白藜芦醇抗氧化功能的研究进展

■潘 鹏 谢红月 蒋钦杨 黄艳娜

（广西大学动物科学学院，广西南宁530004）

白藜芦醇是一种多酚类化合物，近几年来被发现为潜在的疾病治疗药物。有大量的流行病学和临床证据证实，白藜芦醇具有抗菌抗炎、抗氧化、保肝、保护心脑血管等作用[1]。研究发现白藜芦醇对抗氧化的增强作用可抵消应激产生的脑内丙二醛（MDA）和抗氧化酶活性的降低[2]。并且白藜芦醇还可以阻止脑和血浆中一氧化氮（NO）含量的升高以及从血浆到脑室的铁螯合作用。此外，通过白藜芦醇预处理EA.hy 926细胞可完全消除产生的氧化应激，从而降低MDA 的水平[3]。因此，研究结果发现抑制促氧化基因（如NADPH氧化酶）的表达和诱导抗氧化酶（如SOD1）可能是白藜芦醇发挥抗氧化功能重要组成部分。

1 白藜芦醇抗氧化功能

白藜芦醇具有抗氧化能力，能消除机体在应激下产生的过量自由基，保护机体器官不受损伤。Fukui等[4]研究发现，白藜芦醇的神经保护作用不依赖于其直接的自由基清除特性，而是通过诱导超氧化物歧化酶（SOD）表达，最终减少氧化应激损伤。此外，白藜芦醇还可以通过血脑屏障发挥抗氧化作用，减少应激损伤。研究发现，发挥神经保护作用可通过上调几种解毒酶，并且相关，报道称其中大部分解毒酶是铁蛋白[5]。同时，研究表明白藜芦醇在应激导致激素分泌紊乱时可阻止鼠的慢性氧化应激的积累，白藜芦醇可以通过增强线粒体复合物的活性和鼠的抗氧化防御状态来保护骨骼肌胰岛素敏感性，减轻应激对生物机体损害[6-7]。

众所周知，过多的自由基会加速生物体的老化，并对生物体的组织和代谢造成直接损害[8]。此外，白藜芦醇通过增强过氧化氢（H2O2）耐受性和抑制环氧合酶-2（COX-2）而起到抗氧化的作用，并且其可以显著降低应激和疾病机体自由基，这种结果最终表现在白藜芦醇可维持线粒体中抗氧化酶（如SOD1、CAT、GPx 等）在氧化-亚硝化应激中正常的表达[9-10](见图1)。Rubiolo 等[11]研究发现内源性产生的活性氧物质或异生物质代谢产生的活性氧物质可以通过酶和非酶促反应系统消除。而在氧自由基中，对细胞产生的不利影响是由羟基（·OH）所引起的，尽管过氧自由基与羟基自由基相比具有相对较低的氧化能力，但都对生物系统中的组织具有损害[12]。另外，Lu 等[13]发现白藜芦醇可通过清除自由基引起机体的神经保护作用，可保护小鼠免受运动协调障碍，羟自由基过载和神经元丢失。研究表明，降低脂质过氧化和调节抗氧化状态可以改善肉的品质，相关研究中证实白藜芦醇可以抑制由应激产生的活性氧（ROS）和自由基，从而保护机体免受氧化损伤[14-15]。

图1 白藜芦醇对氧化应激保护作用的机制

2 白藜芦醇抗氧化机制

2.1 AMPK信号通路

Yun 等[16]发现AMP 活化蛋白激酶（AMP-activat⁃ed protein kinase，AMPK）活性在ROS 防御系统的操作中起着不可或缺的作用。研究表明白藜芦醇可以通过AMPK-mTOR 途径减少棕榈酸（Palmitic acid，PA）诱导产生的氧自由基，或者通过AMPK 依赖性机制降低由NADPH氧化酶诱导的氧化应激[17-19]。此外，Dasgupta等[20]发现白藜芦醇和AMPK活化化合物5-氨基咪唑-4-甲酰胺-1-β-D-呋喃核糖苷（5-Aminoimid⁃azole-4-carboxamide1-β-D-ribofuranoside，AICAR）可诱导抗氧化酶表达。研究结果表明链脲佐菌素诱导的高血糖诱导小鼠氧化应激，白藜芦醇可通过激活AMPK改善糖尿病小鼠氧化应激损伤[21]。

2.2 ERK信号通路

ERK是普遍表达的亲水性非受体蛋白，有时表示为丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein ki⁃nases，MAPK）级联。普遍认为，AMPK 信号通路可间接对ERK 具有一定的调控作用，最终可以降低高血压的氧化损伤（见图2）。研究发现白藜芦醇可通过增强心肌细胞抗氧化能力，降低过氧化氢（H2O2）含量，从而保护H9c2 心肌细胞[22]。但在另一方面，研究表明白藜芦通过阻断ERK1/2/NF-κB 通路抑制氧化应激和炎症[23]。此外，有报道称白藜芦醇可以明显增加ERK1和ERK2的磷酸化[24]，其研究结果指出即使在非常低的浓度下，白藜芦醇也可能对神经元样细胞具有生物学抗氧化作用。

图2 AMPK信号通路调控

2.3 Sirt1信号通路(见图3)

Sirt1 也被称为NAD-依赖性去乙酰化酶（NADdependent deacetylase sirtuin-1，Sirt1）。Danz 等[25]研究发现白藜芦醇通过改变线粒体功能，特别是通过导致心肌细胞存活的Sirt1 途径，可以防止多柔比星（DOX）诱导的氧化应激。Guo等[26]研究白藜芦醇对低密度脂蛋白氧化的内皮细胞（HUVEC）具有保护作用，发现这种作用是通过AMPK / Sirt1 途径发挥作用。在研究保护神经元免受氧化应激和有效拮抗辐射诱导的抗氧化方面，相关结果表明线粒体保护和白藜芦醇的抗氧化作用有助于代谢活动，减轻了氧化应激和辐射产生的氧化损伤[27]。另外，白藜芦醇通过增强Sirt1 表达进而增加胰岛素抵抗大鼠原代脂肪细胞的葡萄糖消耗和超氧化物歧化酶(SOD)含量，抑制丙二醛（MDA）的产生[28]。这些结果表明Sirt1 可能在白藜芦醇保护神经元免受氧化应激中发挥重要作用。

图3 Sirt1信号通路调控

2.4 Nrf2信号通路

Nrf2（NF-E2相关因子2）是一种可调节抗氧化基因和修复酶并保护细胞免受氧化应激的转录因子。Liang 等[29]发现在饲喂育肥猪时添加精氨酸刺激谷胱甘肽（GSH）合成并激活Nrf2通路，结果显示Nrf2-Ke⁃ap1通路上调抗氧化基因的表达。Nguyen等[30]研究发现抗氧化活性的主要机制是通过激活Nrf2 抗氧化反应元件信号传导途径。此外，研究发现膳食中白藜芦醇的补充改善了母猪和仔猪的抗氧化状态，这有利于母猪的繁殖性能，并且白藜芦醇可通过Keap1-Nrf2途径和胎盘中的Sirt1 调节胎盘抗氧化基因表达[31]。据相关报道，Nrf2 的表达受Keap1 的控制，但该途径的调控和Keap1抑制Nrf2活性的机制仍有待充分考证。

研究表明添加白藜芦醇可使大鼠糖尿病组中Nrf2/Keap1及其下游调节蛋白的肾表达正常化，从而促使糖尿病肾脏中的脂质过氧化物、氢过氧化物水平显著下降[32-33]。这是由于白藜芦醇通过降解Keap1进而激活Nrf2，从而抑制肝细胞氧化应激[34-35]。报道表明，Nrf2 是一种氧化还原敏感的转录因子，调节细胞的抗氧化功能可通过激活含有抗氧化反应元件（ARE）的基因[36]。相关研究发现白藜芦醇可通过Nrf2信号通路快速激活抗氧化防御机制[37]，从而证明白藜芦醇是Nrf2 的激活剂。此外，Kim 等[38]研究也发现Nrf2 信号通路的激活改善了氧化应激。Ungvari 等[39]发现白藜芦醇减弱了氧化应激，这一现象可通过Nrf2信号通路调控。当细胞受到刺激时（见图4），在白藜芦醇的作用下Nrf2与Keap1解离，以游离形式易位至细胞核与ARE 结合，从而调节下游抗氧化基因（SOD1、GCLC、GCLM）的转录[40]。但是，白藜芦醇作用于相关基因的路径，还有待更深的研究。

图4 Nrf2信号通路调控

2.5 通路的相互作用

综上研究结果表明，白藜芦醇可激活AMPK 通路，再通过负调节氧化应激产生的NADPH氧化酶（见图2），抑制ROS的产生并增强ERK1/2-RSK-nNOS途径的活性[19]，其证实了AMPK通路对ERK具有调控作用。此外，不难发现Sirt1 具有NAD+依赖性，且活化AMPK 可增加NAD+/NADH 比率（见图3），然而，众多研究表明Sirt1 可能位于AMPK 的上游。Sirt1 可增加AMPK活性的发现支持了这一观点，这种作用可能是由Sirt1通过上游激酶LKB1的脱乙酰作用促进AMPK活化[41]，对于这一结果，Price等[42]研究发现，这是由于添加白藜芦醇剂量不同所导致（见图5），另外，在作用于线粒体时，有着Nrf1/2的调控。在研究ERK对Nrf2的调控作用时，发现有几种Nrf2 激酶，其中包括ERK和AMPK，其都可以激活Nrf2[35]。综合各通路的特点，以及白藜芦醇的抗氧化功能，可以发现Nrf2 信号通路在抑制机体应激氧化时有着更直接的调控作用，这一观点可以从图1和图4更直观的看出。

3 白藜芦醇抗氧化功能应用及对畜禽抗氧化作用

3.1 白藜芦醇的抗氧化功能的应用

研究发现白藜芦醇及其衍生物作为功能性食品成分和补充剂，可以用于促进健康和降低疾病风险，且白藜芦醇的抗氧化能力可以降低机体应激产生的自由基[43]。同时，Lopez-velez 等[44]发现白藜芦醇具有内在的抗氧化能力，这取决于其羟基基团的氧化还原性质以及电子通过化学结构的可能性。相关研究表明，该化合物可通过增加某些抗氧化剂和细胞保护酶的活性[45-46]，从而有效去除过多的自由基。据报道，白藜芦醇可增加超氧化物歧化酶，过氧化氢酶（CAT）和血红素氧合酶-1(HO-1）的表达水平，并且下调丙二醛（MDA）和一氧化氮（NO）含量，最终结果显示白藜芦醇可提高抗氧化酶活性[47-50]。

图5 不同白藜芦醇剂量的通路调控

3.2 白藜芦醇对畜禽抗氧化作用

3.2.1 白藜芦醇提高育肥猪的抗氧化能力

Zhang等[51]发现日粮中添加白藜芦醇可通过增强肌肉抗氧化状态改善猪肉品质。同时，白藜芦醇可以改善育肥猪的结肠菌群，提高血清抗氧化能力[52]。另外，Lee等[53]发现白藜芦醇主要通过间接抗氧化作用，白藜芦醇可通过声波刺猬（SHH）信号发挥其生物活性改善猪卵丘细胞扩张。研究发现白藜芦醇显著减轻了猪的氧化应激[54-55]。在Cho 等[56]的研究中发现氧化应激引起的杜洛克猪的乳酸脱氢酶A（LDHA）活性因抗氧化剂白藜芦醇而降低。育肥猪表观酶活指标显示，白藜芦醇具有抑制氧化应激的作用，但是在育肥猪养殖中白藜芦醇作用的分子机制还有待研究。

3.2.2 白藜芦醇提高家禽的抗氧化能力

在禽类养殖中，研究发现白藜芦醇不仅能显著提高鸡的抗氧化能力，并且对蛋鸡的生产性能、脂质相关性状都具有积极作用[57-58]。另一方面，通过研究日粮添加白藜芦醇对热应激黑古鸡的影响，Liu 等[59]发现补充白藜芦醇可改善生长性能并抑制黑骨鸡的氧化应激。在鹌鹑的饲养中，Sahin等[60]研究发现饲粮中添加白藜芦醇可提高鹌鹑的抗氧化能力，并且对产品品质的保质期、抗氧化稳定性及其对人类消费的营养价值都有一定的提升作用。

3.3 白藜芦醇在畜牧生产上的应用

3.3.1 对畜禽生产性能的影响

研究结果表明白藜芦醇相关效应受多种因素影响，在不同环境下养殖，畜禽机体应激状态以及白藜芦醇剂量要求对相关生产性能指标具有一定影响。在畜牧生产上研究发现，白藜芦纯对鹌鹑采食量、蛋品质相关指标无显著作用，但蛋黄宽度可显著提高[60]。另外，白藜芦醇对家禽的蛋白高度具有提升作用，同时可降低蛋黄胆固醇含量[58]。相关饲料转化率上的研究结果显示白藜芦醇可显著提高家禽的饲料转化率[61]。并且在热应激中，可缓解热应激对家禽生产性能产生的负面影响，研究发现白藜芦醇可改善热应激下相关的生产性能，提高平均日增重（ADG）[59]。另外,白藜芦醇对仔猪出生体重没有影响。然而，在妊娠和哺乳期间，白藜芦醇可增加仔猪断奶体重[31]。在猪上研究结果表明，白藜芦醇可显著提高卵母细胞的发育能力[62]。因此白藜芦醇对畜禽生产性能具有一定影响是可以肯定的，但是白藜芦醇影响畜禽生产性能的机制，以及白藜芦醇最具经济效益的使用量并未得到相应验证。

3.3.2 对畜禽肉质品质的改变

白藜芦醇可显著改善畜禽的肉品质，提高抗应激的能力已经得到验证。研究结果显示白藜芦醇对育肥猪背最长肌粗蛋白质含量和肌红蛋白含量有着显著提高作用[51]，同时对家禽的全净膛率、腿肌率都具有相应的提升作用[63]。另外，随着肉质pH值的增加，系水力的降低，导致肉质储藏能力的下降[64]。而白藜芦醇可显著改善肉鸡系水力以及肌肉pH值[57]。在这些研究中，可以确认白藜芦醇对畜禽肉品质的提升作用，但是从另一方面说，肉品质在抗氧化相关机制上的研究甚少，以及白藜芦醇对肉品质作用的机制也尚需更为深入的研究。

3.3.3 对畜禽肠道及免疫功能的影响

相关报道称，肠道菌群的稳定对于肠道健康和功能至关重要[65]，研究发现白藜芦醇可以作为有效的饲料添加剂来改善热应激损害的肉鸡肠道形态[66]。此外，饲粮中添加白藜芦醇可以提高肉鸡法氏囊、胸腺和脾脏的相关指数[59]，并且白藜芦醇在肉鸡热应激15 d 后增加了空肠固有层向绒毛上皮细胞的EGF 表达[67]。在对猪的研究中，白藜芦醇可增强接种蓝耳病弱毒苗育肥猪相应的特异性抗体滴度[68]。因此，白藜芦醇对畜禽肠道及免疫功能的一些影响是具有相应研究支持的，但白藜芦醇对畜禽肠道及免疫功能影响的相关机制研究较少，并且与白藜芦醇抗氧化功能的相关性还未见有更为深入的报道。

4 结论

现今，在畜禽养殖的过程中，其机体的状态与饲养环境密切相关，当畜禽机体中的氧自由基过量积累时会导致机体处于病态。相对于畜禽研究，白藜芦醇多用于细胞实验从而研究其抗氧化作用机制，这是由于白藜芦醇的抗氧化研究在细胞中有着更直观深入表达，而其在动物畜禽机体中的具体作用机制并未有深入的研究。相关研究证明白藜芦醇可提高畜禽的抗氧化防御能力和繁殖性能，可有效预防氧化应激造成的机体损伤[57]。但是文章所验证的是抗氧化的酶活显著性和肉质肌纤维的状态，却缺少对畜禽机体抗氧化分子机制的深入研究，比如，白藜芦醇开启畜禽抗氧化的前体指标还有待更深的研究。另外，我们从白藜芦醇传统的表观实验中，可以直观的看出生产性状，但是若加入分子机制上的分析验证，会更有助于生产优质畜产品，提高生产效益。