大豆异黄酮神经保护作用的研究进展

张 珍，韩 领，夏晓洋，向 霞

(中国农业科学院油料作物研究所/油料油脂加工技术国家地方联合工程实验室/农业部油料加工重点实验室/油料脂质化学与营养湖北省重点实验室，武汉 430062)

研究发现，大豆中除了富含优质的蛋白质和脂肪外，还含有大豆异黄酮(SIF)、皂苷、磷脂、多肽、低聚糖等营养素[1-6]。在这些功能成分中，SIF最初因其类似雌激素的独特结构而受到关注[7-8]。本文就近年来有关SIF神经保护方面的研究进展进行综述，旨在为SIF及其他食品功能组分神经保护作用的研究提供科学依据。

1 SIF的组成、分布和结构

SIF是大豆的一类次生代谢产物，广泛存在于大豆的子叶和胚轴中，其中子叶中的异黄酮含量占到大豆中总异黄酮含量的80%～90%[9-11]。目前，从大豆中分离出12种SIF异构体，整体上可分为游离型苷元和结合型糖苷两大类，但游离型苷元只占异黄酮总量的2%～3%，包括染料木素(Gen)、大豆苷元(Dai)和大豆黄素(Gly)3种[12]。结合型糖苷则由以上3种苷元与不同的配基衍生形成，主要有葡萄糖苷型、乙酰基葡萄糖苷型和丙二酰基葡萄糖苷型，其中葡萄糖苷型和丙二酰基葡萄糖苷型两种形态居多，另外，在大豆的发酵物——纳豆中发现了琥珀酰苷型的异黄酮[13-14]。SIF的含量因品种、产地、生长环境的不同有一定的差异，但在成熟大豆中SIF的含量一般维持在0.2%～0.4%。研究还发现，不同大豆品种中异黄酮含量也有所不同，黄皮大豆的总异黄酮含量最高，黑皮大豆次之，绿皮大豆最低[15-16]。

2 SIF的生理功能

SIF除了类似雌激素的作用外，还具有多种生理功能[17-21],包括：(1)提高机体免疫能力；(2)抗氧化延缓衰老；(3)降低血液中低密度脂蛋白、胆固醇及甘油三酯的含量，减少心血管疾病的发生；(4)调节脂肪代谢；(5)降低乳腺癌、前列腺癌等的发病率；(6)缓解女性更年期综合症；(7)减弱骨骼钙质溶出，缓解骨质疏松症状；(8)降低血糖浓度，改善糖耐量；(9)抑制酪氨酸激酶活性，减弱炎症反应。然而，SIF不能由人体自身生成，只能依靠外源食物摄入，其在大豆功能食品中所占的份额呈现出逐年增加的趋势。

3 SIF的神经保护作用

3.1 抗氧化应激

当机体中自由基产生过多或抗氧化酶的活性降低，自由基清除能力减弱，机体就会处于氧化应激状态。而氧化应激产生的氧化损伤则是引起神经退行性疾病中神经元丢失的重要因素之一[22-23]。研究显示，氧化应激的加强可能还与阿尔兹海默症(AD)患者神经元的变性和坏死有关[24]。汪婷婷等[25]研究证明，SIF的活性成分——Gen能有效减少AD模型大鼠海马神经元的丢失，并通过提高模型大鼠血清中超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽(GSH)的活性，降低血清中丙二醛(MDA)的含量，改善模型大鼠的学习记忆能力。Huang等[13]发现，Gen对切除卵巢后大鼠的神经退行性病变具有保护作用，且该作用是Gen通过减弱大鼠体内氧化应激、脂质过氧化作用和线粒体介导的细胞凋亡实现的[26]。徐梦蕾[13]等分别研究了单一的Gen、Gly及Gen-Gly混合溶液对大鼠肾上腺髓质嗜铬瘤细胞(PC12细胞)存活率、细胞形态、线粒体膜电位等指标的影响，发现Gen-Gly混合使用比单独使用两种单一组分能更有效地提高PC12细胞的抗氧化活力。

3.2 抗内源、外源神经毒性物质损伤

3.2.1抗β淀粉样蛋白神经损伤 β淀粉样蛋白(Aβ)是形成老年斑(SP)和神经纤维结节(NFT)的主要原因，与AD的发生密切相关。抑制Aβ的沉积，被认为是预防和治疗AD等神经退行性疾病的有效途径[27]。Caroline Henry-Vitrac等[28]通过体外实验发现，SIF中的雌马醇(Dai的主要代谢物)和糖苷配基可以有效地抑制Aβ的沉积，且抑制率可达30%。美国南密西西比大学Astrid Gutierrez-Zepeda等[29]发现，SIF中的Gly可以降低由Aβ引起的转基因线虫菌株CL4176的毒性损伤，而Gen和Gly并未发现明显的保护作用。蔡标等[30]研究发现，Gen对Aβ诱导损伤的PC12细胞具有明显的神经保护作用，作用机制可能与其下调CaM-CaMKIV信号通路及其下游Tau蛋白的表达有关。

3.2.2抗谷氨酸神经损伤 谷氨酸(Glu)是一种酸性氨基酸，具有参与体内蛋白质代谢和作为兴奋性神经递质参与信息传递的双重作用。但当Glu过度释放时，又会产生兴奋毒性，引起一系列以神经细胞或其他组织细胞死亡为终结的病理生理变化。近年来，研究表明，Glu与多种急性和慢性神经系统退行性疾病的发生过程密切相关[31]。秦传勇等[32]发现，Dai对Glu体外诱导损伤的大鼠海马神经细胞具有保护作用，这可能与Dai提高了神经元细胞的抗氧化能力及缓解细胞内Ca2+超载有关。陶美皊等[33]以Gen为本体，研究了Gen的衍生物——7-氟甲基金雀异黄素(dFGEN)对Glu诱导的PC12细胞损伤的保护作用。结果发现，dFGEN对Glu诱导的PC12细胞损伤具有保护作用，并在一定程度上优于Gen，且该作用与Gen的抗氧化活性有关。刘瑞珍等[34]同样采用Glu诱导 PC12细胞损伤构建模型，发现3’-大豆苷元磺酸钠可通过提高Glu损伤后PC12细胞的存活率，抑制Glu损伤后导致的乳酸脱氢酶(LDH)活性变化，提高SOD活性，降低MDA含量等作用对Glu引起的PC12细胞损伤起到明显的保护作用。

3.2.3抗其他物质神经损伤 研究发现，有机磷、氨基、甲酸酯类农药能引起神经系统中毒，产生神经毒性。徐梦蕾等[35-36]研究发现，西维因(Carbaryl)是一种广泛用于农林业病虫害防治、野战快速饮水消毒、空调循环水冷系统消毒的氨基甲酸酯类农药，对PC12细胞表现出很强的神经毒性。该团队研究还发现，SIF对西维因诱导的PC12细胞的神经损伤具有保护作用，且分别研究了Gen、Dai及Gen-Dai混合溶液的保护效率。发现Dai对PC12细胞损伤的保护效果要高于Gen，其原因也可能是由于Dai比Gen少一个C-5位上的羟基，减少了构象阻碍，具有更好的亲脂性，易富集在细胞膜表面具有更高的生物效能。另外，该研究还发现，Gen-Dai混合溶液对西维因损伤的PC12细胞的保护作用比单独使用两种单体的保护作用更强。李鹏等[37]比较了SIF、槲皮素、茶多酚、姜黄素和白藜芦醇5种物质对阿特拉津(一种常用的除草剂)损伤的SH-SY5Y细胞的保护作用，发现SIF抗阿特拉津损伤SH-SY5Y细胞效果较其他物质显著。环磷酰胺是一类没有特异性的广谱抗瘤药物，但长期使用环磷酰胺可诱发膀胱癌、淋巴癌及急性白血病等，被列为一类致癌物。栾世钦等[38]发现，环磷酰胺会影响神经管上皮细胞的增殖、分化和闭合，从而导致神经管畸形的产生。赵海峰等[39]以Wistar大鼠为载体构建环磷酰胺诱导的神经管畸形模型，研究了SIF对神经管畸形发生率及细胞凋亡数的影响。结果表明，SIF可以熄灭自由基，终止自由基的连锁反应，减少神经细胞的过度凋亡和DNA损伤，且将SIF与叶酸配伍后，改善效果更加明显。曹瑞等[40]利用锰离子损伤PC12细胞造模，研究了Gen的保护作用，发现Gen可抑制锰诱导的α-共核蛋白(可溶性非折叠蛋白，帕金森特征性病理结构路易氏小体的主要组成部分)的表达水平以及tau蛋白(微管相关蛋白，对神经系统的发育和维持微管功能具有重要作用)的磷酸化，进而损伤的PC12细胞起到保护作用。

3.3 促进神经营养因子的表达

神经营养因子，具有促进神经元生长、发育及维持神经元功能完整性的作用，进而达到改善机体认知功能的目的。陈正礼等[41]通过探究不同剂量的SIF对去卵巢大鼠中包括神经生长因子(NGF)在内的4种物质mRNA表达的影响，发现Gen可以促进去卵巢大鼠小脑中的NGF的表达，起到维持和保护小脑神经元结构及功能的完整性，诱导突触的重塑和建立，增强神经信息传递等作用。王超等[42]还发现，Gen可以有效防止Aβ诱导的海马神经元细胞的凋亡，这可能与Gen上调了海马神经元细胞的脑源性神经营养因子(BDNF)表达有关。高晓兰等[43]实验证明，Gen可增加血管性痴呆大鼠海马神经肽Y(一种中枢神经组织中含量最高的神经肽，参与学习记忆的调节过程)的表达，改善大鼠空间学习记忆能力，从而对中枢神经系统缺血性病变起保护作用，但其作用机理有待进一步研究。夏玉等[44]探讨了SIF对雌激素受体和白细胞介素-2在去卵巢大鼠垂体各叶中表达的影响，发现SIF对去卵巢大鼠垂体各叶内ERα和IL-2蛋白及mRNA的表达有促进作用，且呈明显的时间和剂量依赖。

3.4 保护血脑屏障、降低炎性反应

大多脑保护药物不能透过血脑屏障，影响其吸收和利用。曾靖等[45]将Dai改性为3’-大豆苷元磺酸钠研究其对MCAO引发的脑缺血/再灌注损伤大鼠血脑屏障的影响。结果发现，3’-大豆苷元磺酸钠可以显著抑制血脑屏障结构中细胞肿胀程度，减轻星形胶质细胞水肿。钟声等[46]则利用栓线法构建大鼠大脑中动脉模型，发现3’-大豆苷元磺酸钠通过降低炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6的含量提高大鼠神经功能评分。Murakami Akira等[47]研究了包括Gen在内的7种食品营养因子对多糖和干扰所诱导的RAW264.7巨噬细胞炎性反应的降低作用，发现Gen可以降低其炎性反应，但并不是通过抑制IkB的降解得以实现的。Lu Hua等[48]通过星形胶质细胞研究了Gen的抗炎作用，发现Gen可以抑制hemolysate诱导的星形胶质细胞中炎性基因iNOS和COX-2的表达，从而起到抗炎的作用。

3.5 调节信号转导通路

蛋白激酶C(PKC)通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路是生命体重要的信息传递通路，与细胞内的生长、增殖、分化、凋亡有密切的关系。Luo等[49-50]发现，SIF可以增强PKC的活性，进而提高受Aβ25-35损伤的PC12细胞的活力。哺乳动物的MAPK通路主要存在细胞外信号调节激酶(ERK1/2)、c-JNK氨基末端激酶(JNK)和p38 三条通路。Shankar J.Chinta[51]研究发现，Dai、Gen可以通过抑制p38 MAPK活化减少促炎症基因的表达及其产物的释放，从而减轻神经细胞的受损[51]。研究还发现，SIF还可以通过NF-kβ、Nrf2等通路调节细胞活力，起到保护神经细胞的作用。Hsieh等[52]发现，Gen可以显著增强D-半乳糖诱导的PC12细胞的NF-kβ内源性抑制因子的表达，同时抑制NF-kβ与DNA的结合能力，从而起到保护受损细胞的作用。Ma等[53]发现，Gen能极大改善ROS水平和GSH/GSSG比率，同时上调r-GCS、Nrf2和HO-1的表达，并认为其抗氧化机制是通过调节Nrf2/HO-1通路实现的。

4 结论与展望

SIF对神经系统具有重要的保护作用，其作用方式及机制是多方面的。但目前关于SIF神经保护作用的研究，多数采用其中一种或两种有效成分进行分析，缺乏系统性的SIF成分剖析和功能比较。未来的研究应集中在：(1)在SIF有效成分的提取及结构剖析研究的基础上，系统对比各个有效成分对神经细胞的保护作用，剖析结构与保护作用的构效关系。(2)对于已知的有神经保护作用的SIF活性成分，需要更加深入地阐明其在分子层面的作用机理，进而系统地研究其在神经紊乱中的生物学效应。(3)构建SIF与其他食品成分的复配效应及其作用机制研究。通过本文的综述，希望为今后SIF功能性食品的开发及生理活性研究提供科学依据。◇