黑米花青苷药理学作用研究进展

王艳龙，陈　进，韩　豪，李新生*，黄　重，张选明，沙志鸿

(1.陕西省水稻研究所，陕西汉中723000；2.汉中市农业科学研究所，陕西汉中723000；3.陕西省资源生物重点实验室，陕西汉中723000)



黑米花青苷药理学作用研究进展

王艳龙1,2，陈进1,2，韩豪3，李新生3*，黄重1,2，张选明1,2，沙志鸿1,2

(1.陕西省水稻研究所，陕西汉中723000；2.汉中市农业科学研究所，陕西汉中723000；3.陕西省资源生物重点实验室，陕西汉中723000)

黑米花青苷是一类重要的生物活性物质，具有多种重要生理功能和独特的营养特性，可广泛应用于食品、保健品、化妆品、医药等行业。本文对黑米花青苷的结构和组分进行了研究，并对黑米花青苷的抗氧化、保肝护肝、抗血脂、抗癌、减肥等药理学作用进行了论述，最后对黑米花青苷的研究和应用发展趋势进行了评述。

黑米；花青苷；药理学作用

花青苷(Anthocyanin)是花青啶在自然状态下与各种糖苷结合形成的以2-苯基苯并吡喃阳离子结构为骨架的天然黄酮多酚类化合物，是植物次生代谢的产物，广泛分布于植物的花、果实、根、茎、叶器官的细胞液中，是自然界绚丽色彩的主要来源，对人体具有清除体内自由基、抗肿瘤、抗癌、抗炎、抑制脂质过氧化、抑制血小板凝集、预防糖尿病、减肥和保护视力等生理活性作用。

黑米花青苷是花青苷类物质中的重要一类。随着人们自我保健意识的不断增强，黑米的营养价值，特别是黑米功能性成分——花青苷及其药理学作用，引起研究者、生产者和消费者的极大兴趣。为此，本文对黑米花青苷的结构和组分进行了分析，回顾了黑米花青苷的抗氧化、保肝护肝、抗血脂、抗癌、减肥等方面的最新研究成果，并对今后黑米花青苷的研究和应用方面的趋势进行了评述，以期更好地开发利用黑米这一珍贵的特种稻资源，更好地为人类的营养与健康服务。

1　黑米花青苷的结构和组分研究

1.1黑米花青苷的结构

黑米花青苷的结构同其他花青苷类似，其母核碳骨架结构都是由2-苯基苯并吡喃阳离子结构组成。花青苷易溶于水、甲醇、乙醇等极性溶剂，且易受光照、温度、pH值等因素的影响而发生结构变化。研究发现，随着pH值等因素改变，黑米花青苷的结构发生了变化，其特征吸收峰位置也相应地出现红移或蓝移现象[1]。在植物组织中黑米花青苷主要以糖苷形式存在，极少部分以苷元形式存在，糖基数目一般为1～3个，通常位于母核A、C环的3、5、7位和B环的3′、5′位，链接的糖基主要是D-葡萄糖、L-鼠李糖、D-半乳糖等。

1.2黑米花青苷的组分制备分析研究

目前文献报道的黑米花青苷主要组分有矢车菊素-3，5-二葡萄糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷、矢车菊素-3-鼠李糖苷、天竺葵-3，5-二葡萄糖苷、芍药素-3-葡萄糖苷、芍药素-3-阿拉伯糖苷、锦葵素-3-半乳糖苷等8种[2]。由于提取目的、提取材料、提取方法、纯化技术、检测设备等不同，市场流通的黑米中花青苷组分也因此有所不同。有研究采用VARIAN Prostar 210 HPLC型制备液相色谱仪对汉中产黑稻进行制备分析，结果表明，根据花青苷组分出峰时间的先后顺序不同，得到8个黑米花青苷组分样品，同时，采用液-质联用技术对8个组分样品进行分析检测，得到了14个可能的花青苷组分的相关技术参数[3]，该方法对黑米花青苷组分进一步分析、标准品的制备及其结构鉴定等工作具有重要的借鉴意义。

2　黑米花青苷药理学作用研究

2.1抗氧化作用

自由基具有强氧化性，可损害人体的组织和细胞，进而引起癌症、衰老及其他慢性疾病。人体自我呼吸及受外界环境因素影响，不断在体内产生自由基。花青苷类化合物是一类重要的天然抗氧化剂，可有效清除自由基对人体带来的伤害。王巧娥等采用溶剂萃取法将黑米花青苷粗提取物分成极性不同的4个组分，对其不同极性组分的抗氧化性强弱研究的结果表明，黑米花青苷的水可溶组分清除2,2-二苯基-1-苦味肼基自由基和羟基自由基的能力是最强的；进一步采用柱层析法对水可溶组分细分得到(C1～C5)5个组分，并对各组分清除DPPH自由基和羟基自由基的活性进行了分析，各组分抗氧化能力从大到小依次为：C2>C3>C4>C1>C5[4]。梁引库等研究了黑米花青苷对羟基自由基、超氧阴离子的抑制和其总抗氧化活性，认为黑米花青苷能有效清除自由基，具有良好的抗氧化作用，对羟基自由基、超氧阴离子的抑制和其总抗氧化活性随着样品浓度增高而增加[5]。刘琴等采用FRAP、DPPH和ORAC法对黑米花青苷抗氧化活性进行测定，结果显示在FRAP法与DPPH法测定中，黑米花青苷抗氧化性高于紫包菜花青苷，符合花青苷的构效关系，而ORAC法测定的结果则相反[6]。李晶晶研究发现黑米花青苷能够显著提高小鼠血清和肝脏的总抗氧化能力、抑制羟基自由基能力及总超氧化物歧化酶水平，并能够降低丙二醛含量，且抗氧化效果与其浓度呈剂量效应[7]。石娟等研究也表明黑米花青苷具有提高小白鼠体内的抗氧化作用[8]。从以上学者的研究结果可以看出，黑米花青苷具有抗氧化作用，其抗氧化作用能力与黑米花青苷的结构、组分、浓度密切相关[9-10]。抗氧化的机制在于其酚羟基提供氢原子、阻止体内脂肪的氧化、增强抗氧化酶活性，减少过氧化脂质含量、降低氧化应激水平[11]。临床上可通过适当引入外源性抗氧化剂，如安全无毒的黑米花青苷清除人体自由基，减缓或改善自由基引起的疾病。目前，黑米花青苷的抗氧化研究尚处于体外抗氧化试验和动物体内抗氧化试验研究并存阶段。

2.2保肝护肝作用

肝脏担负人体的重要生理功能，筛选保肝护肝药品、保健食品或食物具有十分重要的现实意义。目前已经发现黑米花青苷对肝损伤的预防和治疗具有一定作用。侯方丽研究黑米花青苷对四氯化碳(CCl4)诱导小鼠肝损伤的保护作用，结果表明黑米花青苷能改善肝细胞损伤，明显提高肝细胞的存活率，且浓度越高，效果越好，存在明显的剂量与效应关系，其机制可能是黑米花青苷能显著降低CCl4肝损伤小鼠的肝酶活性，减轻对肝组织病理学损伤[11]。路宏朝等研究黑米花青苷复方胶囊对实验性肝损伤的保护作用，结果表明黑米花青苷复方胶囊能显著提高肝组织中SOD活力，改善肝组织的纤维化，对CCl4肝损伤有一定防治作用，进一步研究发现黑米花青苷复方胶囊对酒精性肝损伤也有一定疗效[12-13]。此外，郝杰研究发现黑米花青苷对溴酸钾(KBrO3)诱导的氧化应激性肾毒性和拘束诱发的应激性肝毒性发挥保护作用[14]。

2.3抗血脂作用

高血脂症是由于基因缺陷、饮食不当、代谢紊乱等因素引起的血浆脂质高于正常水平的疾病。脂肪代谢紊乱或运转异常被认为是引发高脂血症的重要发病机制之一，因危害大、治疗费用高，其已成为全球关注的热点问题。许多学者研究发现黑米花青苷具有调节血脂的作用。徐惠龙通过对高脂血症大鼠灌胃黑米皮、红米皮、红菇、灵芝、竹荪，以辛伐他汀作为阳性对照药，观察高脂血症大鼠体重、血清TC、TG水平的变化。实验8周后，检测发现黑米皮对大鼠血脂水平的综合调制效果最为显著，并与剂量呈正相关[15]。张名位等研究发现高脂血症大鼠摄入黑米花青苷后，血清和肝脏中抗氧化酶活性显著性增强，血脂水平和动脉粥样硬化指数均较高脂模型组显著降低，所含的花青苷类化合物和不饱和脂肪酸可能是其发挥作用的主要物质基础[16]。卓学铭通过给高血脂和高血糖模型小鼠饲喂黑米花青苷和黑米糠的方法，研究花青苷的抗血脂作用。结果表明，黑米花青苷类化合物具有调节血脂和血糖的作用[17]。姚树龙通过建立体外胰脂肪酶模型、胆汁酸微团模型以及Caco-2细胞模型，探讨黑米花青苷对胰脂肪酶活力、胆固醇在微团中的溶解度以及小肠细胞对胆固醇摄取的影响。结果表明，黑米花青苷具有抑制胰脂肪酶活力、降低胆固醇在胶团中的溶解度、减少小肠细胞对胆固醇的摄取、调节血脂、预防高胆固醇血症的作用，且抑制活性强弱与其中的花青苷的含量呈正相关[18]。郭红辉等通过向高果糖饲料中添加黑米花青苷观测其对高果糖饲喂大鼠胰岛素的影响。结果表明，黑米花青苷对高果糖膳食引起的大鼠胰岛素具有预防和改善作用，可抑制其脂肪组织内氨基端激酶的活化，显著增加胰岛素刺激后胰岛素受体底物酪氨酸磷酸化和葡萄糖转运体的易位，其机制可能是黑米花青苷通过抑制氨基端激酶的活化来改善果糖喂养大鼠的胰岛素敏感性[19]。

2.4抗癌及抗肿瘤作用

近年来，黑米花青苷的抗癌、抗肿瘤作用日益受到各方关注。罗丽萍研究表明，黑米花青苷能够抑制乳腺癌细胞的生长、增殖，并促进癌细胞凋亡。其机制可能是花青苷与ATP竞争性结合HER-2受体，调节其磷酸化水平，降低促转移酶活性，削弱乳腺癌细胞转移能力[20]。姜伟伟研究发现，黑米皮提取物能够抑制人前列腺癌PC-3细胞的增殖，其机制可能是通过p38和JNK的磷酸化及上调NO和ROS的水平，导致细胞线粒体受损，细胞色素C释放等途径诱导细胞凋亡[21]。李晶晶研究发现，黑米花青苷提取物对S180肿瘤小鼠的最高抑瘤率达32.17%，且抑瘤率与剂量呈正相关，黑米花青苷提取物能显著提高S180肿瘤小鼠的胸腺指数、脾指数，各剂量组最高的胸腺指数达2.162mg/g，脾指数达5.298mg/g，分别是比环磷酰胺对照组提高28%、35%，表明黑米花青苷能显著提高S180肿瘤小鼠机体的免疫能力[7]。常徽等研究了黑米花色苷对白血病HL-60细胞株增殖的影响，结果表明，黑米花青苷对HL-60细胞具有明显的增殖抑制作用，能够有效诱导HL-60细胞凋亡，并引起G0/G1期阻滞[22]。

2.5减肥作用

肥胖是危害健康的一种慢性代谢性疾病，已成为全球性的健康问题。目前，肥胖的治疗具有成本高、易反弹、毒副作用大等缺陷。因此，开发一种安全、低成本、有效的减肥方法十分重要。胡艳等研究了黑米花青苷对高脂膳食诱导大鼠肥胖的影响，结果表明，黑米花青苷喂饲大鼠12周后，显著抑制高脂诱导的大鼠体重增加，改善了大鼠肥胖相关指标[23]。吴涛探讨了桑果、樱桃、蓝莓、蓝靛果花青苷对高脂膳食诱导肥胖小鼠的干预作用，发现花青苷仅能抑制小鼠体重增加幅度，不能改变肥胖小鼠体重增加的趋势，进一步研究发现花青苷具有降低血清及肝脏中脂质的积累作用[24]。焦岩等通过对大鼠胃灌蓝靛果果渣花青苷的方法研究花青苷对高脂膳食诱导肥胖大鼠脂类代谢和抗氧化能力的影响，结果表明，连续28d后，蓝靛果果渣花青苷能显著降低肥胖模型大鼠血脂水平，使肝脏酶活性明显增强，脂质过氧化物的生成量显著减少，可有效减少肝脏过氧化损伤，预防动脉硬化的发生[25]。

2.6其他药理学作用

此外，研究还发现黑米花青苷具有保护视力、促进小鼠晚期斑块的稳定性、增强免疫力、保护心血管等多种药理学作用。陈玮等研究发现光照能诱导大鼠视网膜感光细胞凋亡，灌胃给予黑米花青苷能降低光照诱导的大鼠视网膜感光细胞凋亡[26]。金丽琴等研究发现，黑米花青苷对大鼠组织器官免疫功能有重要调节作用，且有一定的抗氧化作用[27]。余小平等研究发现，黑米花青苷能促进载脂蛋白E基因缺陷小鼠晚期斑块的稳定性，该作用可能与其改善脂代谢有关[28]。张名位等通过观察在黑米花青苷预孵保护作用下，用ox-LDL过氧化处理EVC304细胞株细胞形态，研究黑米花色苷对ox-LDL引起的血管内皮细胞过氧化损伤保护作用。结果表明，黑米花青苷能降低ox-LDL对细胞增殖的抑制作用，明显减轻ox-LDL对内皮细胞形态的损伤[29]。

3　展望

对于黑米花青苷的研究仍然存在较多问题，一是传统的黑米花青苷提取、分离、纯化时间长，成本高，得率低，废水处理成本高；二是由于黑米花青苷标准品的纯化和制备难度大、成本高，标准品价格昂贵，设备要求高，进而造成黑米花青苷结构分析与鉴定的困难，难以获得花青苷的单一组分；三是黑米花青苷具有抗氧化、保肝护肝、抗血脂、抗肿瘤、免疫调节、减肥等功效，但对黑米的生理作用体外环境模拟研究较多，动物实验和临床应用研究相对较少，特别是在黑米花青苷的构效关系、量效关系及其作用的分子、生理机理仍需进一步深入研究；四是黑米中的花青苷含量相对较低，如何利用生物工程技术和农业技术筛选高含量的黑稻品种，提高黑米的花青苷含量等仍需进一步的研究。

目前市场上有关黑米的保健产品较多，如黑米酒、黑米醋、黑米保健茶、黑米粉条等，但黑米花青苷产品在国内市场上还不多见，目前以黑米花青苷胶囊为代表的一批花青苷产品正在研发试生产中。随着黑米及其花青苷保健食品的开发与热销，黑米花青苷的市场前景将十分广阔。进一步深入研究黑米花青苷的工业化自动化制备技术、分离纯化技术，黑米花青苷结构与生物活性关系，黑米花青苷药理学的临床试验研究及其相关产品的研发生产，仍是今后的重要努力方向。

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Research Progress on Pharmacological Effects of Black Rice Anthocyanins

WANG Yan-long,CHEN Jin,HAN Hao,LI Xin-sheng,HUANG Chong,ZHANG Xuan-ming,SHA Zhi-hong

(1.Shanxi Institute of Rice Research, Hanzhong 723000,China; 2.Han Zhong Institute of Agricultural Science, Hanzhong 723000,China; 3.Shanxi Key Laboratory of Bio-Resources, Hanzhong 723000,China)

Black rice anthocyanins are a group of important bioactive compounds with many beneficial physiological effects and distinctive nutritional properties.They can be widely applied to food,health care products,cosmetics,and medicine etc.This paper describes the structure and components of anthocyanins;and also illustrates their pharmacological effects such as antioxidant property,liver protective effect,lowering blood lipids,anti-tumor activities,and weight loss effect.Finally,this article reviews the progresses on the research and application of black rice anthocyanins.

Black rice;Anthocyanin;Pharmacological effect

2016-05-19

陕西省自然基金项目(02C126)；陕西省科技厅重点实验室专项(06KJZ-06)。

王艳龙(1981—)，男，农艺师，硕士，主要从事植物资源开发与利用研究。E-mail:245860878@qq.com。

李新生(1956—)，男，教授，主要从事生物资源开发利用研究。E-mail:lxs9@tom.com。

S511

A

1673-6486-20160193

王艳龙,陈进,韩豪,李新生,黄重,张选明,沙志鸿.黑米花青苷药理学作用研究进展[J/OL].大麦与谷类科学,2016，33(3)：5-8[2016-08-18].http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20160818.1936.002.html