辣椒素酯生理功能及机制研究进展

臧宇凡，秦 虹*

（中南大学湘雅公共卫生学院，营养与食品卫生学教研室，湖南 长沙 410078）

辣椒是一种重要的蔬菜作物，在中国的品种多、种植面积广且产量高[1]。其中，无辣味的辣椒品种（甜椒）营养丰富、口味独特、食用方式多样，深受消费者喜爱。甜椒对健康的促进作用与其含有的活性成分有关。20世纪80年代，有研究者从1.0 kg‘CH-19 Sweet’甜椒中提取出一类天然酯类化合物，包括98.5 mg辣椒素酯、59.7 mg二氢辣椒素酯和25.5 mg去甲二氢辣椒素酯[2-3]，这些物质统称为辣椒素酯类物质。辣椒素酯为淡黄色或无色的结晶状物质，在非极性溶剂中稳定，而在水等极性溶剂中易分解。天然的辣椒素酯含量较少，目前，国内外已发现多种人工合成辣椒素酯的方法，为其开发利用提供了支持[4]。作为类辣椒素物质，辣椒素酯的化学结构与辣椒素相似，并可发挥与辣椒素类似的生理功能[4]。多项研究表明辣椒素酯具有调节糖脂代谢、抗肿瘤、抗炎、增强运动耐力和抗氧化等多种生理作用。由于辣椒素酯相比于辣椒素具有毒副作用低、对口腔等部位刺激性小的优势，人们对其有较高的接受度和临床依从性，因此更具研究和开发价值。本文对近年来辣椒素酯生理功能及作用机制的国内外研究进行综述，以期为辣椒素酯的进一步研究和应用提供参考。

1 辣椒素酯促进脂代谢作用

肥胖是高血压、糖尿病、心血管疾病等多种慢性病发病的危险因素，其高发病率使其成为目前主要的公共健康问题之一。肥胖主要由体内能量代谢紊乱、脂肪异常聚集引起。大量研究表明，辣椒素酯具有增加机体脂质代谢产热、减少体脂含量、控制体质量的作用[5-9]：Haramizu等[7-8]的动物研究显示，辣椒素酯的减脂效果接近于游泳运动，且优于节食；Zsiborás等[9]综合分析了多项人体研究，发现辣椒素酯仅促进身体质量指数（body mass index，BMI）异常个体的脂质氧化代谢，不影响BMI正常个体的脂质代谢平衡。

目前的研究普遍认为，辣椒素酯调节脂质代谢的主要机制是激活瞬时感受器电位通道蛋白香草醛亚型1（transient receptor potential vanilloid type-1，TRPV1）。TRPV1被激活后可刺激交感神经系统、促进机体脂质代谢[10]。多项研究证明，辣椒素酯可活化胃肠道的TRPV1、激活交感神经系统，进而促进肾上腺素分泌，降低体脂含量[11-12]。Sasahara等[13]的研究发现，辣椒素酯对人胚肾293细胞TRPV1的活化效能弱于辣椒素，其诱导小鼠肾上腺素和去甲肾上腺素分泌所需的剂量明显高于辣椒素；而Ohnuki等[14]的研究显示，10 mg/kg mb的辣椒素酯降低小鼠体质量、增加小鼠氧耗的作用效果与相同剂量的辣椒素相似，提示辣椒素酯除与TRPV1受体结合外，还可能通过其他通路发挥以上作用。有研究发现，辣椒素酯可活化瞬时感受器电位通道蛋白A1（transient receptor potential ankyrin 1，TRPA1），减少脂质积累[12]。但与活化TRPV1受体的作用相比，辣椒素酯活化TRPA1受体的作用较弱[15]。因此，TRPV1仍被认为是辣椒素酯调节脂质代谢的主要作用受体。

辣椒素酯促进机体脂质代谢的机制还与其激活棕色脂肪组织（brown adipose tissue，BAT）功能和促进白色脂肪组织（white adipose tissue，WAT）“棕色化”有关。WAT和BAT分别是机体贮存能量和代谢产热的重要组织。研究显示，辣椒素酯可上调BAT中解偶联蛋白（uncoupling protein，UCP）1及WAT中UCP2的转录和表达水平，从而促进脂质氧化分解[16]。Yoneshiro等[17]检测了寒冷环境（BAT被激活）或温暖环境（BAT未激活）中健康成年男性在辣椒素酯干预后机体的能量消耗情况，证实辣椒素酯可激活BAT功能，促进脂质代谢。还有研究发现，辣椒素酯可上调WAT中PR结构域蛋白16的表达，促进WAT“棕色化”，增加腹股沟区、锁骨上区等部位的米色脂肪组织含量[18-19]，增加能量消耗，抑制机体脂质聚集。辣椒素酯与低温联合可增强其促进米色脂肪细胞生成、调节脂质代谢的作用效果。Ohyama等[18]的研究发现，辣椒素酯与寒冷环境（17 ℃）联合作用时，可协同增强促WAT“棕色化”作用，预防饮食引起的肥胖。

以上结果都表明，辣椒素酯具有安全有效促进脂质代谢、降低体质量的应用价值。

2 辣椒素酯改善糖代谢作用

糖代谢紊乱是指机体血糖的异常降低或升高，长期的糖代谢紊乱易发展成为糖尿病。辣椒素酯可促进胰岛素分泌、改善胰岛素敏感性，维持体内血糖稳定。Kwon等[20]用切除了90%胰腺的非肥胖大鼠模拟患早期2型糖尿病的动物，用辣椒素酯对其进行干预，发现一方面辣椒素酯可提高胰岛β细胞的存活率、维持胰岛β细胞功能、促进胰岛素分泌；另一方面，辣椒素酯还可增强高胰岛素环境中肝脏的胰岛素敏感性，减少肝脏葡萄糖输出，增加甘油三酯积累和糖原贮存，维持血糖水平。此研究认为辣椒素酯维持葡萄糖稳态的作用与其促进AMP依赖的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、胰岛素受体底物2（insulin receptor substrate 2，IRS2）和蛋白激酶B（protein kinases B，Akt）的磷酸化，上调葡萄糖转运蛋白2（glucose transporter 2，GLUT2）和葡萄糖激酶的表达以及下调磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK）的表达有关。辣椒素酯可通过增强Akt→PEPCK和AMPK信号通路，发挥优于辣椒素的抗2型糖尿病作用。

辣椒素酯对1型糖尿病大鼠同样有促进胰岛素分泌和改善葡萄糖代谢的作用。Zhang Shiqi等[21]报道辣椒素酯可促进链脲佐菌素诱导的1型糖尿病大鼠胰岛中IRS2的表达，增加胰岛素分泌；上调肝脏中胰腺十二指肠同源盒基因-1和肝X受体，下调PEPCK的表达水平，调节糖代谢平衡；同时下调回肠中钠/葡萄糖协同转运蛋白1和GLUT2的表达，减少肠道对葡萄糖的吸收并促进葡萄糖排出，从而降低血糖。

鉴于辣椒素酯可促进胰岛素分泌并提高胰岛素敏感性，有效改善机体糖代谢，其在各型糖尿病治疗中的应用值得进一步研究。

3 辣椒素酯抗肿瘤作用

肿瘤由机体组织细胞异常增殖形成。恶性肿瘤在无限制增生的同时可不断扩散浸润周围的组织器官，破坏机体正常的生理功能。辣椒素酯具有抗肿瘤形成的作用。Macho等[22]以二甲基苯并[α]蒽为引发剂、佛波酯为促长剂诱导雌性CD-1小鼠出现皮肤乳头状瘤，发现200 μmol/L辣椒素酯可降低该种小鼠50%的肿瘤的发生率、推迟肿瘤出现时间以及缩小肿瘤体积。有研究表明，辣椒素酯抗肿瘤作用与其抑制血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）活性有关。VEGF是目前已知最重要的促肿瘤血管生成因子之一，可激活下游多重信号通路诱导血管生成[23]。目前的研究普遍认为，肿瘤血管为肿瘤细胞的形成提供丰富的营养，为肿瘤细胞的转移提供特殊通道，因此阻断肿瘤血管的生成有助于预防肿瘤细胞生长和扩散[24]。Pyun等[25]的研究发现，辣椒素酯可抑制VEGF诱导的肉瘤基因（sarcoma gene，Src）激酶及Src激酶下游因子的活化，阻断血管内皮通透性的病理性增高，防止肿瘤血管异常增生，提示辣椒素酯可预防肿瘤的形成。

另有研究显示，辣椒素酯还可杀灭已经形成的肿瘤细胞。董新荣等[26]用酶法制备的辣椒素酯类物质处理乳腺癌细胞MCF-7和肝癌细胞HepG2，发现辣椒素酯质量浓度为100 μg/mL时可明显减少肿瘤细胞的活细胞相对数量。辣椒素酯杀灭肿瘤细胞的机制可能为改变肿瘤细胞氧化还原状态。Macho等[22]用100 μmol/L辣椒素酯处理急性T淋巴细胞白血病细胞，发现其可破坏细胞线粒体跨膜电位，刺激细胞氧自由基生成，诱导肿瘤细胞凋亡。研究还发现该剂量的辣椒素酯类物质不会导致正常T细胞死亡，提示辣椒素酯在发挥抗肿瘤作用的同时对正常细胞无明显的杀伤性。

以上动物或体外实验结果说明辣椒素酯具有预防和治疗癌症的潜力，其有望成为新型的抗癌植物化学物质。但是，辣椒素酯对人体的抗癌效果尚不清楚，将其开发为抗癌药物有待人体内安全性和活性的临床验证。

4 辣椒素酯抗炎症反应作用

炎症是机体对体内外损伤因子刺激所产生的应激性防御反应，同时也参与引起人体各种疾病。辣椒素酯具有抗炎作用，可减轻炎症造成的组织损伤。Sancho等[27]用葡聚糖硫酸钠诱导小鼠出现炎症性肠病症状，发现腹腔注射6 mg辣椒素酯可明显抑制小鼠结肠黏膜上皮破坏和炎性细胞浸润；该研究还用D-氨基半乳糖和致死剂量的脂多糖诱导BALB/c小鼠出现脓毒性休克，发现6 mg辣椒素酯可有效预防小鼠的致死性炎症反应。Lee等[28]的研究发现，将辣椒素酯涂抹在雄性无毛小鼠SKH-1/hr+/+背部皮肤上可有效预防紫外线B（ultraviolet radiation B，UVB）引起的小鼠皮肤炎症性损伤。

辣椒素酯发挥抗炎作用的机制可能是抑制核转录因子（nuclear factor-κB，NF-κB）活化。NF-κB是参与调节机体炎症反应的重要因子，其活化可刺激下游促炎因子、炎症趋化因子和黏附因子等炎症刺激相关细胞因子的表达，从而促进炎症反应的发生[29]。研究发现，辣椒素酯可防止UVB等刺激性因素诱导的NF-κB活化，降低环氧合酶-2和促炎细胞因子活性[28]。

基于以上实验结果，辣椒素酯通过内服和外用手段均可发挥抗炎作用。但目前针对辣椒素酯抗炎作用的研究对象主要是动物，将辣椒素酯作为有效的抗炎药物进行开发还需更多人体实验结果作为依据。

5 辣椒素酯提高运动耐力作用

运动耐力主要受机体能量代谢效率、乳酸阈和最大摄氧量等因素的影响，其降低与肥胖、糖尿病等代谢性疾病和心血管疾病的发生密切相关。辣椒素酯可提高运动耐力、缓解持续运动导致的疲劳。Haramizu等[30]的研究发现，用5 mL/kg mb含6.48 mmol/L辣椒素酯的溶液饲喂小鼠后，其游泳感受到疲劳（无法浮出水面进行呼吸）的时间推迟，运动后血清的游离脂肪酸含量升高、血清乳酸浓度和呼吸交换率降低，说明辣椒素酯改善了骨骼肌的能量代谢。

有研究探讨了辣椒素酯改善运动能力的作用与调节骨骼肌中UCP3表达的关系。UCP3是参与运动耐力调节的分子之一，在急性运动后其表达量增加，抑制氧化自由基的产生；在耐力运动后其表达降低，提高氧化磷酸化效率以促进ATP合成[31]。Faraut等[32]的研究发现，用100 mg/kg mb的辣椒素酯处理雌性SD大鼠，其骨骼肌线粒体中UCP3基因的表达下降，同时骨骼肌线粒体ATP合成增加，说明辣椒素酯可提高肌肉的能量代谢效率。然而，也有研究认为，尽管辣椒素酯可促进肌肉能量代谢、增强骨骼肌的运动功能，但低剂量（10 mg/kg mb）和高剂量（100 mg/kg mb）辣椒素酯处理雄性C57BL/6小鼠都未引起其骨骼肌UCP3基因表达的变化[33-34]。这可能是由于受试动物的品种、性别等不同造成。因此，辣椒素酯调节运动耐力分子机制的研究结果尚存在矛盾，需要进一步明确。

6 辣椒素酯抗氧化应激作用

氧化应激被认为是导致机体组织损伤、疾病和衰老的主要危险因素之一。辣椒素酯具有抗氧化活性，是一类天然的抗氧化剂。有研究发现，辣椒素酯可抵抗氧化剂叔丁基过氧化氢引起的猴肾成纤维细胞氧化应激，维持不饱和脂肪酸和总胆固醇的水平，减少脂肪酸共轭二烯氢过氧化物和7-酮基胆固醇（7-ketocholesterol，7-KC）的含量，从而保护细胞免受氧化损伤[35]。其中，低密度脂蛋白的氧化是心血管疾病发生的危险因素，7-KC水平的升高可增加冠心病患者心血管事件和死亡风险[36]。因此，鉴于辣椒素酯可降低7-KC水平、发挥抗氧化作用，其对心血管是否有保护作用值得研究。Huang Weihua等[37]用辣椒素或辣椒素酯处理高胆固醇饮食的仓鼠，发现辣椒素而非辣椒素酯可降低血浆总胆固醇含量、抑制动脉粥样斑块形成及舒张主动脉，他们认为辣椒素酯无保护心血管作用。但是，目前鲜有其他研究探讨辣椒素酯对心血管系统的作用。

7 辣椒素酯的其他生理功能

7.1 辣椒素酯的镇痛作用

辣椒素酯作为镇痛剂的应用研究[4]在2001年已有报道。后有研究通过醋酸扭体实验观察辣椒素酯类物质对小鼠的镇痛效果，发现人工合成的辣椒素酯类化合物和辣椒素酯衍生物均有显著的镇痛作用[38]。目前尚无研究明确辣椒素酯减轻疼痛感受的机制，有研究猜测其机制可能与辣椒素相似[39]。大量研究表明，辣椒素可通过活化TRPV1受体维持镇痛作用[40]。但与辣椒素相比，辣椒素酯在体内易分解，无法持续足够长的时间作用于TRPV1使感觉神经元脱敏，因此，其在镇痛方面的确切作用及机制还需要更多研究证据。

7.2 辣椒素酯抗过敏反应

辣椒素酯具有免疫抑制活性，可抑制过敏反应的发生。近年来，Lee等[41]报道辣椒素酯对二硝基氟苯引起的小鼠皮肤过敏反应具有治疗作用。研究发现，辣椒素酯可下调血清中免疫球蛋白E、细胞因子和炎症趋化因子水平，并降低T细胞的分化和肥大细胞的活性。辣椒素酯通过降低CD4+T细胞的免疫活性，抑制其向辅助性T细胞（T helper type，Th）1、Th2和Th17分化；同时降低肥大细胞活性，防止其释放组胺等介质引起组织损伤。这些结果表明辣椒素酯可抵抗皮肤的被动过敏反应，治疗特异性皮炎等过敏性疾病。

7.3 辣椒素酯增强吞咽反射

吞咽困难常见于老年人群，是导致营养不良、吸入性肺炎等疾病的危险因素。Yamasaki等[42]的研究发现，辣椒素酯可加快吞咽反射、预防吸入性肺炎，同时不引起刺激性感受，因此更易被老年人所接受。TRPV1可能参与辣椒素酯改善吞咽反射的过程。有研究证实，活化TRPV1可帮助食物进入咽腔，提高吞咽效率[43-44]。目前，吸入性肺炎的发病率与死亡率上升仍是老年人主要的健康问题之一，使用辣椒素酯促进吞咽反射可能成为预防吸入性肺炎的一项策略[42]，而TRPV1有望成为辣椒素酯发挥相关生理作用的重要靶点。

7.4 辣椒素酯上调IGF-I水平

皮肤中的胰岛素样生长因子-I（insulin-like growth factor-I，IGF-I）可促进成纤维细胞的胶原合成，有利于皮肤伤痕修复。已有研究表明辣椒素酯可上调IGF-I水平。Harada等[45]在雄性C57BL/6小鼠背部4 cm2区域局部施用100 μL含有0.01%辣椒素酯类物质的生理盐水溶液30 min后，发现该区域的皮肤中IGF-I水平显著增加。但该研究未确切报道辣椒素酯上调IGF-I水平后对皮肤弹性和皮肤有害形态学变化的影响，辣椒素酯在相关方面的作用有待进一步研究。

7.5 辣椒素酯激活脑区

人脑分为多个脑区，含有调节不同功能的神经回路和调控因子[46]，可发挥多种调控作用。辣椒素酯可活化神经中枢系统的部分脑区。Tsurugizawa等[47]用辣椒素酯对小鼠进行灌胃，检测其清醒状态下的全脑活化状态，发现辣椒素酯增强了丘脑核、下丘脑腹内侧核和内侧视前区的血氧水平依赖信号，活化调节产热和内脏感知的相关脑区。目前鲜有其他实验表明辣椒素酯对脑区激活的影响，研究辣椒素酯对脑区的活化作用可能成为探讨其作用机制的新方向。

8 结 语

辣椒素酯是从常见蔬菜甜椒中发现的一类植物化学物，具有多种健康促进功能。辣椒素酯在调节脂质代谢、糖代谢、抗肿瘤、抗炎、增强运动耐力和抗氧化方面的作用及机制是目前的研究热点，其在镇痛、抗过敏、增强吞咽反射、上调皮肤IGF水平以及激活脑区等方面的作用逐渐受到关注。鉴于辣椒素酯无辣味、低毒性，在日常饮食中容易获得的特性，其作为食品或药品进行开发具有广泛的应用前景。

目前，对辣椒素酯生物活性作用机制的研究尚不深入，其发挥各种作用的合理剂量和时长也不明确。如何在保证安全性的同时提高其作用效果也是开发辣椒素酯的重要研究方向。综上所述，深入探究辣椒素酯可能的作用靶点和安全的作用方式是目前研究需要解决的问题，对辣椒素酯的进一步应用具有深远意义。