浅谈植物化学物对慢性病的防治研究

孙洪俊

近30 年来,中国经济不断高速地发展,食物供应充分和人民生活水平提高,我国城乡的膳食结构发生了显著变化。由原来的东方膳食结构变迁为如下三种膳食结构：①贫困和偏远地区居民保持了东方膳食结构；②经济发达地区(大城市)居民已经是西方经济发达国家膳食结构；③其他地区居民从原来的东方膳食结构向西方经济发达国家膳食结构过渡［1］。由此引发的慢性病对健康的影响日益突出,已成为重大的公共卫生问题。据国内外经验表明,慢性病是可以通过合理措施有效防治的疾病,其中,植物化学物的膳食干预是既简单方便又经济有效的措施。

1 植物化学物的慢性病防治生物学作用

除了含有蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质等多种营养成分外,食物中还有很多物质对人体健康有益,虽然其构不成维持机体生长发育所必需的物质,但对生理机能调节、身体保健和疾病预防发挥了不可估量的作用,目前称此类物质为“食物中的生物活性成分”［2］。其中来自于植物性食物中的生物活性成分,被称为“植物化学物”,包括类胡萝卜素、黄酮类化合物、酚酸、有机硫化物、萜类化合物等。早在1950～1959 年,有研究［3］就提出对人体具有药理学作用的物质,就来源于植物次级代谢产物(植物化学物)。然而对其活性成分缺乏全面的研究,直到近些年来,越来越多的营养工作者投入其研究,对植物中这些生物活性成分,如何能促进机体健康进行了系统地阐明。

1.1 抑制肿瘤作用 十字花科植物种类很多,包括芥菜,大白菜,油菜,萝卜,白菜等。它们不仅富含维生素C 和胡萝卜素,而且提取的芥子油苷代谢物莱菔硫烷(SFN)可活化细胞培养系统中有解毒作用的Ⅱ相酶—苯醌还原酶(QR)；某些酚酸会与活化的致癌剂共价结合,且使致癌剂与DNA 的结合位点被掩盖,DNA 损伤所造成的致癌作用进而被阻止；植物雌激素在人肝脏可诱导性激素结合球蛋白(SHBG)的合成,促进更多雌激素与SHBG 的结合,从而使雌激素促肿瘤生长的作用得以降低［4,5］。蛋白酶抑制剂与蛋白酶形成复合物,抑制蛋白酶活性并且易于发挥抗癌作用,因为蛋白酶是使某些癌症浸润的重要因素。大豆中的异黄酮和皂苷可以预防骨质疏松并抑制肿瘤血管生成,它还可以抑制结肠癌,肝癌和其他肿瘤细胞的生长［6］。此外,谷物中存在的植酸,可与金属物质结合,以减少引起癌症的自由基的产生［7］。

1.2 抗氧化作用 现已发现的类胡萝卜素、黄酮类、多酚、植物雌激素、有机硫化物和蛋白酶抑制剂等多种植物化学物,都有明显的抗氧化作用。原儿茶酸和绿原酸等酚酸含有多价酚羟基,它可以通过自动氧化释放电子,从而直接清除各种自由基并维持氧化还原系统与游离自由基之间的平衡；花色苷对自由基的清除能力甚至大于常见的抗氧化剂(丁基羟基茴香醚和维生素E)；红葡萄酒中的多酚提取物以及黄酮醇(如槲皮素)可有效的保护低密度脂蛋白(LDL)不被氧化；饮茶可明显降低吸烟者的DNA 氧化损伤,这一效应与茶中富含的多酚类物质有关［8,9］。

1.3 免疫调节作用 许多动物实验结果均表明,类胡萝卜素具有免疫功能调节作用,增强免疫功能作用在有机硫化物、皂苷和植酸上有所体现,而部分黄酮类化合物对免疫有抑制作用。全谷物、豆类和坚果中的植酸和阿魏酸可以减少自由基对组织的损害,提高人体免疫力。

1.4 抑制微生物作用 研究证实球根状植物具有抗微生物作用,主要是因其含有有机硫化物,如大蒜中的蒜素,其为有机硫化物,就具有较强的抑制微生物作用。芥子油苷的代谢产物为硫氰酸盐和异硫氰酸盐,它们也都有抗微生物活性。在日常生活中有一些浆果,如树莓和蓝莓用来预防和治疗感染性疾病,可见经常食用这类水果同样会起到抗微生物作用。

1.5 降胆固醇作用 在肠道中皂苷与初级胆酸结合成微团,因其体积过大不能通过肠壁,而对胆酸的吸收减少了,增加胆酸的排出；在多酚(如花色苷)促使下,胆酸由内源性胆固醇在肝脏内进行合成,从而使血中的胆固醇浓度降低；植物固醇和小肠微团中的胆固醇可相互替代,微团中的胆固醇被游离出来,即胆固醇的肠内吸收相应减少；白藜芦醇可抑制胆固醇合成的限速酶—羟甲基戊二酸单酰辅酶A(HMG-CoA)的还原性,可以减少胆固醇的合成［10］。

1.6 其他生物学作用 植物化学物还可调节血糖、血压、血凝和血小板以及抑制炎症等作用。维持视网膜功能方面,叶黄素发挥了重要作用；金属离子与植酸具有较强的螯合能力。

2 植物化学物的慢性病防治研究

近年来,国内外医学界对慢性病防治工作越来越重视,研究探讨了各种防治慢性病的措施,其中最重要的一种措施是利用植物化学物来防治慢性病。营养科研工作者通过植物化学物膳食干预试验研究和人群的大样本量前瞻性队列研究等一系列的营养流行病学调研工作,为植物化学物对慢性病的防治作用提供了有力的证据。Na 团队［11］通过营养膳食干预实验发现,芒果苷可使血清甘油三酯、胰岛素抵抗和游离脂肪酸指数降低,提高高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、β-羟丁酸、左旋肉碱和乙酰乙酸水平并增加脂肪蛋白酶活性,一定程度的降低动脉粥样硬化(AS)的 危险因素。Zhang ZQ 团队［12］研究表明,人血清中含有不同比例的类胡萝卜素,在我国成人血清中的水平与骨密度和非酒精性脂肪肝患病率有关。Zhang Y 团队［13］发现槲皮素通过提高血浆抗氧化能力和降低血浆同型半胱氨酸水平来抗 AS 效应,而大豆异黄酮抗 AS 作用可能与其降低甘油三酯和尿酸水平相关。Luo WP 团队［14］对1057 名结直肠癌患者进行实验研究显示,摄入有色水果蔬菜的量与其疾病的发生呈负相关关系。提示多进食水果蔬菜,特别是有色的水果蔬菜对降低结直肠癌的发生可能有重要的预防作用。Wu YC 团队［15］对23201 名患者的22 项相关研究的荟萃分析表明,水果、蔬菜及大豆制品都可使乳腺癌患病率降低。Kalani 团队［16］和Gao Y 团队［17］研究表明,许多植物化学物具有一样的生物通路和作用靶分子,且作用常常相互重合。以DNA 甲基化为例,姜黄素、槲皮素、白藜芦醇等都可预防其过度甲基化,而保持抑癌基因正常的表达。

3 植物化学物与中药材有效成分相关性探讨

唐代医学家孙思邈以食物功能来说“用之充饥则谓食,以其疗病则谓之药”,提出了“食疗”和药食同源的观点。根据我国16 世纪以前的药学经验做总结,明代李时珍撰写了《本草纲目》,其中有关抗衰老的药膳和保健药物数量就达253 种。从人类长达几百万年积累的实践经验和感性认识得出上述学说,与现代营养学的植物化学物慢性病防治学说极为相似。

随着现代营养学、中药化学等科学的深入发展,祖国传统医学的学说正逐步得到现代科学的揭示。经化学分析显示：黄酮类化合物既存在于绿茶、各种有色水果及蔬菜中,也含于黄芩、葛根、银杏叶中；皂苷即存在于大豆、薯蓣中,也含于甘草、黄芪、柴胡中；萜类化合物即存在于柑橘类水果、芹菜、胡萝卜中,也含于穿心莲、青蒿、龙胆中［18］；槲皮素不仅存在于金银花等多种中药材中,而且在多种水果中也含有；熊果酸在苹果和中药玄参及络石藤中富有；阿魏酸在桔类水果和中药当归中存在［19］。说明植物化学物与中药材有效成分有很多是重叠的。也就是说,中药材养生保健等慢性病防治作用的有效成分大部分就是植物化学物。

4 讨论

目前,我国在绿原酸、槲皮素、叶黄素、大豆异黄酮、大蒜素、茶多酚等植物化学物的提取分离、成分鉴定、生理功效及代谢方面都进行了研究,对食物中植物固醇、花色苷、类黄酮含量进行了分析,初步运用分子生物学和代谢组学的方法探讨其作用机制,开辟了营养学研究的新领域。由于营养工作者对植物化学物的深入研究,丰富了人们对膳食中非营养成分作用的认识。而如何在流行病学和循证营养学的基础上充分验证植物化学物在防治人类慢性疾病过程中的生理作用、有效剂量、协同作用和安全性,是营养工作者面临的艰巨任务。另外,采取何种措施从食物、中药材和药食两用植物中提取、分离和纯化植物化学物,建立其体外快速筛选的检测方法,将作用机制与构效关系进行探讨,实现植物化学物进一步产业化,也是营养工作者努力的方向。值得欣慰的是,有些植物化学物的研究成果已成为人类合理膳食的行为准则,在2013 版中国营养学会修订的膳食营养素参考摄入量(DRIs)增加了特定建议值(SPL),建议除营养以外对人体健康有益的食物成分的每日摄入量；2016 版中国居民膳食指南中,也提到了植物化学物的作用,并作为“食物多样,谷类为主”、“多吃蔬果、奶类、大豆”的依据之一。有理由相信,植物化学物在慢性病防治中具有良好的应用前景,将发挥重要的作用。