柠檬苦素的性质及其生物活性研究进展

张 贝，冯卫华，曾晓房，白卫东，于立梅

（1.广东中兴绿丰发展有限公司，广东河源 517000；2.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州 510225）

柠檬苦素的性质及其生物活性研究进展

张 贝1，2，*冯卫华1，2，曾晓房1，2，白卫东1，2，于立梅1，2

（1.广东中兴绿丰发展有限公司，广东河源 517000；2.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州 510225）

柠檬苦素类化合物是一类高度氧化的含呋喃环三萜类化合物，主要存在于芸香科和楝科植物中，叶柄花科和苦木科等亦有，具有抗癌、抗氧化、抗病毒、降低胆固醇、防止动脉粥样硬化、镇痛催眠、消炎抑菌、杀虫等生物活性，在医学和农业领域有广阔的开发利用前景。主要对柠檬苦素类化合物的结构、生物活性及临床作用的最新研究进展进行综述。

柠檬苦素类化合物；化学结构；生物活性

Abstract：Limonin is a compound of highly oxidized triterpenoids，which is containing furan rings.Mainly in the Rutaceae and Meliaceae families，and also in family Ptaeroxylaceae and Simarubaceae.This kind of compound has anti-cancer，antioxidant，antiviral，cholesterol lowering，atherosclerosis prevention，analgesia，hypnosis，anti-inflammatory，antibacterial，insecticidal and other biological activities.It has broad prospects for development and utilization in medicine and agriculture.In this paper，the recent advances in the structure，biological activity and clinical effects of citrate derivatives are reviewed.

Key words：limonin；chemical structures；biological activities

柠檬是芸香科柑橘属的主要品种，富含VC、柠檬橙和钠元素等，经常食用具有防止消化不良、降脂、预防肿瘤和改善血液循环等功效，因此柠檬也被称为世界上最有药用价值的水果之一[1]。柠檬苦素属三萜类物质，具有独特的生物活性，是植物次生代谢的产物，主要存在于芸香科植物中，而且柠檬产生苦味的主要原因也是柠檬苦素的作用[2]。目前，人们对柠檬苦素的研究主要集中在芸香科植物各种属及不同部位柠檬苦素的提取工艺、含量、抑菌活性、抗氧化性及其在食品工业应用等方面[3-4]，柠檬苦素和其他柠檬苦素类化合物可作为农作物的杀虫剂、拒食剂、生长调节剂，而这些柠檬苦素类化合物还可提高其他生物杀虫剂和常规杀虫剂的效果[3-4]。目前，我国对于柠檬苦素的研究还处于初级阶段，对其生理活性和开发利用的报道甚少，远远落后于国际水平，而柠檬苦素所能发挥的市场潜力及其应用前景非常可观，所以开发柠檬苦素具有十分重要的现实意义。

1 柠檬苦素结构及其性质

柠檬苦素类化合物（Limonoids） 是一系列含呋喃环的三萜类化合物，是具有高度生物活性的植物次生代谢产物。以苷元和糖苷2种形式存在，目前已经发现了300余种柠檬苦素化合物，其中柠檬苦素配基化合物（苷元）39种，中性物24种，酸性物15种，分布以种皮中最高，其次是种籽和汁囊[5]。经研究表明，柠檬苦素的分子式为C26H30O8，分子量为470.53[6]。1841年，首次分离得到柠檬苦素，20世纪60年代Arigoni D等人[7]用化学和X射线衍射的方法确认了柠檬苦素（Limonin）的结构，1989年首次发现柠檬苦素类化合物以糖苷的形式存在[8]。柠檬苦素的结构很不稳定，通常在加工过程中就会造成结构变化及失活。主要影响因素有光照、温度及pH值，在强酸及强碱状态下不稳定，易发生水解生成糖和苷元。pH值在5～7时相对稳定，pH值大于10时即分解为柠檬酸；在温度超过45～80℃，柠檬苦素的降解率依次升高，温度80℃时每天的降解速率是45℃时的1.5倍[9]；同时暴露在空气中，与光和空气接触时间越久，其稳定性越差，生物功能活性也会更差。

柠檬苦素结构见图1。

图1 柠檬苦素结构

2 柠檬苦素类化合物生物合成途径

柠檬苦素类化合物是在植株茎的筛管部位由醋酸和甲羟戊酸等结合形成诺米林前体，以诺米林为起始物，由柠檬苦素类群、醋酸酯类群、异常根辛类群、卡拉敏群4条合成途径，经奥巴叩酮和奥巴-叩酸等中间产物最终合成柠檬苦素、醋酸柠檬苦酯、异常根辛、卡拉敏等诸多产物。而由于柑橘的品种不同，导致合成途径也有很大不同。茎部合成的诺米林向叶、果实、种子等部位移动，产生柠檬苦素类似物，以D环开环形式代谢，在叶、果实、种子等部位不能合成。在果实的成长后期至成熟期，以D环开环形式存在的柠檬苦素类似物基团与配糖体结合，这种配糖体只在果实和种子中进行合成[1]。

3 柠檬苦素类化合物的生物活性及临床作用

3.1抗癌作用

大量研究证明，柑橘属植物果皮及种子中的柠檬苦素具有抗癌作用。1989年国外学者用柠檬苦素类似物用于豚鼠活体试验，发现柠檬苦素类似物具有激活体内主要解毒酶谷胱S-甘肽转移酶（GST）的作用，通过诱发GST活性来抑制苯丙比（BP）、二甲基苯丙蒽（DMBA）、氧化偶氮甲烷（AOM） 这些致癌因子，抑制肿瘤细胞生长从而具有抗癌作用。柠檬苦素类似物主要通过抗自由基作用、直接抑制癌细胞生长、抗癌因子3个途径达到抗癌作用。研究表明，柠檬苦素和诺米林对鼠的肝脏及小肠第1阶段细胞色素P450酶系和第2阶段GST的活性有很大影响。Kelly C等人[11]用雄性Wister大鼠喂酸饲AIN276饮食，结果发现，阳性对照组是喂饲含3-甲基胆蒽的饮食对照组（一个已知的细胞色P450和GST的触诱导剂），且二者对肝脏和小肠的细胞色素P450同功酶没有显著影响，而GST活性依赖性增加，并且有显著性的量效关系。进一步证明了柠檬苦素类似物是解毒酶GST的诱导剂[10]。张娟娟等人[12]用MTT（四氮唑）比色法定量测量柠檬苦素与抗癌药物对肝癌细胞的细胞毒活性和细胞增殖情况，绘制出肝癌细胞的生长曲线，结果显示柠檬苦素对SMMC-7721（人肝癌细胞株）细胞增殖的抑制作用呈剂量时效依赖关系。随着柠檬苦素浓度的增大，对SMMC-7721（人肝癌细胞株）的抑制作用随之增强；并随着柠檬苦素作用时间的增加，对细胞增殖的抑制作用增强。Lam L K T等人[13]研究发现，化合物黄柏酮（7）、诺米林（11）、异黄柏酮酸（24）、柠檬苦素（34） 和宜昌素（60） 可明显激发肝和小肠黏膜上GST活性。进一步研究证明化合物（35）可明显激发肝脏和小肠GST的活性，且呈量效相关，这一结果证明了柠檬苦素类化合物是解毒酶GST的诱导剂。Lam L K T等人[14]研究表明，诺米林（11）和柠檬苦素（34）可抑制苯并芘的致癌作用。Tanaka T等人[15]研究表明，柠檬苦素（34） 和黄柏酮（7）可显著降低结肠腺癌的发生，认为柠檬苦素类化合物可用于预防人类结肠癌。

3.2 抗真菌活性

Amason J T等人[16]研究三萜类化合物对真菌的抑制效果时发现，诺米林酸（15）、柠檬苦素（34） 和Limonol（36） 等柠檬苦素类似物对Puccinia arachidis均具有一定的抑制效果。在这3种物质中，柠檬苦素（34）的抑菌效果最好，但是A，B环的开裂抗菌活性降低，3种化合物抗菌活性均不如洋椿苦素。李赤翎等人[4]研究验证，柠檬苦素类似物对食品常见微生物 （大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和苏云金杆菌等）的最低抑菌质量分数均为3%，对蜡样芽孢杆菌的最低抑菌质量分数为6%，对沙门氏菌的最低抑菌质量分数为12%，对真菌的抑制效果很好；在酸性条件下，抑霉菌的效果要比酵母菌好。罗水忠等人[5]用不同浓度的柠檬苦素对微生物的抑菌试验表明，质量浓度为1.0 g/L的柠檬苦素对枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌有较强的抑制作用；0.5 g/L的柠檬苦素对枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌有较弱的抑制作用。赵维民等人研究发现，降解型柠檬苦素Calodendrolide（74）、梣酮 （77）、9β-hydroxyfrax-inellone（78）、isofraxinellone（79） 均有抑制 Cladospo-rium cucumerinum生长的作用，并认为呋喃环是柠檬苦素类化合物抗菌的必要药效团。

3.3 镇痛抗炎

据国外报道显示，柠檬苦素类似物对中枢神经系统有刺激兴奋的作用。将其作为饲料添加剂（200 mg/kg）喂饲小鼠，发现小鼠的睡眠时间比对照组减少了50%。Zhao W M等人[17]以30，100 mg/kg的柠檬苦素对小鼠进行喂灌给药，发现柠檬苦素具有显著的镇痛、消炎作用。赵陆华等人[18]采用小鼠福尔马林试验和扭体试验，观察到了柠檬苦素的镇痛作用；通过小鼠耳廓肿胀模型和角叉莱胶致大鼠足肿胀模型，也观察到了柠檬苦素的抗炎作用；减少扭体次数，能显著抑制二甲苯致小鼠耳廓肿胀和角叉莱胶致大鼠足肿胀程度。由此可得出，柠檬苦素类似物具有镇痛抗炎作用。

3.4 抗氧化活性

Ank B K等人[19]通过对柑橘中11种活性物质的抗氧化活性试验研究发现，在较低浓度下，柠檬苦素类似物对β-胡萝卜素-亚油酸体系产生自由基的抑制率不足7%；在DPPH体系中，柠檬苦素和柠檬苦素苷对自由基的清除率分别仅为0.50%和0.25%；试验还证明了柠檬苦素能够防止低密度脂蛋白的氧化。Yu J等人[20]研究表明，柠檬苦素和诺米林的抗氧化活性随柑橘组织和品种的不同而异，柠檬苦素和诺米林的活性约是VC的2.9～8.3倍；柠檬苦素类化合物糖苷通过对超氧阴离子的清除作用，能够阻止癌细胞生长和诱导癌细胞凋亡，抑制人体成神经细胞瘤（SH-SY5Y）的发生，并且诺米林酸糖苷的活性与VC相当。C D Sun等人[21]采用β-胡萝卜漂白法测定柠檬苦素和诺米林的抗氧化性，结果表明，柠檬苦素与等量VC相比具有很高的抗氧化活性，且抗氧化活性显著高于诺米林。

4 展望

柠檬苦素及其类似物所具有的生物活性还有待开发，除了目前已有部分研究的抗氧化性、抑菌性及抗癌性等，还有作为生物拒食剂、抗疟疾等许多功效有待开发。我国作为柑橘属农产品产量大国，对于柑橘副产物的利用方面还有待提高，在生物制剂及食品药品方面都有较广阔的发展前景。柠檬苦素类物质的功能活性已成为国内外研究热点，有必要对该化合物进行更加深入系统的研究。

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Advances on Properties and Biological Activities ofLimonoids

ZHANG Bei1，2，*FENG Weihua1，2，ZENG Xiaofang1，2，BAI Weidong1，2，YU Limei1，2
（1.Guangdong Zhongxing Green Fung Development Co.，Ltd.，Heyuan，Guangdong 517000，China；2.Light Industry Food College，Zhongkai University of Agriculture and Engineening，Guangzhou，Guangdong 510225，China）

TQ914.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.09.047

1671-9646（2017） 09b-0069-03

2017-06-27

广东省扬帆计划项目“柠檬精深加工及副产物综合利用科技创新团队”（2015YT02H049）。

张 贝（1994— ），女，在读硕士，研究方向为食品安全与加工。

*通讯作者：冯卫华（1968— ），女，博士，副教授，研究方向为食品安全与加工。