黑果腺肋花楸花色苷研究進展

蔣欣琪,張悅健,李騰騰,王哲義,王饒穎,盧 濤

(北京中醫(yī)藥大學 生命科學學院,北京 100029)

黑果腺肋花楸(Aroniamelanocarpa(Michx.)Ell.),簡稱黑果,別名不老莓,是薔薇科腺肋花楸屬多年生落葉灌木,原產(chǎn)于北美、歐洲等地,天然分布于北美大湖區(qū)東北部,對土壤、氣候適應性極強。研究表明,黑果腺肋花楸中富含生理活性物質(zhì),如花色苷、黃酮類、花青素、胡蘿卜素等物質(zhì)[1]。黑果于20世紀90年代引入中國,是一種具有生態(tài)性、食用性與藥用性的經(jīng)濟樹種。

花色苷是一類由花色素與糖以糖苷鍵形式結(jié)合而成的化合物,廣泛存在于不同植物的花、果實和葉的細胞液中,在黑果中含量最高[2],約占其多酚類化合物總量的26%。花色苷具有多種生物活性,包括抗氧化[3]、抗癌[4]、抑菌[5],抗炎[6]等;還被廣泛應用于預防和治療心血管疾病[7]、糖尿病[8],可增強人體免疫系統(tǒng)功能等,其目前的提取技術(shù)已較為成熟,工藝多樣化、操作簡便、提取率較高,為進一步開發(fā)黑果花色苷提供了技術(shù)保障。綜上,本研究先整體綜述了黑果腺肋花楸的活性成分,再從提取工藝、生理功能與醫(yī)用研究三個角度,結(jié)合近年來國內(nèi)外對黑果有效成分花色苷的最新研究成果,重點闡述黑果花色苷的研究進展。

1 黑果腺肋花楸的主要成分

1.1 營養(yǎng)成分

黑果腺肋花楸的營養(yǎng)成分包括蛋白質(zhì)、各種維生素、磷脂質(zhì)、碳水化合物、膳食纖維、微量元素和礦物質(zhì)(碘、鉀、鈣、錳、銅、硼、鐵、鋅、鎂)等[9]。

1.2 有效成分

黑果腺肋花楸的有效成分主要是總酚類化合物,如原花青素、花色苷、花青素等。通過查閱文獻可知,黑果腺肋花楸中有效物質(zhì)的含量明顯高于黑莓、覆盆子、黑加侖子等水果[10-11]。

1.2.1 原花青素 原花青素是植物中廣泛存在的一大類多酚類化合物的總稱,由一定量的兒茶素和表兒茶素微粒結(jié)合而成。原花青素是黑果口味酸澀、呈色偏黑的關(guān)鍵成分,大約占總酚含量的66%[9],通過植物實驗研究發(fā)現(xiàn)[12],原花青素主要存在于黑果果肉、皮、核中,其中果渣中原花青素的含量最高,達 8 192mg/100g,且種類豐富[13]。原花青素具有很強的抗氧化作用,是一種新型高效抗氧化劑[9]。

1.2.2 花色苷 花色苷由花色素和糖以糖苷鍵的形式結(jié)合構(gòu)成,為紅色的水溶性色素,屬于類黃酮。從植物細胞液中提取花色苷是最主要的獲得方式,占比可達黑果酚類化合物的26%左右[2]。花色苷的母核結(jié)構(gòu)為2-苯基-苯并吡喃,研究者對花色苷的結(jié)構(gòu)修飾研究主要集中在母核結(jié)構(gòu)的羥基化、甲氧基化、酰基化和酯基化。其中羥基化使花色苷活性更強,但會降低其穩(wěn)定性;甲氧基化、酯基化和酰基化也能增強其穩(wěn)定性[14-15]。研究發(fā)現(xiàn),黑果果實中所含的花色苷有4 種,分別為矢車菊素-3-半乳糖苷(68.68%)、矢車菊素-3-阿拉伯糖苷(25.62%)、矢車菊素-3-木糖苷(0.42%)和矢車菊素-3-葡萄糖苷(5.28%)[16],均具有清除體內(nèi)自由基、增殖葉黃素、抗突變、預防高血壓的作用[17]。其中,清除自由基的功能主要與其分子中的羥基有關(guān)。此外,花色苷還可以增強夜視能力[11],加之其安全、無毒,目前已在保健品、化妝品、醫(yī)藥品等行業(yè)廣泛應用[9]。

1.2.3 花青素 花青素是花色苷水解得到的有色苷元,在黑果中含量豐富,約占其總酚類的25%[9]。花青素也是水果、蔬菜、花卉中的主要顯色成分,花青素不僅能抗氧化,還能降低酶的活性,抵抗突變,不但可以作為營養(yǎng)添加劑,而且可以代替苯甲酸作為防腐劑,符合現(xiàn)代社會對于天然、安全、健康的要求[9]。

1.3 其他成分

黑果中黃酮具有抗疲勞、維持身體多個系統(tǒng)的健康作用[18];類黃酮、兒茶酚具有抗氧化、抗輻射和抗突變作用[19];甾醇類化合物具有調(diào)控脂肪代謝作用[20]。綜上,黑果腺肋花楸的主要成分物質(zhì)含量豐富,具有顯著的保健功效。而且,黑果中花色苷在已知植物中含量最高,是葡萄的100倍、香蕉的1 500倍[21],具有抗腫瘤、抗感染、抗疲勞、抗氧化、視覺保護、免疫調(diào)節(jié)、降血脂等多種功效[22-23],具有很大的藥用開發(fā)價值。

2 花色苷的提取工藝

通過文獻調(diào)查可知,目前黑果花色苷的提取技術(shù)較為成熟,工藝多樣化(表1)。常見的提取方法有酸輔助提取法、熱水提取法、超聲波輔助提取法、酶輔助提取法等。在這些方法中,酸輔助提取法提取便捷且提取率較普通水提法更高[24]。酶輔助提取法步驟繁瑣,但耗能低、提取率較高且用量少[25]。此外,酶輔助提取法的提取率與酶的類型、pH值相關(guān),劉清偉等[26]研究比較了蝸牛酶、纖維素酶、果膠酶在不同pH條件下對花色苷提取率的影響,結(jié)果表明pH值為6.8時最適于花色苷的提取,含量達6.64mg/g。超聲波輔助提取法是近年發(fā)展起來的一項新技術(shù),其具有提高效率與產(chǎn)品純度、節(jié)約成本等優(yōu)點[27-28]。

表1 黑果腺肋花楸花色苷不同提取方法及效果

3 花色苷的生理功能

通過檢索中英文數(shù)據(jù)庫并分析相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn),黑果花色苷在臨床應用中表現(xiàn)出多種生理活性,如抗氧化、抗炎等,并能有效防治多種慢性疾病。根據(jù)文獻調(diào)研,運用Cytoscape 3.7.2軟件繪制“花色苷-生理功能-醫(yī)學疾病”關(guān)系圖(圖1),圖中紅色矩形表示花色苷,綠色圓形表征生理功能,黃色圓形表征醫(yī)學疾病,圓形大小表示報道花色苷與該生理功能/醫(yī)學疾病的文獻數(shù)目,數(shù)目越多,圓形越大。通過分析發(fā)現(xiàn),黑果黃色苷在抗氧化(抗衰老)中研究富集,一定程度上提示其具有較強的抗氧化、抗衰老作用[3];在醫(yī)學疾病方面,研究花色苷對肝病、癌癥、糖尿病防治效果的文獻較多,對胃腸道等疾病研究較少,有待加強。

圖1 “花色苷-生理功能-醫(yī)學疾病”關(guān)系

3.1 抗氧化和抗衰老作用

中國科學院心理研究所統(tǒng)計結(jié)果顯示[32],中國亞健康人群比例高達76%,而亞健康狀態(tài)的起因與活性氧、自由基的效應密切相關(guān);同時,我國老齡化嚴重,2019年底,65周歲及以上人口已達1.76億,媒體上20歲即開始衰老、80后集體早衰的話題不斷涌現(xiàn)。

黑果富含多酚類化合物,特別是花色苷,具有去除ABTS自由基的能力[3],賦予了黑果較大的抗氧化活性和抗衰老特性[6],提示黑果在抗衰老行業(yè)有巨大的市場空間。MARIE等[33]的體內(nèi)試驗表明,黑果花色苷可以作為自由基清除劑,抑制促氧化酶的活性。鄭麗娜等[34]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可以在一定程度上延長氧化損傷下果蠅的存活時間,這一現(xiàn)象得益于超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的抗氧化活性。有研究發(fā)現(xiàn),相較于谷胱甘肽、丙二醛,花色苷可以使小鼠肝臟組織的SOD活性顯著上升[35]。此外,GOUPY等[36]通過比較酚基吡喃花色苷衍生物和Vitisin A類衍生物對自由基的清除能力,結(jié)果發(fā)現(xiàn)酚基吡喃花色苷具有更強的抑制作用[37],不同結(jié)構(gòu)的黑果花色苷具有不同的抗氧化活性[38]。

3.2 抗炎和抑菌作用

隨著現(xiàn)代化的快速發(fā)展和生活方式的改變,炎癥疾病已成為影響人類生活健康的一大威脅,也是全球研究熱點與突破難點。炎癥的產(chǎn)生伴發(fā)組胺的釋放,繼而誘發(fā)許多疾病,而花色苷可通過抑制產(chǎn)生組胺所需的酶,從上游阻斷組胺生成,減輕炎癥反應[36]。APPEL等[6]和BOTTING等[39]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷衍生物可通過抑制人外周血單核細胞分泌因子,顯著降低人血管內(nèi)皮細胞中的促炎細胞因子,進而降低腫瘤細胞的存活率,并提高機體的抗炎作用。綜上,黑果花色苷具有減緩炎癥疾病的功效。

同時,黑果花色苷還具有顯著的抑菌作用。苗妙等[5]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷對產(chǎn)氣腸桿菌、脂環(huán)酸芽孢桿菌、陰溝腸桿菌、枯草芽孢桿菌均具有較好的抑菌活性。LIEPINA等[40]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷對引起尿路感染的細菌也有一定的抗菌作用。另外,HANDELAND等[41]通過抑菌性實驗,發(fā)現(xiàn)黑果花色苷對菌種的抑菌效能隨花色苷的濃度增加而升高,可通過增加黑果花色苷的攝入量,增強對尿路感染患者的抗菌干預,發(fā)揮其較強的抗炎作用[36]。這些研究表明,黑果花色苷具有預防和治療由細菌引起的炎癥類疾病的潛能。

3.3 保護神經(jīng)作用

神經(jīng)系統(tǒng)是機體內(nèi)起主導作用的系統(tǒng),可分為中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)兩大部分。神經(jīng)系統(tǒng)通過突觸、神經(jīng)遞質(zhì)等傳遞信息,進而調(diào)控內(nèi)部器官的活動[18]。通過對內(nèi)科類疾病進行研究,發(fā)現(xiàn)保護神經(jīng)可以降低糖尿病患者產(chǎn)生并發(fā)癥的風險[8]。有研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可使老鼠垂直運動增加,通過補充黑果花色苷,可增加海馬體中乙酰膽堿酯酶的活性,還可以通過增加海馬穿通神經(jīng)纖維的密度來保護神經(jīng)[42]。黑果花色苷可增強老年大鼠學習能力,改善其運動功能[18]。因而,保護神經(jīng)調(diào)節(jié)對改善機體功能顯得尤為重要。

3.4 保肝明目作用

《素問·金匱真言論》曰:“肝開竅于目,肝生血氣,人身之本。”[38]而黑果花色苷可從肝入手,整體同調(diào),防治肝病,明目通睛。YANG等[43]通過臨床試驗研究黑果花色苷對肝纖維化的作用機制,發(fā)現(xiàn)黑果花色苷可促進肝臟代謝,防止酒精攝入過量后引發(fā)的酒精性肝硬化。英國學者研究發(fā)現(xiàn),肥胖小鼠口服黑果果汁連續(xù)6周后,其體內(nèi)固醇結(jié)構(gòu)蛋白、乙酰輔酶A羧化酶和脂肪酸合酶mRNA的活性都得到了一定的提升[9]。此外,有文獻報道顯示,花色苷具有保護視力,改善夜間視力和改善青光眼的視網(wǎng)膜血液流動等功效[11]。陳珊珊等[44]通過體外細胞實驗研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷能從細胞凋亡、抗氧化等方面,保護人視網(wǎng)膜色素上皮細胞。

3.5 其他作用

除了以上功效,黑果花色苷還具有抗疲勞、抗輻射等作用。李瑞芳[18]給予實驗小鼠黑果花色苷,結(jié)果小鼠疲勞游泳時間明顯延長,且濃度越高,效果越明顯,與未灌胃黑果組相比,黑果花色苷組血乳酸含量明顯降低,說明黑果中花色苷具有抗運動性疲勞的作用。對于抗輻射功能,張永祥等[45]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可提高輻射后皮膚成纖維細胞的存活率,降低細胞內(nèi)ROS的含量和MMP-1的分泌水平,具有較好的抗紫外線能力。

4 花色苷的醫(yī)用研究

4.1 預防和治療心腦血管疾病

心腦血管疾病是一種嚴重威脅人類健康的常見病,中國心腦血管病研究報告顯示,心腦血管疾病死亡率居首位,全球每年死于該病的人數(shù)高達1 500萬[9]。抗心血管疾病流行病學研究表明,花色苷的攝入可顯著降低心血管疾病死亡率[7],花色苷具有防止 DNA損傷、避免脂質(zhì)過氧化、通透毛細血管、恢復血管彈性等功效。

目前,PARZONKO等[46]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可通過激活Nrf 2轉(zhuǎn)錄因子及 HO-1因子的表達,使其黏附纖連蛋白,在體外的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶Ⅱ電位降低,從而保護內(nèi)皮細胞。黑果花色苷還有助于降血脂、改善胰島素抵抗、改善動脈血管硬度并促進血管內(nèi)皮舒張,KIM等[47]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷會使Akt和eNOS發(fā)生氧化磷酸化反應,并且通過抑制血管活性前列腺素的形成,以及內(nèi)皮衍生的超極化因子介導反應,從而起到松弛作用。黑果花色苷還可以降低高血壓、高膽固醇血癥、糖尿病患者和吸煙者的血小板超氧化物陰離子的產(chǎn)生率[48]。MALINOWSKA等[49]通過體外誘發(fā)半胱氨酸的模型研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷可使體外凝血時間變長,從而抑制血小板聚集、凝血酶誘發(fā)的纖維蛋白原聚合,可降低纖維蛋白聚合的最大速度并穩(wěn)定健康人血漿中纖維蛋白的形成。既往研究報道提示[16],黑果花色苷可有效阻止疾病的進一步發(fā)展,對動脈粥樣硬化和血管損傷導致的膽固醇沉積有一定的預防和治療作用。

4.2 預防和治療癌癥

2020年2月,世界衛(wèi)生組織公布了一組數(shù)據(jù):全球每年新發(fā)癌癥病例1 600多萬。因癌癥造成的死亡人數(shù)不斷增加,癌癥防治已成為我國的重要公共衛(wèi)生問題。最新研究表明[4],花色苷在細胞實驗中被證實具有促癌細胞凋亡的效應——Cy-3-rut可誘導白血病細胞凋亡。KATARINA等[50]研究發(fā)現(xiàn),黑果花色苷對子宮癌、胎記瘤和慢性粒細胞性白血病有一定的抑制作用。還有研究發(fā)現(xiàn),在化療周期中添加黑果提取物健康營養(yǎng)補充劑,可以提高藥物治療胰腺癌的療效[51],特別適用于難以治愈的癌癥。王化等[52]通過MTT比色法初步考察了花色苷對人胃癌細胞的影響,結(jié)果表明其中兩種花色苷成分均能有效抑制癌細胞的增殖。

此外,黑果花色苷的抗癌特性對人體結(jié)腸癌Caco-2細胞增殖具有非常顯著的抑制作用,MALIK等[53]研究了黑果花色苷對人結(jié)腸癌細胞周期的阻斷作用,結(jié)果提示,黑果花色苷對癌細胞的抑制作用是通過抑制其生長完成的,而不是通過細胞毒性作用來完成的。LING等[54]研究花色苷在黑果中的作用,發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控Ca2+穩(wěn)態(tài)和凋亡相關(guān)基因,可以抑制線粒體功能障礙,保護SH-SY5Y細胞免受Ca2+引起的凋亡。但目前花色苷在人體內(nèi)究竟如何吸收、代謝,其機理尚不明確。

4.3 預防和治療糖尿病

目前,糖尿病的發(fā)病率日益增長,預測到2025年糖尿病患者人數(shù)將增加至3億。已有研究證實[8],黑果花色苷的攝入可以增加葡萄糖代謝,降低高脂飲食動物的血糖濃度,降低患糖尿病的風險。體外實驗結(jié)果也表明,黑果花色苷代謝物可作為抗糖尿病藥物,預防糖尿病的發(fā)生[55]。BRONCEL等[17]研究發(fā)現(xiàn),針對糖尿病患者,通過服用黑果果汁,連續(xù)堅持2個月,可有效改善代謝綜合征患者體征,使其紅細胞抗氧化酶的活性提高,血壓降低,且不依賴于胰島素代謝。綜上,黑果制品為糖尿病類代謝性疾病的預防和治療提供了潛在的新方法。

4.4 預防和治療消化系統(tǒng)疾病

根據(jù)世界衛(wèi)生組織報告,胃腸道炎癥、消化性潰瘍等消化系統(tǒng)疾病是嚴重危害人類健康的全球性疾病,目前胃病和肝病造成的疾病負擔占所有疾病的十分之一[9]。根據(jù)最新研究顯示,經(jīng)常食用黑果產(chǎn)品還具有保護腸胃的作用[56]。黑果產(chǎn)品因其富含花色苷而具有減重功效,WANG等[20]研究發(fā)現(xiàn),利用黑果花色苷誘導HepG2細胞脂肪并建立NAFLD體外模型,由于花色苷與甘油三酯擁有B環(huán)(-OH)結(jié)合,可以減少脂肪在肝細胞內(nèi)的積累,改變油酸引起的非酒精性脂肪肝,導致活性氧的形成和甘油三酯在這些細胞中的積累減少。VALCHEVA等[57]研究證實黑果花色苷可以降低血漿和胃黏膜脂質(zhì)過氧化的生物標志物丙二醛水平,從而降低胃潰瘍的大小和發(fā)病率。

4.5 治療其他疾病

目前,關(guān)于黑果花色苷可能具有改善大腦生理功能的作用,已被研究證實,但具體機理尚不清楚[1]。有研究表明,攝入富含花色苷的食物和蔬菜,如黑果汁、葡萄汁[58],可以顯著改善大腦功能衰退[59],每日攝入適量的黑果果汁還可對阿爾茨海默病起到較好的預防作用[42]。EDWARD等[60]研究發(fā)現(xiàn),黑果中花色苷對維持人體血管動脈系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有積極作用。

5 結(jié)語

綜上所述,近年來,黑果腺肋花楸花色苷憑借其含量豐富、生理功能多樣等特點在食品與醫(yī)藥領域受到廣泛關(guān)注。隨著黑果花色苷的提取工藝、生理功能與醫(yī)用研究的不斷進展,其健康功能價值得到極大開發(fā)。已有證據(jù)表明,黑果花色苷具有抗氧化、抗炎、抗突變等多種生理功能,在醫(yī)學上,可以防治心血管疾病、癌癥,糖尿病等。然而,我國黑果產(chǎn)品開發(fā)尚處于初級階段,在提取工藝、加工技術(shù)、產(chǎn)品化等方面尚有不足,對花色苷生理活性的機理研究解釋也有待進一步深化,由于目前尚缺少針對黑果花色苷功效的臨床研究,難以將其推廣應用到市場。基于花色苷具有多種生理功能的特性,將來應考慮在升級優(yōu)化花色苷提取工藝的同時,加大對其基礎實驗和臨床試驗的研究力度,開發(fā)出市場更能夠接受的產(chǎn)品,從而使其在食品、保健品領域發(fā)揮更大的潛力和價值。隨著人們對黑果花色苷生理活性與代謝途徑的深入研究,黑果花色苷有望作為保健品,為改善人類亞健康狀態(tài)和防治慢性疾病作出更大的貢獻。