原花青素的生物活性及作用机制研究进展.docx

1、原花青素的生物活性及作用机制研究进展原花青素的生物活性及作用机制研究进展国外医学卫生学分册2007年第34卷第5期?311?35362003,370(Pt3):987-993.NOGAAA,ZHAOY,VANCEDE.AnunexpectedrequirementforphosphatidylethanolamineN-methyltransferaseinthesecretionofverylowdensitylipoproteinsJ.JBiolChem,2002,277(44):42358-42365.KHARBANDAKK,MAI山ARDME,BALDWINCR,eta1.Betain

2、eattenuatesalcoholicsteatosisbyrestoringphosphatidylcholinegenerationviathephosphatidy-lethanolaminemeth)ltransferasepathwayJ.JHepatol,373820o7,46(2):314-321.KHARBANDAKK,R0GERSDD,MAILUARDME,eta1.AcomparisonoftheeffectsofbetaineandS-adenosylmethionineonethanol-inducedchangesinmethioninemetabolismands

3、teatosisinrathepatocytesJ.JNutr,20o5,135(3):519-524.S0NGJ,DAC0sTAKA,FISCHERLM,eta1.PolymorphismofthePEMTgeneandsusceptibilitytononalcoholicfattyliverdisease(NAFLD)J.FAsEBJ,2005.19(10):l266.1271.073原花青素的生物活性及作用机制研究进展步文磊综述王茵审校(浙江省医学科学院保健食品研究所,浙江杭州310013)摘要:葡萄中的原花青素是一种很强的抗氧化剂,具有抗脂质过氧化和清除自由基,降血压,降血脂,消炎,

4、抗肿瘤,预防心血管疾病以及抗辐射,抗衰老,抗疲劳等功效.本文综述了国内外有关葡萄来源的原花青素的生理功能研究进展.关键词:葡萄;原花青素;生物活性;作用机制中图分类号:R151.2文献标识码:A文章编号:1001.1226(20O7)05.0311-04葡萄是世界上产量最大的水果之一,年产量约为650o万吨,其中80%用于酿酒,13%作为鲜果食用,7%用于加工果汁及其它葡萄产品.我国葡萄年产量约有200多万吨,其中40%作为鲜果食用,4o%用于酿酒,20%用于加工葡萄干,果汁等制品.葡萄中含有大量以植物多酚为主的生物活性物质,如自黎芦醇,酚酸,黄酮,儿茶素,表儿茶素,原花青素等,具有抗脂质过氧

5、化和清除自由基,保护心血管和预防高血压,抗肿瘤,抗辐射,抗衰老,抗疲劳等功效.其中研究最多的生物活性物质是原花青素(procyanidins,PC)O1原花青素的化学结构与性质原花青素是由不同数量的儿茶素,表儿茶素或没食子酸缩合而成,最简单的原花青素是儿茶素与表儿茶素形成的二聚体(见图1),还有三聚体,四聚收稿日期:2007.04.13;修回日期:2007.07.19作者简介:步文磊,男,硕士研究生,研究方向:营养与食品毒理学.审者简介:王茵,女,研究员,研究方向:营养与食品毒理学.图1.原花青素二聚体体等直至十聚体.根据聚合度的大小,通常将24聚体称为低聚原花青素(oligomersproc

6、yanidolic,OPc).将5聚体以上的称为高聚体(polymersprocyanidolic,PPc).OPC为水溶性物质(PPC水溶性较差),极易吸收,其清除自由基的能力与分子结构和聚合度有关.根据缩合键位的不同,可将原花青素寡聚物分为A,B,C,T,D等几类,如葡萄籽中原花青素主要是B型,C型和T型.二聚体在各类原花青素中分布最广,抗氧化活性最强,是最重要的一类.二聚体中,因2个单体的构象或缩合键位的不同有多种异构体,已分离鉴定的8种异构体命名为B1一B8,其中B1一B4由C4一C8键合,B5B8由C4C6键合.?312?国外医学卫生学分册2007年第34卷第5期原花青素分子中具有多

7、电子的羟基部分,8个酚羟基(儿茶素)均与双键共轭,为氢原子的供体,且芳环上的共轭双键使电子在分子中稳定,2个脂肪族羟基使其具有良好水溶性,正是这些分子结构特点使其具有良好的清除自由基和抗氧化的活性.2原花青素的生物活性2.l清除自由基和抗氧化活性原花青素含有大量的活性酚羟基,是氢的供体,能有效清除多种活性氧自由基,具有极强的抗氧化活性.Bagchi等研究了原花青素对超氧阴离子的清除能力,发现原花青素对氧自由基具有浓度依赖性的抑制作用,是比维生素C和维生素E更有效的自由基清除剂.卟啉醇肉豆蔻酸乙酸酯(PMA)是一种致癌物质,其致癌机制主要通过诱导机体产生氧化应激引发肿瘤.Lu等研究发现原花青素对

8、PMA诱导的氧化应激具有很强的拮抗作用.其可以阻止PMA诱导产生的多形核白细胞释放H,O,以及抑制NIH3T3细胞氧呼吸爆发的活性.同时,该实验还证明原花青素能保护由PMA诱导的肝脏中线粒体的脂质过氧化反应.以上试验结果提示原花青素是良好的天然抗氧化剂,通过清除体内过多的自由基,抑制脂质过氧化,维持体内自由基和抗氧化酶之间的平衡,与体内各种抗氧化酶共同维持机体的稳态,从而预防由于自由基或脂质过氧化造成的各种疾病.比如疲劳,辐射损伤,细胞衰老等都与自由基损伤有关,原花青素同样可以发挥抗疲劳,抗辐射损伤,抗衰老等作用.2,2预防心血管疾病作用动脉粥样硬化是一种进展性,系统性疾病,与生命早期的生活方

9、式密切相关,通常经过相当长的时间后方出现临床症状,有些患者也可长期处于无症状状态.动脉粥样硬化斑快的形成和破裂是一个相当复杂的过程.Bas等研究表明原花青素通过降低血浆甘油三脂(TG),游离脂肪酸(FFA),载脂蛋白B(apoB),低密度脂蛋白胆固醇(LDL),载脂蛋白A,C工,C的水平,同时升高高密度脂蛋白胆固醇(HDL),肝脏小异聚体mRNA(SHP),7-a胆固醇羟化酶(CYP7.a),胆固醇生物合成酶水平,以及肌肉和脂肪中韵脂蛋白脂肪酶mRNA的水平,从而降低动脉粥样硬化形成的危险,发挥降低冠状动脉疾病的作用.该实验中原花青素处理组与对照组相比,TG,FFA下降了50%左右,apoB下

10、降了6o%,LDL及apoAlI,C工,Cm和HDL与对照组相比也均有统计学显着性差异(P<0.05),SHP,CYP7.a,胆固醇生物合成酶,肌肉和脂肪中的脂蛋白脂肪酶mRNA分别比对照组增加了3.0,2.4,1.5,1.57和0.57倍,有力地证明了原花青素的预防心血管作用.体外实验观察到,缺血再灌注时产生的氧自由基可损伤心肌细胞,造成室性心动过速或者室性纤维颤动性缺血型心脏病.其主要是由于氧自由基使心肌受损伤和抗氧化系统功能的降低.等研究表明,原花青素能够拮抗氧自由基的氧化损伤,它并不是直接结合在心肌上,而是其分子中的羟基沉积于心肌表面,发挥长期抗氧自由基的作用;同时原花青素还能增

11、加氧化物酶对底物的亲和力,并增加还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)与细胞色素P450之间的电子传递率,通过这种机制抵抗由缺血再灌注引起的胞内钙离子超载,降低胞内钙离子浓度,从而达到保护和修复由缺血再灌注造成的心肌损伤.以上说明原花青素主要是通过抑制动脉粥样硬化的形成,降低心肌缺血产生的自由基对心肌造成的损伤,以及增强心肌细胞的活力和对心肌细胞的保护发挥预防心血管疾病的作用.2.3抗高血糖作用无论是工型还是型糖尿病,高血糖是其典型特征.而降低血糖能延缓糖尿病并发症的出现.目前对降低血糖所涉及的分子结构和信号传导通路的研究已经取得明显进展.胰岛素是降低血糖的最有效的物质,其通过与细胞表面

12、的胰岛素受体结合,启动胞内酪氨酸激酶并激活磷脂酰肌醇.3(PI3K),而PI3K进一步激活葡萄糖转运体-4(GLUT-4)从而达到降低血糖的效果.但是也有人提出另一个信号通路的假设,即不依赖于PI3K,而是直接与胰岛素相关的GLUT.4f,2,J.Pinent等研究发现,原花青素处理组大鼠喂饲1h后血浆中葡萄糖浓度显着低于对照组,而禁食后7h,处理组大鼠血浆中葡萄糖浓度略低于对照组,说明原花青素抗高血糖的作用主要是通过在肠道内延缓葡萄糖的吸收以及对胰岛素敏感组织发挥胰岛素样的作用而达到的.WahnerLaw等n提出,原花青素具有的胰岛素样作用是通过其氧化还原状态的改变影响胰岛素信号系国外医学卫

13、生学分册2007年第34卷第5期?313?统中胞内某些介质的功能状态,进而促进肝细胞摄取葡萄糖,增加肝糖原的合成,降低血糖浓度而起到抗高血糖的作用.因此,原花青素主要是通过增强胰岛素降血糖的效果来发挥抗高血糖作用的,其本身并不具备直接降血糖的作用.另外,其是否能诱导胰岛素基因表达增加尚不明确,需要进一步的试验验证.2.4抗肿瘤作用2.4.1抗乳腺癌作用正常来源的上皮或内皮细胞如果失去基质的支持,会发生程序性死亡,称之为脱落凋亡.脱落凋亡的意义在于防止脱落的细胞种植于其他部位继续生长.研究发现,很多肿瘤细胞从瘤体上脱落后并不发生凋亡,尤其是容易发生转移的恶性肿瘤细胞,而是迁徙到其他部位再次生长.

14、这种存在于某些肿瘤细胞的抗脱落凋亡现象,被认为是转移瘤发生的重要原因之一.韩炯等”刮研究发现,原花青素对乳腺癌细胞MCF.7细胞具有诱导脱落凋亡的作用.在悬浮培养的乳腺癌MCF.7细胞中加入终浓度为0.1mmol/L的原花青素,可见到多数细胞失去了聚集成细胞团的能力,表现为单个散在分布,发生这一现象可能与肿瘤细胞黏附分子表达水平下降有关.而细胞之间相互聚集似乎正是肿瘤细胞在悬浮培养时与正常上皮细胞相区别的形态学特征之一.这一特性的失去可能是原花青素诱导悬浮培养乳腺癌细胞发生凋亡的作用机制之一.原花青素诱导乳腺癌MCF.7细胞脱落凋亡作用还表现在使细胞染色质DNA断裂,琼脂糖凝胶电泳呈现特性的D

15、NAladder以及在软琼脂中形成集落的能力显着下降.这些结果均提示原花青素可直接诱导肿瘤细胞发生脱落凋亡.已经证明雌激素在乳腺癌的进展中发挥着重要作用,60%的经期和75%的绝经期乳腺癌都是雌激素依赖型的.芳香化酶(aromatase)属于细胞色素P450酶系,是一种能够使雄激素转换为雌激素的酶.研究表明,在乳腺癌患者的肿瘤组织以及周围的基质中,芳香化酶高度表达n.Eng等n的研究结果表明,原花青素能够抑制芳香化酶的活性,降低雄激素转换为雌激素的量,从而达到抗乳腺癌的作用.他们用酶动力学分析发现原花青素与已知芳香酶抑制剂氨鲁米特作用相似,与底物竞争活性位点;用芳香酶定向诱变实验改变芳香酶活性

16、位点氨基酸(Asp.309,Thr.310,Ser-478和His.480),表明原花青素确实是竞争性抑制了芳香酶的活性,也表明这几个氨基酸参与了芳香酶与原花青素的交互作用.用注射乳腺癌MCF.7细胞的无胸腺BALB/c.1la.nu小鼠做体内实验,与对照组相比原花青素可明显抑制肿瘤的生长,且剂量越高抑制程度越明显,差异都有统计学意义(P<0.05).2.4.2抗前列腺癌作用金属球蛋白(MMP)可使前列腺癌的癌细胞更容易浸入和转移.生长因子可以诱导MMP表达,其主要是通过有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)信号传导系统,使得信号传人核内,与核内的基因的相关区域结合,刺激该基因表达出MMP.

17、Vayalil等的实验结果证明,原花青素可以阻止生长因子通过MAPK系统诱导表达MMP的途径而起到抗前列腺癌的作用.同时他们还用原花青素作用于前列腺癌的DU145细胞,发现原花青素也可以阻止细胞外信号调控激酶1/2(ERKI/2)和P38两条信号传导系统,这两条信号传导系统都可以独立地诱导MMP表达.由此看来原花青素也可能是通过这两条途径达到抗前列腺癌的作用.该实验还证明原花青素对激素依赖型的和非依赖型的前列腺癌都具有抑制作用.2.4.3促肿瘤细胞凋亡Hu等观察到原花青素可以通过诱导肿瘤细胞凋亡而又不损害正常细胞起到抗急性髓性白血病的作用.有两种途径可以引起细胞凋亡:一是由死亡受体介导的,被称

18、作外部途径;另一个是由线粒体介导的,被称作内部途径.Hu等证实原花青素在急性髓性白血病(AML14.3D10)细胞中是通过内部途径引起肿瘤细胞凋亡的,可能与线粒体膜孔通道的打开以及线粒体膜两侧的电势的改变有关,而这些改变可以使细胞色素酶C从线粒体内释放出来进入胞质内,激活半胱天氡酶(easpase).半胱天氡酶是使细胞凋亡的主要执行者,已有大量数据证明,哺乳动物中最主要的凋亡效应因子是半胱天氡酶.细胞凋亡是一个由启动子,各种效应因子和抑制因子参与的复杂的蛋白酶级联反应过程,传统上将细胞凋亡蛋白酶级联过程分成信号引发,调控执行以及结构改变3个阶段.正常的p53可以抑制肿瘤的生长,其主要是通过p5

19、3表达的蛋白起作用,如Bax蛋白,属于Bc1.2家族,但是p53易于发生突变而失去对肿瘤的抑制?314?国外医学卫生学分册2007年第34卷第5期作用】.Roy等研究JB6C141细胞时发现,原花青素的抗肿瘤作用主要是通过抑癌基因p53途径.原花青素可以增加p53表达,主要是增加Bax蛋白表达,同时降低Bc1.2和Bc1.xl蛋白的表达;Bax蛋白主要促进肿瘤细胞的凋亡,Bc1.2和Bc1.xl主要抑制肿瘤细胞的凋亡,促进肿瘤的生长,Bax/Bcl的比例大小在肿瘤生长中起着非常关键的作用.原花青素可以增加Bax/Bcl的比例,促进细胞色素酶C从线粒体内释放人胞质内,进而激活凋亡蛋白活性因子-1

20、(Apaf-1)以及半胱天氡酶.9(caspase.9),最终激活caspase.3,引起细胞凋亡,从而达到抗肿瘤的作用.目前对原花青素抗肿瘤的机制较为清楚,其主要是通过增强机体本身存在的抗肿瘤系统,抑制促肿瘤生长系统以及诱导p53等抑癌基因的表达,促进肿瘤细胞的凋亡等机制发挥抗肿瘤作用,而其本身并不能直接杀伤肿瘤细胞.但是对于原花青素以什么样的形式以及通过什么样的信号传导途径把抗肿瘤生长信号传人胞内诱导抑癌基因表达,促进肿瘤细胞凋亡,从而发挥抗肿瘤作用的机制尚不清楚.3结语综上所述,所有这些研究主要围绕葡萄中原花青素的各种生物活性展开,对其具体的作用机制进行研究.虽然现在对原花青素作用机制的

21、研究已经具有了一定的规模,但是对其发挥生理功能活性所涉及的分子结构,信号通道以及酶的认识还仅仅停留在假说阶段,多数作用机制还没有足够的证据,更没有统一的认识.为了更好的开发和利用原花青素,需要进一步加深对其作用机制的探讨和研究,找出原花青素发挥生理功效时具体过程所涉及的各种酶,大分子活性物质,靶器官,受体,分子信号传导途径以及原花青素对各种酶和受体基因等有无调节作用以及如何调节,使对原花青素的应用更直接,更准确,更有效,以便发挥更大的医学作用,为保护人们的身体健康做出更大的贡献.参考文献:1李春阳,许时婴,王璋.从葡萄废弃物中提取分离多酚类生物活性物质J.食品科技,2004,6:88.92.2

22、BOGSJ,DOWNEYMO,HARVEVJs,eta1.ProanthocyanidinsynthesisandexpressionofgenesencodingleueoanthocyanidinreductaseandanthoeyanidinreductaseindevelopinggrapeberriesandgrapevineleavesJ.PlantPhysiol,2005,139:652.663.3JKONDOK,UCHIIR,T0KUTAKES,eta1.Polymericgrapeseedprocyanidins,butnotmonomenccatechinsandolig

23、omericprocyanidins,impairdegranulationandmembmnerufflinginRBL-2H3cellsJ.BioMedChem,20o6.14:641.649.4BAGCHID,GARGA,KMHNRL,eta1.OxygenfreeradicalscavengingabilitiesofvitaminC.andvitaminE,andagrapeseedproanthocyanidinsextractinvitroJ.ResCommunMolPatholPharmacol,1997,95(2):179.189.5JLUY,ZHAOWZ,CHANGZ,et

24、a1.Procyanidinsfromgrapeseedsprotectagainstphorbolester-inducedoxidativecellularandgenotoxicdamageJ.ActaPharmacolSin,2004,25(8):1083.1089.【6JZAMANAG,HELFrrG,WORTHLEYSG,eta1.The-roleofplaqueruptureandthrombosisincoronaryarterydiseaseJ.Atheroscler,2OOO,149(2):251-266.【7JBASJMD,FEMANDEZ-LARREAJ,BLAYM,e

25、t丑l.GrapeseedprocyanidinsimproveatheroscleroticriskindexandinduceliverCYP7A1andSHPexpression;inhealthyrats【JJ.FAsEBJExpressArticle,20o5,10:lo96?3095.8GELVAND,SALTMAN.P,POWELLSR.CardiacreperfusiondamagepreventedbyanitroxidefreeradicalJ.ProcNailAcadSciUSA,1991,88:46804684.【9JPATAKIT,BAKI,KOVACSP.Grape

26、seedproanthocyanidinsimprovedcardiacrecoveryduringreperfusionafterischemiainisolatedratheartsJ.AmJ,ClinNutr,2002,75:894-899.【10JLANGEK.RegulationofglucoseuptakeindifferentiatedcellsJJ.FrontBiosci,20o1,6:1)630?D359.11ZJERATHJR.WALLBERG-HENRIKSSONH.”Fromreceptortoeffector:insulinsignaltransductioninsk

27、eletalmusclefromtypeIIdiabeticpatientsJ,AnnNYAcadSci,20o2,967:120134.12KHANAH,PEsSINJE.Insulinregulationofgluc08euptake:acomplexinterplayofintraceUularsignallingpathwaysJ.Diab,2002,45:1475?1483.13SIMPSONF,WHITEHEADJ,JAMESD.GLUT4:attheCroSSroadsbetweenmembranetraffickingandig,uatransductionJ.rra伍c,20

28、o1,2:2-l1.14PINENTM,BLAYM,BLADEM.C,eta1.Grapeseed-derivedprocyanidinshaveanantihyperglyeemiceffectinstreptozotocin-induceddiabeticratsandinsulinomimeticactivityininsulin-sensitivecelllinesJ.Endoerinol,2004,145(11):4985.4990.国外医学卫生学分册2007年第34卷第5期?315?151617墙192021WAL1NELAWME,WANGXL,LAWBK,eta1.Epigall

29、ocatechingallate,aconstituentofgreentea,represseshepaticshcoseproductionJ.BiolChem,2002,277:3493334940.韩炯,李莹,刘新平,等.葡萄籽提取物原花青素诱导乳腺癌MCF一7细胞脱落凋亡J.中草药,2003,34(8):722725.SENCK.BAGCHID.RegulationofinducibleadhesionmoleculeexpressioninhumanendothelialcellsbygrapeseedproanthocyanidinextractJ.MolCellBinchem,

30、2001,216(1-2):1-7.LUQ,NAKMURAJ,SAVINOVA,eta1.ExpressionofaromataseproteinandmessengerribonucleicacidintumorepithelialcelsandevidenceoffunctionalsignificanceoflocallyproducedestrogeninhumanbreastcancersJJ.Endocrinol,1996,137:30613068.ENGE,YEJJ,WILLIAMSD,eta1.SuppressionofestrogenbiosynthesisbyprocyanidindimeminredwineandgrapeseedsJJ.CancerRes,2003,63:85168522.WEs1RMARCKJ.KAHARIVM.RegulationofmatrixmetalloproteinaseexpressionintumorinvasionJ.FASEBJ,1999,l3:781792.VAYALILPK,M