植物甾醇生理功能及安全性評估研究新進展

周 路 徐寶成,2 尤思聰 連 琦 康懷彬,2,3 羅登林,2

(河南科技大學食品與生物工程學院1，洛陽 471000)

(河南省食品原料工程技術研究中心2，洛陽 471000)

(食品加工與安全國家級實驗教學示范中心(河南科技大學)3，洛陽 471000)

植物甾醇(phytosterol，PS)是植物中天然存在的活性成分，主要以游離、酯化或糖苷等形式廣泛存在于植物油、堅果、谷物、蔬菜和水果等食物中[1]。植物甾醇的種類很多，已經報道過的甾醇超過250種[2]，其中最常見的為β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇和菜籽甾醇，此外還有菠菜甾醇、Δ5-燕麥甾烯醇、谷甾烷醇和菜油甾烷醇等[3]。常見植物甾醇的結構類似于哺乳動物體內的膽固醇，僅在側鏈上略有不同，其中膽固醇側鏈有8個碳原子，而植物甾醇側鏈含有9或10個碳原子[4]。

植物甾醇有許多生理功能，包括抗高血脂癥[5,6]、預防心血管疾病[7,8]、抗癌[9,10]、抗炎[11,12]和免疫調節[13,14]等，其中在降低血清膽固醇方面研究較多。由于具有出色的生理活性功能，植物甾醇及其衍生物目前已被廣泛應用于食品、藥品、化妝品和飼料等領域。新開發的甾醇強化食品，如甾醇強化油脂、甾醇強化乳制品和甾醇強化面制品等已成為市場的新寵，受到消費者的廣泛青睞。然而，在人們正常的飲食模式下，每日從膳食中攝入的植物甾醇在400～600 mg之間。為了充分發揮植物甾醇的生理活性功能，消費者通常每天需要食用更多的甾醇強化食品或制劑，維持甾醇攝入量在1～3 g的水平。因此，有關高劑量攝入植物甾醇有無安全風險或副作用的問題已引起研究者的廣泛關注，并持續開展了相關研究。本文查閱了國內外有關植物甾醇在降低血清膽固醇水平、抗高血脂癥、預防心血管疾病、抗癌、抗炎癥和免疫調節等方面最新研究成果，對其進行比較、分析和總結，并進一步就甾醇的安全食用量和可能存在的副作用作了深入探討，以期為植物甾醇在食品、藥品和化妝品等領域的開發和應用提供參考。

1 植物甾醇的結構

植物甾醇廣泛存在于植物體中，是一類天然存在、具有重要生理活性的化學物質，是構成細胞膜、細胞器的主要成分，具有穩定植物細胞膜中磷脂雙分子層的作用[15]。植物甾醇屬于三萜烯化合物，具有環戊烷多氫菲的環系結構(又稱為甾核或甾體)，在甾核A環C—3位置連接一個羥基，并且大多在C—5和C—6之間具有雙鍵結構，在C—17處連接一條9～10個C組成的脂肪側鏈[4]。植物甾醇的結構與膽固醇非常相似，主要不同之處在于甾醇在C—24處通常連接一個甲基或乙基基團[16]，并且一些常見的甾醇在C—22與C—23間存在不飽和雙鍵[1]。另外，根據甾核B環C—5位上有無雙鍵，可將植物甾醇分為甾醇和甾烷醇，即甾醇(sterol)的飽和形式被稱為甾烷醇(stanol)[16]。植物甾醇的分子結構、碳原子編號次序以及植物中常見的甾醇如圖1和圖2所示。

圖1植物甾醇結構及碳原子編號

圖2植物中常見的甾醇

2 生理功能

2.1 降低血清膽固醇水平

膽固醇是構成細胞膜的重要成分之一，同時又是合成維生素D、類固醇激素的原料及膽汁酸的前體物質[17]。隨著人們生活水平的提高，膽固醇的攝入量也隨之增加；當機體膽固醇含量過高時，便會在血管壁上過量沉積并引發疾病。目前降低膽固醇主要通過飲食、藥物以及運動來改善，但運動改善效果有限、藥物治療價格昂貴且具有一定的毒副作用[18]，而將植物甾醇添加在食品中代替藥物治療則是一種更安全有效的方法。

甾醇降低血清膽固醇水平主要通過以下幾種途徑進行：1)植物甾醇和膽固醇結構相似，在小腸中通過競爭機制優先進入混合膠束，并可將已在混合膠束中的膽固醇置換出來，降低膽固醇在膠束中的溶解度，從而降低膽固醇的吸收[19]；2)膽固醇的吸收與小腸細胞頂膜的半轉運蛋白ATP結合轉運因子(ATP binding transporter，ABC)G5和G8緊密相關。通過膳食進入到小腸的植物甾醇可以促進ABCG5和ABCG8表達增高，增強小腸細胞對膽固醇的分泌作用，使膽固醇轉運到腸腔后經糞便排泄出來，從而降低其在腸道中的吸收[20]；3)植物甾醇還與膽固醇轉運蛋白競爭，抑制?；o酶A：膽固醇?；D移酶2(acyl-coenzyme A：cholesterol acyltransferase-2，ACAT-2)的活性，從而降低膽固醇在小腸上皮細胞的酯化率，減少膽固醇酯與乳糜微粒的結合，減少極低密度脂蛋白膽固醇(very low density lipoprotein cholesterol，VLDL-C)的生成[4]；4)3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A，HMG-CoA)是肝細胞合成膽固醇過程中的限速酶，植物甾醇能抑制其活性從而有效降低機體低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein cholesterol，LDL- C)水平[21]，但這并不是主要機制。

目前，相關研究也證實了甾醇降低血清膽固醇的作用，如Ras等[22]發現每天食用0.6～3.3 g植物甾醇，受試者血漿中LDL-C可降低6%～12%，效果顯著。Cicero等[23]也發現食用植物甾醇可使血清中總膽固醇(total cholesterol，TC)、LDL-C和非高密度脂蛋白膽固醇含量顯著下降。Marleen等[24]研究發現植物甾醇、甾烷醇還具有降低血清甘油三酯(triglyceride，TG)的作用。

2.2 降血脂和預防心血管病

高脂血癥是一類造成機體代謝紊亂的疾病，與過量食用富含油脂的食物、超重、壓力及過量飲酒等因素有關，表現為血清中TC、TG、LDL-C、VLDL- C過高及高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol，HDL-C)過低[6]。高脂血癥可誘發動脈粥樣硬化，并最終導致心血管病的形成，其中LDL-C是致動脈粥樣硬化的主要脂蛋白[5,6,25]。目前，心血管病在中國城鄉居民死亡原因中位列首位，約占農村死亡率的45.50%，城市死亡率的43.16%[26]。

現在用于降血脂的藥物主要有他汀類、煙酸類、貝特類、膽酸螯合樹脂類和膽固醇吸收抑制劑等[27,28]，均能顯著降低和預防心血管病的發生[29]。不足之處是，這些藥物價格昂貴，長期使用還會使機體產生一定的抗藥性，并具有一定的毒副作用[18]。植物甾醇本身的凈吸收非常小且降血脂效果良好，添加在食品中代替藥物治療安全有效，無毒副作用[19]。許多學者在植物甾醇降血脂、預防和治療心血管病方面進行了研究。Cheung等[7]將221位受試者分為二組，一組食用富含植物甾醇的低脂牛奶，另一組食用傳統低脂牛奶，連續3周后食用富含植物甾醇牛奶的受試者血清LDL-C含量明顯降低。Ming等[8]也證實了植物甾醇降低血清LDL-C含量，降低心血管病發生風險的作用。此外，植物甾醇、甾烷醇的攝入量與LDL-C的降低還存在劑量效應關系，植物甾醇、甾烷醇攝入量從0.6 g/d增加到3.3 g/d，血清LDL-C含量會降低6%～15%[22,28,30]。

2.3 抗癌作用

癌癥是全球第二大致死疾病[31]，癌細胞能夠無限增殖并破壞正常的細胞組織，使細胞不能正常存活、增殖和分化。植物甾醇能有效降低患癌風險，預防肺癌、胃癌、前列腺癌、卵巢癌和乳腺癌等多種癌癥[9]的發生。近些年，許多學者對植物甾醇的抗癌功效開展了研究。Rajavel等[10]發現將β-谷甾醇和胡蘿卜甾醇單獨或聯合使用均能抑制肺癌細胞A549的生長增殖，并可作為治療肺癌藥物的候選。Huang等[32]選擇1 091名結腸癌患者和711名直腸癌患者，將植物甾醇添加到膳食中，發現β-谷甾醇和菜油甾醇的攝入量與結腸癌和直腸癌均呈負相關。Alvarez-Sala等[33]將植物甾醇添加到乳腺癌(MCF-7)、結腸癌(HCT116)和宮頸癌(HeLa)細胞的培養基中，研究發現這3種癌細胞存活率顯著降低。Shahzad等[34]研究發現飲食中富含植物甾醇可使患癌風險降低20%。另外，植物甾醇還可能影響宿主系統，提高機體對癌癥的免疫識別反應，影響激素依賴性內分泌腫瘤的生長，并通過甾醇的生物合成調節達到抗腫瘤作用。

2.4 抗炎活性

炎癥可以定義為機體對感染或損傷的一種防御反應，其特征表現為疼痛、發燒和水腫。單核細胞、巨噬細胞和其他炎癥細胞釋放的炎癥介質有很多，如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素IL-1β和IL-6補充因子、纖溶酶原激活物抑制劑-Ⅰ(plasminogen activator inhibitor-Ⅰ，PAI-Ⅰ)及前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)等[35]。這些介質刺激肌體分泌急性期蛋白即炎癥標志物C-反應蛋白(C-reactive protein，CRP)，可以用于判斷炎癥程度[36]。

植物甾醇不僅不會引發炎癥反應，而且能很好的降低促炎細胞因子含量[37]，目前許多學者進行了相關研究來評估植物甾醇的抗炎作用。Nabin等[11]用氯仿從Phyllanthusmaderaspatensis中提取植物甾醇，發現所得植物甾醇具有抗炎活性。Hu等[12]發現斷奶豬仔食用植物甾醇能顯著降低腹瀉率，提高免疫力和抗炎活性，促進豬仔生長。馮思敏等[38]發現在小鼠飲食中攝入適量的β-谷甾醇和豆甾醇能有效改善由葡聚糖酸鈉引起的結腸炎。

2.5 免疫調節活性

免疫反應是單細胞和多細胞組織的防御機制，能將自身與非自身物質區分開，并通過識別和消除病原體，保護組織穩態[39]。免疫系統有兩種類型，即先天免疫系統和適應性免疫系統。T-淋巴細胞在免疫系統中起著非常重要的調節作用，它可分為各種亞群，如Th1、Th2和Th17細胞，CD4+和Foxp3+調節性T細胞[40]。許多學者對植物甾醇的免疫調節作用進行了研究，Brüll等[13]將植物甾醇酯添加在牛奶中，食用后可促進肌體Th1反應增強，Th2活性降低，進而降低Th2細胞因子IL-13的產生，并減少哮喘發病。Calpe-Berdiel等[14]研究表明植物甾醇可以將Th1/Th2的平衡轉化為更具優勢的反應。Le等[41]研究發現從鱷嘴花中提取的植物甾醇可使9～11周大的雄性小鼠體內細胞因子分泌量降低，抑制其免疫活性。De Smet等[42]也發現植物甾醇酯使14名健康受試者腸道T細胞免疫活性降低，與預期結果相反，因此有關植物甾醇免疫調節的相關機制還需要進一步研究。

此外，植物甾醇還表現出抗氧化活性和類激素作用[4]。由于具有出色的生理活性，植物甾醇在食品、醫學和生物化學等領域得到了廣泛的關注和應用。

3 植物甾醇的安全評估及副作用

3.1 植物甾醇安全評估

植物甾醇、甾烷醇及其酯類衍生物在降低血清膽固醇方面具有顯著的效果，已廣泛用于血清高膽固醇癥的治療。為了達到顯著降低血清膽固醇的效果，通常每天需要攝入1～3 g的植物甾醇或甾烷醇，大大超過普通人群正常飲食模式下的攝入水平(400～600 mg/d)[28]。因此，有關高劑量攝入植物甾醇和甾烷醇有無副作用或安全風險的問題已經引起研究人員的廣泛關注。在一項長期的研究中，每天攝入2 g的植物甾醇或甾烷醇沒有對人體健康產生不良影響[28]。Hendriks等[43]也開展了植物甾醇的安全性評估，讓185名身體健康志愿者，每天食用1.6 g的植物甾醇(為期1年)，結果表明受試者血清TC含量降低約4%，LDL-C降低約6%，而血液、尿液檢驗均未發現異常。Ribas等[44]讓血脂異常的巴西兒童每天食用含1.2 g植物甾醇的脫脂牛奶，8周后發現TC、TG和LDL-C的平均濃度顯著降低，研究期間未發現明顯的副作用。從長期監測數據和實驗模型得出的綜合結果再次證明食用植物甾醇或甾烷醇降低膽固醇安全有效，無明顯毒性和副作用，血液參數和生化指標均未發現異常[45,46]。美國食品和藥品管理局、歐盟食品科學委員會以及我國也都確證了植物甾醇及其酯類衍生物添加在食品中的功效和安全性[46]。

3.2 副作用

3.2.1 氧化風險

植物甾醇在食品生產、儲存和運輸過程中，易受光、熱、氧和金屬離子等因素的作用，生成植物甾醇氧化物(phytosterol oxidation products，POPS)[3]。高俊蘭[47]使用7-酮基、7β-羥基植物甾醇氧化物對人類小腸癌細胞(HIC)、人類肺癌細胞(A549)和人類肝癌細胞(HepG2)進行細胞毒性研究，發現POPs均降低了細胞活力并且濃度越高、作用時間越長效果越明顯。在飲食過程中減少植物甾醇氧化因素(特別是中餐飲食中的高溫煎炸)，避免甾醇氧化，能有效降低可能存在的安全風險。Lea等[48]連續90 d給小鼠喂養添加POPs的鼠糧，未發現遺傳毒性和其他明顯的毒性證據。因此關于POPs的生理毒性目前仍有爭議，有待開展更深入的研究。

3.2.2 對類胡蘿卜素吸收的影響

植物甾醇的攝入會對類胡蘿卜素吸收產生干擾，降低血液中類胡蘿卜素的含量。Richelle等[49]研究發現飲食游離甾醇劑量過高(超過2.2 g/d)會降低血液中類胡蘿卜素和α-生育酚的含量。Baumgartner等[50]也發現每天食用約2.5 g植物甾醇或甾烷醇會降低血液中類胡蘿卜素和生育酚的含量，但視黃醇和維生素D含量變化不明顯。Santas等[9]也證實了食用大量植物甾醇會導致血漿中類胡蘿卜素含量下降。因此，日常應增加水果和蔬菜攝入量或服用含有類胡蘿卜素的營養劑，從而使血清中類胡蘿卜素維持在正常水平[51]。

3.2.3 植物甾醇血癥

植物甾醇血癥也叫谷甾醇血癥，是一種罕見的遺傳性常染色體隱性、脂蛋白代謝障礙性疾病[46]。植物甾醇血癥患者對膳食中植物甾醇的吸收率在15%～60%之間，而正常受試者甾醇吸收率低于5%[52]。植物甾醇血癥患者會使植物甾醇在血漿、脂肪組織、皮膚、主動脈和其他組織中過量積累[9]，容易產生早發性冠心病、黃體瘤和早期動脈粥樣硬化[53]等疾病。它的發生是由于位于人類染色體2p21中兩個相鄰的ABCG5和ABCG8完全突變所致[54]，導致植物甾醇在膽汁中代謝障礙，使得甾醇在血液和組織中發生積累。在ABCG5和ABCG8基因敲除小鼠中，植物甾醇積累引起小鼠肝臟損傷，血清丙氨酸轉氨酶/谷氨酰胺-丙酮酸轉氨酶濃度升高，而對照組小鼠血清丙氨酸轉氨酶/谷氨酰胺-丙酮酸轉氨酶濃度維持在正常范圍[55]。植物甾醇血癥患者可通過避免或減少食用含植物甾醇的食品來降低風險，并且可以及時服用依折麥布藥物進行治療[53]。

4 結論

植物甾醇廣泛存在于谷物和油料作物種子等植物性食物中，具有降低血清總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平的能力，對治療高膽固醇血癥具有顯著的效果。另外，植物甾醇還具有抗癌、抗炎癥、抗高血脂癥和預防心血管疾病等多種生理活性功能。目前，有關植物甾醇生理活性功能的研究主要集中于劑量-效應和臨床效果的研究，對其更深層次的作用機理尚未完全解析，未來應加強該方面的研究工作，深入完整揭示其生理活性功能的作用機理?，F有研究認為，植物甾醇在日常飲食模式或者較高攝入量(1～3 g/d)的情況下，均未發現明顯的副作用，安全性高。但對少數人群而言，過多攝入植物甾醇會導致植物甾醇血癥發生和影響脂溶性維生素的吸收。此外，由于食物中植物甾醇的氧化及甾醇氧化物的攝入，還會發生細胞毒性、致炎作用等不確定性風險，因此未來應該進一步加強甾醇副作用的研究，并對其可能存在的安全風險加強控制。