类胡萝卜素β-隐黄质结构组成及生物功能概述

陈利青 ，宋利文，高 民

（1.内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特 010018；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031）

类胡萝卜素（carotenoids）是一类重要的天然色素的总称，在自然界中广泛存在，目前大约发现700种左右，普遍存在于动物、高等植物、真菌、藻类的黄色、橙红色或红色的色素之中。类胡萝卜素是体内VA的主要来源，同时还具有抗氧化、免疫调节、抗癌、延缓衰老等功效。类胡萝卜素根据化学结构不同可以分为两大类，一类是胡萝卜素，另一类是叶黄素［1］。它们在动物体内具有多种重要的生物学活性，但因其是进行光合作用的生物产生的亲脂性色素，所以动物自身不能合成类胡萝卜素［2］。

β-隐黄质（β-cryptoxanthin）是常见的类胡萝卜素之一，在水果、人体血液和组织中均有发现。β-隐黄质存在于橘子、木瓜、南瓜、柿子、叶类蔬菜和一些黄色的动物性食品中，如蛋黄和黄油。因此，β-隐黄质的来源较广。作为类胡萝卜素家族的一员，β-隐黄质也可以被用作动物饲料的着色剂。此外，由于它具有VA原的活性，也可以用作VA的替代品等。由于β-胡萝卜素的研究报道较多［2］，而β-隐黄质报道较少，所以笔者主要就β-隐黄质的结构组成和生物功能进行了综述，旨在为全面了解类胡萝卜素提供参考。

1 结构

β-隐黄质又称隐黄质，它通过2个含有4个甲基20个碳的分子对尾连接而成，分子式为C40H56O，相对分子质量为552.88，熔点为158～159℃，属于氧化型的类胡萝卜素，含有羟基等氧代基团［3］，是叶黄素类的一种，在溶液中和游离状态下显现为黄橙色。β-隐黄质由8个异戊二烯单位连接而成，在分子结构的中心，其各相连的单位是由于C1和C6的位置关系发生翻转，把甲基传递给C20和C20′，而保留C1和C5上的甲基所组成的。其最明显的特征是具有较长的多烯链。与叶黄素和玉米黄素相比，隐黄质少了一个羟基，这也决定了它们性质的不同。

与大多数类胡萝卜素类似，β-隐黄质纯净物不稳定，而其酯化形式较稳定。常见的酯化形式是β-隐黄质月桂酸酯、β-隐黄质棕榈酸酯和β-隐黄质肉豆蔻酸酯［4］，类胡萝卜素，特别是叶黄素，易被紫外线和光［5］降解或异构化，但在食品基质中较为稳定［4］，因此，长时间暴露在空气中的高温环境，类胡萝卜素的活力会显著下降。

2 来源

β-隐黄质的来源主要有2个，一个是天然来源，另一个是人工来源。

天然来源：β-隐黄质不只存在于高等植物、真菌、蓝藻等中，也存在于柑橘类水果、南瓜、柿子、叶类蔬菜和一些黄色的动物性食品中。食物中β-隐黄质的主要来源为柑橘类水果［4］，此外，玉米、木瓜、芒果等水果中也发现了一定浓度的β-隐黄质。人体内获得β-隐黄质的途径主要是通过对橘子的摄取［6］。水果中的β-隐黄质含量取决于水果的种类、品种、环境、成熟阶段和季节等因素［6］。

人工来源：由于所有类胡萝卜素都来源于类异戊二烯或类萜途径，因此，采用人工合成方法将其他类胡萝卜素转化为β-隐黄质是常见的获取途径。

3 β-隐黄质的分离纯化

β-隐黄质属于叶黄素类。植物中的类胡萝卜素种类十分丰富，结构差别小，且由于其长链的多不饱和结构，对环境因素（如热、光、氧气和各种添加剂等）非常敏感，天然状态下以全反式结构为主，提取纯化过程中容易发生异构化和降解。类胡萝卜素容易与叶绿素及中性脂肪酸类等脂溶性物质混杂在一起，因而增加了其提取、分离和纯化的难度，通常采用皂化法以除去提取物中的脂类和叶绿素来简化类胡萝卜素的分离，随后采用纸层析、柱层析、薄层层析和制备型高效液相色谱来纯化，并采用光谱和波谱手段来鉴定。

4 功能

4.1 抗氧化功能

β-隐黄质具有抗氧化作用，它是单线态氧和其他类型氧自由基的优良去除剂，也是良好的活性氧淬灭剂［7］。作为抗氧化剂，它能有效地抵御器官和组织的氧化损伤。其在细胞间信息沟通中也发挥重要作用［8］，并在维持骨骼健康方面有独特的功能［9］，如可能有助于改善骨密度和骨强度，同时也可能对骨形成有刺激作用。但是，β-隐黄质明确的功能是作为VA的前体物来发挥其生物学功能。

4.2 生理功能

β-隐黄质在人体内分布广泛，其中，在血液、肺、皮肤以及口腔黏膜细胞中都有检出。β-隐黄质的生理作用主要体现在它的药用性能上。近年来，大量流行病学的调查和研究表明，隐黄质在抗癌、诱杀癌细胞、抗氧化减少心血管疾病发病率、增强免疫功能等方面具有独特的生理功能［3］。

蛋白质是生命活动的基础，因此生物体的营养代谢离不开蛋白质。有研究发现，β-隐黄质可以促进人体蛋白质的合成，防止人体蛋白质的流失，增强人体的免疫能力。而进行动物试验之后发现，β-隐黄质还可以有效缓解因多种原因引起的骨质疏松，改善骨质。例如，通过对去卵巢骨质疏松模型大鼠的研究发现，β-隐黄质可以改善骨质量，抑制大鼠去卵巢骨质疏松的发生，具有类似雌激素的效应［3］。

4.3 抗癌功能

目前，很多流行病学调查表明，人类饮食中如果摄入水果和蔬菜比较多，则会降低患癌症的风险。尤其是富含胡萝卜素的生鲜蔬菜、洋葱和橘子。欧洲曾对52万名男女（包括330例胃癌患者）进行调查研究，结果表明，柑橘在预防胃癌的发生中起着积极的作用。在荷兰，关于蔬菜和水果摄入量和食道癌、胃癌的平行性风险队列研究表明，柑橘类水果的摄入量和食管癌、胃癌之间存在负相关。这些研究都表明，柑橘类水果有抗胃癌的作用［10］。

近年来，关于类胡萝卜素防癌抗癌机理的研究主要有：抗炎症反应、抗氧化作用、诱导凋亡、增加细胞与细胞间的缝间连接交流、调控细胞周期、调控Wnt/β－Catenin信号通路、调节核因子、调控Ⅰ期和Ⅱ期酶的活性、抑制癌细胞增殖、抑制血管生成和调节免疫系统等［10］，由于癌症的发生大多归因于DNA的损伤，而氧化胁迫是DNA损伤的重要原因之一，目前有关β-隐黄质抗癌方面的研究都集中在它的抗氧化性质上。β-隐黄质也是一种活性物质，可以保护生物分子（包括脂类、蛋白质和核酸）免受自由基的攻击，β-隐黄质作为食源性抗氧化剂，它可能能够清除胃肠道中多余的ROS，保护胃肠道微生物菌群的平衡，从而可以减少患癌症的风险。由于β-隐黄质参与了细胞内分子的转录过程，它的抗癌机理可能在于通过改变激素和生长因子发出的信号、对细胞周期的调节机制、对细胞分化和细胞凋亡的调节［2］来改变细胞生长和死亡从而达到防癌、抗癌作用。因此，β-隐黄质是一种良好的抗癌因子，尤其是对吸烟引起的肺癌有独特的疗效［11］。

5 表观生物利用率

测定β-隐黄质表观生物利用率最简单的方法是确定富含β-隐黄质食物的摄入率，之后测定这些个体血浆中β-隐黄质的浓度，通过以下公式计算表观生物利用率：表观生物利用率=血浆浓度/膳食摄入量。

很显然该方法存在很大潜在的问题，原因就在于类胡萝卜素被吸收后部分可能储存在组织中或代谢成VA，但是，在类胡萝卜素的表观相对生物利用率的众多研究中，β-隐黄质比α-胡萝卜素或β-胡萝卜素的表观生物利用率要高。其原因在于β-隐黄质比其他2种吸收较好。首先，β-隐黄质常见的来源是水果，而β-胡萝卜素和α-胡萝卜素的常见来源是蔬菜，类胡萝卜素从果实转化为VA往往比从蔬菜转化为VA更容易。还有研究表明，类胡萝卜素溶解在水果的有机溶剂中，这比与绿叶蔬菜的叶绿体结合的类胡萝卜素更容易被吸收［12］。 此外，清道夫受体 B1（scevenger receptor class B type 1，SRB1）优先促进叶黄素吸收，如 β-隐黄质［13］。最后，掺入混合胶束中的类胡萝卜素的位置取决于它的疏水性。β-隐黄质比β-胡萝卜素和α-胡萝卜素更具有疏水性质［4］。因此，它是位于胶束外部，更易溶于肠道环境。研究发现，同等条件下，在体外消化过程中形成胶束的β-隐黄质百分比约相当于形成β-胡萝卜素的量的3倍［14］。

6 β-隐黄质转化为VA的机理

VA能够促进胎儿生长发育，维持正常免疫功能，保证上皮细胞健康，促进红细胞生成、复制和视觉功能发挥作用。在许多发展中国家中，VA缺乏是一个非常突出的健康问题，其中，VA摄入量不足是导致幼儿失明和死亡的主要原因。类胡萝卜素（特别是β-胡萝卜素、α-胡萝卜素和β-隐黄质）是非常重要的VA合成的来源。因此，了解饮食中类胡萝卜素如何转化为VA有非常重要的现实意义。

一些研究表明，参与β-胡萝卜素和β-隐黄质的吸收和转化成VA的酶是同一种，虽然不同的动力学表明β-隐黄质不是这些酶的首选靶标，但有几种β-隐黄质可以形成VA的机制。在第一个机制里，β-隐黄质是由β-胡萝卜素15在中心切解，15′-氧化酶（BCO1）转化成视黄醛，然后水解成视黄醇。尽管活性较差，但BCO1是β-胡萝卜素转化为VA最重要的切割酶，还能切割β-隐黄质［15］。 在第二种机制中，β-胡萝卜素-9′，10′-加氧酶（BCO2）将类胡萝卜素裂解成为视黄醛，或先成为脱辅基胡萝卜素然后裂解为视黄醛［16］。对BCO2活性的研究发现，BCO2裂解β-隐黄质，但比作用在玉米黄质和叶黄素的活性弱。最近，第三种机制已经提出：BCO2裂解β-隐黄质成为脱辅基胡萝卜素，然后BCO1再把脱辅基胡萝卜素裂解为视黄醛［16］。

类胡萝卜素裂解酶的动力学受遗传多态性的影响。有几项研究证明了BCO1的单核苷酸多态性，特别是BCO1可以改变β-胡萝卜素形成VA的量。尽管叶黄素不能转化为VA，也不是BCO1较好的底物，但BCO1的遗传多态性可以影响叶黄素的代谢。有少部分对β-隐黄质的遗传多态性影响的研究，这些研究表明，一些影响β-胡萝卜素转换的相同的多态性也影响β-隐黄质。此外，到目前为止确定的遗传多态性对β-隐黄质代谢似乎没有像对β-胡萝卜素代谢影响大。更多研究需要通过类胡萝卜素转化为VA与其遗传和表观遗传因素影响这种转换的效率来确定其中的机制。

7 β-隐黄质与β-胡萝卜素维持VA功效比较

饲喂缺乏VA饲料的沙鼠在维持VA水平上的一系列研究中发现，玉米中β-隐黄质与β-胡萝卜素的效果一样好，甚至更好。另一项研究中分别给3组沙鼠喂食低含量VA、低含量类胡萝卜素的冻干水果（如香蕉、芒果、柑橘、番木瓜等）、低含量VA的补充物。结果显示，喂食冻干水果的沙鼠，其VA的摄入量约是VA添加剂组的2倍［17］。大量维持VA浓度的水果试验发现，在沙鼠血清和肝脏中，其含量最丰富的类胡萝卜素不是β-胡萝卜素就是β-隐黄质。这些结果表明，在功能上比较，食物中β-隐黄质与β-胡萝卜素的食物在维持VA的水平上是一样的。因此，动物试验研究

表明，食物中的β-隐黄质和β-胡萝卜素作为VA的来源，其水平相当。

8 小结

综上所述，在研究报道中不仅证明了食物中的β-隐黄质容易被吸收，还有越来越多的证据表明β-隐黄质可以大量的转化成VA，此外，β-隐黄质自身的作用也越来越为研究者高度重视，而着眼于在发挥β-隐黄质的潜力上去提高VA的含量和提高其自身活性方面，还需要进一步发掘与深入研究。

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