOI:10.1002/jbt.20247.
[58] LAFUENTE A, MARQUEZ N, PEREZ-LORENZO M, et al. Pubertal and postpubertal cadmium exposure differentially affects the hypothalamic-pituitary-testicular axis function in the rat[J]. Food and Chemical Toxicology, 2000, 38(10): 913-923. DOI:10.1016/S0278-6915(00)00077-6.
[59] MINUTOLI L, MICALI A, PISANI A, et al. Research article flavocoxid protects against cadmium-induced disruption of the blood-testis barrier and improves testicular damage and germ cell impairment in mice[J]. Toxicological Sciences, 2015, 148(1): 311-329. DOI:10.1093/toxsci/kfv185.
[60] MANIGANDAN K, JAYARAJ R L, JAGATHEESH K, et al. Taxifolin mitigates oxidative DNA damage in vitro and protects zebrafish (Danio rerio) embryos against cadmium toxicity[J]. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2015, 39(3): 1252-1261. DOI:10.1016/ j.etap.2015.04.021.
[61] BAI W B, SUN J X, XU W, et al. Cyanidin-3-O-glucoside protects against 1,3-dichloro-2-propanol-induced reduction of progesterone by up-regulation of steroidogenic enzymes and cAMP level in Leydig cells[J]. Frontiers in Pharmacology, 2016, 7: 399. DOI:10.33 89/ fphar.2016.00399.
[62] BHARTI S, MISRO M M, RAI U. Quercetin supplementation restores testicular function and augments germ cell survival in the estrogenized rats[J]. Molecular and Cellular Endocrinology, 2014, 383(1/2): 10-20. DOI:10.1016/j.mce.2013.11.021.
[63] BU T L, MI Y L, ZENG W D, et al. Protective effect of quercetin on cadmium-induced oxidative toxicity on germ cells in male mice[J]. The Anatomical Record, 2011, 294(3): 520-526. DOI:10.1002/ ar.21317.
[64] BRZóSKA M M, ROGALSKA J, GALAZYN-SIDORCZUK M, et al. Protective effect of Aronia melanocarpa polyphenols against cadmium-induced disorders in bone metabolism: a study in a rat model of lifetime human exposure to this heavy metal[J]. Chemico-Biological Interactions, 2015, 229: 132-146. DOI:10.1016/j.cbi.2015.01.031.
[65] 陳曉. 鎘致骨毒效應(yīng)及預(yù)后[D]. 上海: 復(fù)旦大學(xué), 2010: 10-97.
[66] 王怡. 鎘對(duì)大鼠成骨細(xì)胞的毒性機(jī)理及NAC的保護(hù)效應(yīng)[D]. 揚(yáng)州:揚(yáng)州大學(xué), 2014: 17-138.
[67] 馬蓓蕾, 蔡美琴. 微量元素與骨質(zhì)疏松防治的研究進(jìn)展[J]. 中華臨床營(yíng)養(yǎng)雜志, 2005, 13(5): 318-324.
[68] PAIK M K, LEE H O, CHUNG H S, et al. Genistein may prevent cadmium-induced bone loss in ovariectomized rats[J]. Journal of Medicinal Food, 2003, 6(4): 337-343. DOI:10.1089/109662003772519895.
[69] OM A S, SHIM J Y. Effect of daidzein in rats on cadmium excretion[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2007, 78(6):485-488. DOI:10.1007/s00128-007-9098-6.
[70] ABDALLA F H, CARDOSO A M, PEREIRA L B, et al. Neuroprotective effect of quercetin in ectoenzymes and acetylcholinesterase activities in cerebral cortex synaptosomes of cadmium-exposed rats[J]. Molecular and Cellular Biochemistry, 2013, 381(1/2): 1-8. DOI:10.1007/s11010-013-1659-x.
[71] KHAN M H, PARVEZ S. Hesperidin ameliorates heavy metal induced toxicity mediated by oxidative stress in brain of Wistar rats[J]. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 2015, 31: 53-60. DOI:10.1016/j.jtemb.2015.03.002.
[72] ABDALLA F H, SCHMATZ R, CARDOSO A M, et al. Quercetin protects the impairment of memory and anxiogenic-like behavior in rats exposed to cadmium: possible involvement of the acetylcholinesterase and Na+, K+-ATPase activities[J]. Physiology and Behavior, 2014, 135: 152-167. DOI:10.1016/j.physbeh.2014.06.008.
[73] RONCO A M, MONTENEGRO M, CASTILLO P, et al. Maternal exposure to cadmium during gestation perturbs the vascular system of the adult rat offspring[J]. Toxicology and Applied Pharmacology, 2011, 251(2): 137-145. DOI:10.1016/j.taap.2011.01.001.
[74] MITRA E, GHOSH A K, GHOSH D, et al. Protective effect of aqueous Curry leaf (Murraya koenigii) extract against cadmium-induced oxidative stress in rat heart[J]. Food and Chemical Toxicology, 2012, 50(5): 1340-1353. DOI:10.1016/j.fct.2012.01.048.
[75] ALSHATWI A A, HASAN T N, ALQAHTANI A M, et al. Delineating the anti-cytotoxic and anti-genotoxic potentials of catechin hydrate against cadmium toxicity in human peripheral blood lymphocytes[J]. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2014, 38(2): 653-662. DOI:10.1016/j.etap.2014.07.013.
[76] 孫世利, 楊軍國(guó), 張嵐翠, 等. 兒茶素與金屬離子相互作用及其生物學(xué)意義[J]. 中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 29(2): 225-228.
Progress in Understanding the Molecular Mechanism of Nutrition Intervention of Flavonoids on Cadmium Toxicity
BAI Weibin1, LI Xia1, ZHU Cuijuan1, HU Yunfeng1, JIAO Rui1, JIANG Xinwei1, SUN Jianxia2,*
(1. Department of Food Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China; 2. Faculty of Chemical Engineering and Light Industry, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510090, China)
Cadmium causes damage to a wide range of organs and biological systems such as liver, kidney, bone, immune system and reproductive system. Flavonoids are polyphenolic compounds widely present in many plants, which have been shown to prevent or mitigate cadmium-induced damage in the body. This review focuses on recent advances in understanding the protective effects and molecular mechanisms of fl avonoids against cadmium toxicity. We hope that this review will provide useful references for the prevention of cadmium toxicity and the mechanistic exploration of nutrition intervention strategies.
cadmium; fl avonoids; damage; nutrition intervention
10.7506/spkx1002-6630-201703040
TS201.4
A
1002-6630(2017)03-0245-09
白衛(wèi)濱, 李夏, 朱翠娟, 等. 黃酮類化合物對(duì)鎘毒性營(yíng)養(yǎng)干預(yù)分子機(jī)制的研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(3): 245-253.
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201703040. http://www.spkx.net.cn
BAI Weibin, LI Xia, ZHU Cuijuan, et al. Progress in understanding the molecular mechanism of nutrition intervention of
fl avonoids on cadmium toxicity[J]. Food Science, 2017, 38(3): 245-253. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201703040. http://www.spkx.net.cn
2016-03-14
國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31471588);國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(31201340);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目;廣東省高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(Yq2013024)
白衛(wèi)濱(1978—),男,研究員,博士,研究方向?yàn)槭称窢I(yíng)養(yǎng)。E-mail:baiweibin@163.com
*通信作者:孫建霞(1978—),女,副教授,博士,研究方向?yàn)楣郀I(yíng)養(yǎng)。E-mail:jxsun1220@163.com