燕麥蒽酰胺生理功能研究進展

郁永輝，劉柯杉，王 靜

(北京工商大學 中加食品營養與健康聯合實驗室/食品營養與人類健康高精尖創新中心， 北京 100048)

近年來，全谷物食品對健康的作用越來越受重視，研究發現全谷物食品預防糖尿病、心腦血管疾病、癌癥等常見慢性疾病的成效顯著[1-2]，全谷物食品比水果蔬菜具有更好的降低冠心病等發病風險的效用[3-4]。燕麥是百合綱(Liliopsida)莎草目(Cyperales)禾本科(Poaceae)燕麥屬(Avena)植物，在世界各地被廣泛地種植及食用，尤其在北歐、北美和我國華北地區較為常見[5]。燕麥中含有膳食纖維、蛋白質、脂質、低聚糖、維生素及礦物質等多種營養成分[6]，已逐漸成為一種公認的安全健康全谷物食品。隨著對燕麥的深入研究，β-葡聚糖、類黃酮、酚類化合物(如生育酚和燕麥蒽酰胺)等多種生物活性成分備受關注，且各種生物活性成分在降膽固醇[3,7]、調節腸道菌群[8]、促進脂肪代謝[9]等方面發揮重要作用。多酚類化合物是植物代謝過程中的一種次生產物[10]，在燕麥中種類較多且含量豐富，可參與調控多種生理機能，具有預防慢性疾病、促進機體健康的作用[2]。燕麥蒽酰胺是燕麥中特有的一種可溶性酚類化合物[11]，國內外研究均證實燕麥蒽酰胺具有抗氧化、減輕炎癥反應、預防動脈粥樣硬化、抗腫瘤等多種生理功能，可有效預防皮膚老化、降低冠心病、防治結腸癌等常見疾病的發生風險[12]，在疾病防控方面被寄予厚望。

1 燕麥蒽酰胺的化學結構

燕麥蒽酰胺是一系列由羥基肉桂酸及其衍生物和鄰氨基苯甲酸及其衍生物通過酰胺鍵相連接而成的酚類化合物，目前已經發現20多種不同結構的燕麥蒽酰胺[13]，其主要分布在燕麥籽粒、麩皮外殼、糊粉層和葉子中[14]。燕麥蒽酰胺在燕麥中的質量分數約為2～300 mg/kg[15]，其中含量較高的有3種，分別是燕麥蒽酰胺2p(N-4′-羥基肉桂酰-5-羥基鄰氨基苯甲酸)、燕麥蒽酰胺2f (N-4′-羥基-3-甲氧基肉桂酰-5-羥基鄰氨基苯甲酸)和燕麥蒽酰胺2c(N-3′, 4′-二羥基肉桂酰-5-羥基鄰氨基苯甲酸), 即燕麥蒽酰胺A、B和C，它們分別是由5-羥基鄰氨基苯甲酸中氨基的氫原子被p-香豆酸、阿魏酸和咖啡酸中的酰基所取代，經酰胺鍵連接而來的化合物(圖1)。3種燕麥蒽酰胺的區別主要體現在肉桂酸部分苯環的3位碳上分別連接了氫原子(燕麥蒽酰胺2p)、氧甲基(燕麥蒽酰胺2f)和羥基(燕麥蒽酰胺2c)，其中天然燕麥中燕麥蒽酰胺2c的含量最高[16]。研究表明：燕麥蒽酰胺通過酰胺鍵連接的兩個苯環結構中，肉桂酸及其衍生物結構部分對于燕麥蒽酰胺的抗氧化活性影響較大[17]，研究認為燕麥蒽酰胺2c的抗氧化活性最高可能是由于肉桂酸部分鄰羥基結構比鄰氧甲基和氫原子的抗氧化效率更高[1,18]，說明燕麥蒽酰胺的生物學活性可能與其化學結構密切相關。此外，燕麥蒽酰胺與用于治療支氣管炎、過敏性鼻炎及其他過敏性疾病的藥物曲尼司特[N-(3,4-二甲氧基肉桂酰)鄰氨基苯甲酸]的結構十分相近[19](圖 2)。大量的實驗研究證明：曲尼司特的療效主要體現在其可抑制肥大細胞和白細胞釋放促炎細胞因子、趨化分子等炎性介質并調節核因子κB (nuclear factor kappa-B, NF-κB) 的活化[20]，這可為燕麥蒽酰胺抗炎等生物學活性的研究提供參考。而燕麥蒽酰胺在抗氧化、減輕炎癥反應、預防動脈粥樣硬化及抗腫瘤等方面均發揮重要的生理功能。

圖1 燕麥蒽酰胺主要成分的分子結構Fig.1 Molecular structure of main components of avenanthramides

圖2 燕麥蒽酰胺與曲尼司特分子結構Fig.2 Molecular structure of avenanthramides and tranilast

2 燕麥蒽酰胺的生理功能

2.1 抗氧化作用

氧化應激是自由基在體內的一種負調節反應，它可導致體內滲出的中性粒細胞在炎癥區聚集，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化產物，從而損傷組織[14，18]。研究表明：多酚類化合物具有較強的抗氧化活性，而燕麥蒽酰胺的抗氧化能力是咖啡酸、阿魏酸等燕麥中其他主要多酚類化合物的10～30倍[14]。多酚類化合物的抗氧化性主要是通過在自由基上添加氫原子進而抑制自由基鏈反應，從而減少活性氧化劑介導的細胞成分氧化損傷。從燕麥蒽酰胺的結構來看，自由基的清除主要取決于芳香環中的取代方式和供氫的羥基數量。研究表明：燕麥蒽酰胺的眾多結構中燕麥蒽酰胺2c的抗氧化能力最強，這主要取決于燕麥蒽酰胺2c肉桂酸部分的取代基鄰羥基抗氧化效果優于鄰氧甲基(燕麥蒽酰胺2f)和氫原子(燕麥蒽酰胺2p)[1，14]；燕麥蒽酰胺與其他常見抗氧化活性成分如咖啡酸、阿魏酸、香豆酸、α-生育酚等相比，其抗氧化活性順序為α-生育酚>燕麥蒽酰胺>咖啡酸>阿魏酸>對香豆酸[14]，雖然燕麥蒽酰胺的抗氧化活性弱于α-生育酚，但其對亞油酸氧化的抑制時間比α-生育酚更長，原因可能是燕麥蒽酰胺中肉桂酸部分的酚結構可以發生偶聯反應而產生二聚體，燕麥蒽酰胺抗氧化活性的延長與其能形成二聚體結構密切相關[1]；因此，燕麥蒽酰胺是燕麥多酚化合物中抗氧化活性較強且持續時間較長的重要生物活性成分。

圖3 燕麥蒽酰胺抗氧化的潛在分子機制Fig.3 Potential molecular mechanism of antioxidant effect of avenanthramides

另外，燕麥蒽酰胺可與其他抗氧化劑聯用并增強機體氧化防御能力。燕麥蒽酰胺與維生素C協同作用可抑制氧和酶的活性[23]，從而降低低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)的氧化作用，減輕大鼠組織中氧化應激反應[24]。研究表明：燕麥蒽酰胺與維生素C之間的作用和杏仁麩皮中酚類與維生素E之間的協同作用類似，維生素E也可減少銅離子對維生素C的氧化，與維生素C一起協同保護LDL免受氧化，并增強大鼠的抗氧化能力[23, 25-26]。因此，燕麥蒽酰胺可促進機體抗氧化酶活性、清除體內ROS進而發揮抗氧化活性，是開發具有抗氧化功能保健食品的重要生物活性成分。

2.2 減輕炎癥反應作用

炎癥包括局部和全身性反應，是一種以紅、腫、熱、痛等為主要特征的身體表現，按照持續時間可分為急性炎癥和慢性炎癥。近年來研究發現炎癥尤其是慢性炎癥與多種疾病如帕金森、腫瘤等發生密切相關[27]。NF-κB蛋白家族是重要的炎癥反應調節因子，其活性主要受ⅠκB激酶(ⅠκB kinase, IKK)調控[28]，而燕麥蒽酰胺可減弱IKK的磷酸化、抑制NF-κB的活化而下調促炎細胞因子的表達，發揮抗炎作用。研究表明，燕麥蒽酰胺可作為下調IKKβ活性的變構抑制劑而緩解骨骼肌細胞的炎癥反應[28]。在角質細胞中，燕麥蒽酰胺可抑制ⅠκB的降解、下調NF-κB活性進而降低促炎細胞因子的表達[29-30]。此外，燕麥蒽酰胺處理可抑制腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factorα, TNF-α)誘導的NF-κB高表達，從而減少白細胞介素8(interleukin 8, IL-8)等炎性介質的釋放[18]；也可通過降低IL-1β誘導的TNF-α和IL-6表達，抑制單核細胞NF-κB活化來減輕機體炎癥反應[28-29]。燕麥蒽酰胺衍生物同樣可發揮重要的抑炎活性，燕麥蒽酰胺2c的甲基化衍生物可劑量依賴地顯著下調內皮細胞中IL-6、IL-8和單核細胞趨化蛋白-1(mononcyte chemoattractant protein-1, MCP-1)等炎性介質表達[5]，降低ⅠκB的磷酸化從而抑制IL-1β和TNF-α介導的NF-κB活化[30]。二氫燕麥蒽酰胺-D是以燕麥蒽酰胺為基礎合成的一種物質，可通過抑制神經激肽-1受體(neurokinin-1 receptor, NK1R)或阻斷IL-6在細胞中的表達而發揮抗炎止癢的作用[31]。以上研究均表明燕麥蒽酰胺及其衍生物在調控NF-κB信號通路活性及抑制炎癥方面發揮重要的作用 (圖4)，可用于預防和緩解由炎癥反應而引發的各種疾病。

圖4 燕麥蒽酰胺抑制炎癥反應的潛在分子機制Fig.4 Potential molecular mechanism of avenanthramides on reducing inflammatory reaction

2.3 預防動脈粥樣硬化作用

動脈粥樣硬化是一種具有高發病率和高死亡率特點的心血管疾病[32]。糖尿病、吸煙、肥胖[33]等多種因素均有可能誘發動脈粥樣硬化。在動脈粥樣硬化的發病機制中細胞因子IL-1、IL-6、IL-8、TNF和MCP-1等發揮重要作用。其中，IL-6可增強內皮細胞中細胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1, ICAM-1)、血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)和E-選擇素(E-selectin)的表達[30，34]；IL-8能夠促進血管的生成并推動病變的發生[35]；而MCP-1則在早期動脈粥樣硬化過程中募集單核細胞向炎癥部位浸潤，進一步誘發動脈粥樣硬化[36]。因此，白細胞介素和TNF-α等炎癥因子通過誘導炎癥細胞浸潤及內皮細胞表達多種細胞因子和黏附分子，從而介導白細胞向內皮下層遷移，致使炎癥細胞募集并加速動脈粥樣硬化斑塊形成[37]。研究發現，攝入酚類化合物與降低動脈粥樣硬化風險呈現正相關[30]，而燕麥蒽酰胺的攝入有助于抑制促炎細胞因子分泌、降低黏附分子表達及趨化因子釋放，從而預防或減輕動脈粥樣硬化的相應癥狀[32，38]。同時，燕麥蒽酰胺混合物處理人類主動脈內皮細胞能夠顯著抑制黏附因子ICAM-1、VCAM-1和E-選擇素的表達及細胞因子IL-6、IL-8和MCP-1的分泌[32]，說明燕麥蒽酰胺可有效抑制黏附因子表達、減少炎癥因子分泌及炎性細胞浸潤，進而降低動脈粥樣硬化斑塊形成的風險，發揮預防動脈粥樣硬化的生理功能。另外，與燕麥蒽酰胺結構相近的臨床藥物曲尼司特(圖2)，也具有抑制冠狀動脈平滑肌增生的作用。研究表明：100 μg/mL的曲尼司特與40 μg/mL的燕麥蒽酰胺在抑制黏附分子表達及炎性介質分泌等方面效果相近，均能夠下調約20% 黏附分子表達和60%炎癥因子IL-6的分泌[32]；這說明與曲尼司特相比，燕麥蒽酰胺在抑制黏附分子表達及炎癥介質分泌等方面的有效劑量更低，其在防治動脈粥樣硬化方面的作用可能優于曲尼司特。此外，燕麥蒽酰胺還能通過下調NF-κB的活性來減少動脈內皮細胞中促炎細胞因子、趨化因子和黏附分子等的表達[28]。IL-8可誘導中性粒細胞進入組織，使平滑肌細胞發生增殖、遷移，從而導致動脈粥樣硬化斑塊血管壁增厚、管腔變窄并增加動脈粥樣硬化的風險[39]。而燕麥蒽酰胺可劑量依賴性地抑制NF-κB的活性進而下調IL-8等細胞因子的分泌、減少血管中斑塊沉積，進而達到預防動脈粥樣硬化的效果[40]。另外，甲基化修飾的燕麥蒽酰胺可增加氣體信號分子一氧化氮(nitric oxide, NO)的產生，起到舒張血管、減少平滑肌細胞增殖的作用[15]，進一步增強燕麥蒽酰胺預防動脈粥樣硬化的能力。燕麥蒽酰胺可通過調控炎性因子分泌及黏附分子表達而發揮預防動脈粥樣硬化的功能。此外，高血脂等是誘發動脈粥樣硬化的另一危險因素，而降低血漿總膽固醇和提高高密度脂蛋白(high density lipoprotein, HDL)膽固醇水平，可降低發生動脈粥樣硬化的風險。研究表明：燕麥蒽酰胺能夠上調衰老小鼠脂蛋白脂肪酶mRNA的表達，降低體內甘油三酯水平、提高HDL水平，從而降低患動脈粥樣硬化的風險[22]。由此可見，減少炎癥介質分泌、下調黏附分子表達及降低血脂水平等是燕麥蒽酰胺發揮預防動脈粥樣硬化功能的潛在途徑，并在心腦血管疾病防控方面發揮重要的作用。

2.4 抗腫瘤作用

腫瘤是目前全球高發的疾病，2018年統計顯示全球新發腫瘤患者1 810萬，死亡960萬，而我國的腫瘤發病率和死亡率均居世界首位[41-42]，因此具有抗癌活性的食物或生物活性成分越來越受關注。腫瘤的發生與細胞無節制增殖密切相關，而p53、p21cip1、細胞周期蛋白-D1(cyclin-D1)和磷酸化視網膜母細胞瘤蛋白(pRb)等是重要的細胞周期調節蛋白[15]，其中pRb是細胞分裂增殖過程中重要的負調節因子，也是細胞從G1周期向S周期轉變的重要標志[12]，而pRb受細胞分裂周期中從G1期進展到S期所必需的cyclin-D1蛋白的調控[43]。研究顯示，燕麥蒽酰胺及其甲基化衍生物可顯著抑制不同細胞系如血管平滑肌細胞、結腸癌細胞、肝癌細胞和乳腺癌細胞等細胞增殖[39，43]，因此燕麥蒽酰胺在防控腫瘤發生方面具有潛在的重要作用。

結腸癌是胃腸道疾病中較為常見的一種惡性腫瘤,誘發結腸癌的主要因素為胃腸道的慢性炎癥[44]。流行病學數據和動物研究表明：燕麥等全谷物食品的攝入可顯著降低患結直腸癌的風險[44]，其中燕麥蒽酰胺可能通過抑制細胞G1-S周期的信號傳導進而抑制pRb蛋白活性并降低結腸癌細胞的增殖能力[43]。另外，燕麥蒽酰胺也可通過上調p21cip1的表達來抑制pRb活性，進而降低結腸癌細胞等分裂增殖活性[15, 43]。平滑肌細胞的增殖同樣受p21cip1的關鍵抑癌蛋白和轉錄因子p53的調控，燕麥蒽酰胺2c的處理可增加p53-p21cip1通路相關蛋白表達，使細胞周期停滯于G1期，進而影響細胞增殖[12，15]。燕麥蒽酰胺2c也可呈劑量依賴性地增加平滑肌細胞中NO的生成，促進 p53蛋白表達，并最終誘導細胞凋亡[39]。此外，燕麥蒽酰胺2c及其甲基化衍生物均能抑制人結腸癌細胞系HT29、LS174T和HCT116等腫瘤細胞增殖，且燕麥蒽酰胺的甲酯衍生物呈現出更好地抑制效果，其作用機制可能是通過促進p53/p21cip1表達或抑制cyclin-D1/pRb蛋白活性等誘導腫瘤細胞凋亡[43]，從而發揮抗腫瘤活性。最新研究也顯示，燕麥蒽酰胺2p可通過上調miR-129-3p活性進而抑制E3泛素化Pirh2表達，并激活p53信號通路，致使細胞周期出現永久性停滯，最終抑制結腸癌細胞生長并誘導其衰老死亡[45]。

燕麥蒽酰胺也可與其他抗癌物質協同作用而抑制腫瘤細胞增殖，結腸癌細胞Caco-2和肝癌細胞HepG2是兩種惡性腫瘤細胞系，燕麥蒽酰胺可在不影響正常細胞增殖的前提下，與其他抗癌物質協同抑制Caco-2細胞的增殖[43]，同時燕麥蒽酰胺與牡荊素-2-O-木糖苷兩種物質可以通過調節ROS濃度誘導細胞凋亡，單獨或聯合使用均可促進Caco-2和HepG2細胞凋亡[46]。此外，環氧合酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)在80%～85%的人類和小鼠腺癌、結腸腫瘤中均高表達[47]，同時COX-2-前列腺素E2(PGE2)信號通路介導胃腸道上皮癌變，促進與癌變細胞增殖、擴散相關的血管新生[48]，說明COX-2在癌癥發生過程中發揮重要的促進作用。而燕麥蒽酰胺可下調脂多糖誘導的小鼠腹腔巨噬細胞COX-2酶活性，抑制PGE2的生成[43]。上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)被認為是引發上皮來源的惡性腫瘤的重要因素。天然來源的燕麥蒽酰胺和酵母衍生的重組蒽酰胺均可抑制EMT發生[44]，從而發揮抑制腫瘤發生的潛在作用。而酵母衍生的重組蒽酰胺還可抑制細胞周期蛋白cyclin-D1表達，且其比天然燕麥蒽酰胺的抗增殖活性更強，并對EMT過程中細胞遷移的抑制效果更加顯著[44]。綜上所述，燕麥蒽酰胺可通過阻滯細胞周期和/或促進細胞凋亡等途徑抑制腫瘤發生或腫瘤細胞增殖，是化學預防和治療腫瘤的潛在重要活性成分。

3 研究展望

燕麥作為一種新興的廉價易獲得的谷物，其保健功能越來越得到認可。燕麥蒽酰胺作為燕麥中獨特的可溶性多酚類化合物，研究已揭示其在抗氧化、預防心腦血管疾病、緩解炎癥、抗腫瘤等多方面具有重要的生物學效應。同時，多酚類化合物在降血糖、調節血脂以及骨質疏松防控等方面也發揮重要的作用，報道顯示多酚化合物有助于保護胰島細胞、促進胰島素分泌，從而調控血糖[49]；可參與機體脂肪代謝及腸道菌群調控并發揮降血脂作用[50]；也可有效調控骨髓間充質干細胞分化并預防骨質疏松[51]。因此，應借鑒多酚化合物研究中所發現的生理功能，開展廣泛的研究并揭示燕麥蒽酰胺在降血糖、調控血脂、骨質疏松防控及腸道菌群調節等方面的潛在作用，以期更全面深入地了解燕麥蒽酰胺的生理功能。而與燕麥蒽酰胺結構相近的藥物曲尼司特在治療哮喘和抗組胺分泌等方面效果顯著，最新研究也發現燕麥蒽酰胺在體內和體外均具有較好的抗過敏活性[52]，有望用于過敏人群的飲食治療，進而有助于開發抗過敏類的保健食品。因此，進一步全面、深入地研究并揭示燕麥蒽酰胺的生物學活性，將為含燕麥蒽酰胺的全谷物食品開發奠定良好的基礎，充分發掘其在預防和緩解高血糖、高血脂及骨質疏松等相關慢性疾病方面的重要潛在作用。此外，研究結構修飾或化學合成的燕麥蒽酰胺如二氫燕麥蒽酰胺、甲基化燕麥蒽酰胺等有利于拓展燕麥蒽酰胺的來源，為實現燕麥蒽酰胺的工業化生產及營養保健食品的開發利用奠定基礎。