红甜菜主要活性成分的研究进展

黄平仙，张福顺，2，刘乃新，2

(1.黑龙江大学现代农业与生态环境学院，哈尔滨 150080；2.农业农村部甜菜品质监督检验测试中心，哈尔滨 150080))

0 引言

糖尿病(Diabetes mellitus,DM)是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，主要由于胰岛素生产受损，胰腺不能正常分泌胰岛素对血糖进行调解引起。根据胰岛素的参与程度，糖尿病患者分为两类，即胰岛素依赖型(I型)和非胰岛素依赖型(II型)，分别被称为IDDM和NIDDM[1-2]。I型糖尿病是指由遗传缺陷或自身免疫性疾病引起的胰岛素细胞破坏导致胰岛素分泌不足，而II型糖尿病(T2DM)占所有糖尿病患者的近90%，其特点是胰岛素抵抗，在肥胖人群中，糖尿病的发病率显著升高[3]。根据世界卫生组织的数据库调查显示，全球成人(20-79岁)糖尿病患病率将为6.4%，影响2.85亿成年人，到2030年将增至7.7%，4.39亿成年人将受影响。2010年至2030年间，发展中国家成人糖尿病患者数量将增长69%，发达国家将增长20%。到2030年，伴随着生活方式改变的城市化可能会导致全球糖尿病人数增加54%[3]。肥胖、压力、缺乏运动和饮食不规律是造成糖尿病的主要病因。药物长期用于临床治疗糖尿病，对人体的副作用相对较大。一些临床研究表明，体育锻炼和饮食调节有助于预防II型糖尿病[1]。因此，许多研究人员利用从天然植物中提取的材料作为传统药物来研究治疗糖尿病，因为它们的副作用较少[4]。

红甜菜(BetavulgarisL.)在营养保健方面一直具有重要作用，红甜菜色素具有降血脂[5]、溶血[6]等作用；红甜菜块根的汁液中含有的糖大部分都易于人体消化吸收，其中膳食纤维可以促进胃肠蠕动，促进锌、铁等矿物质的吸收[7]；红甜菜在抗疲劳、治疗肿瘤等方面都取得了显著的成效[8]，富含甜菜碱和纤维的甜菜粕加工成饲料对于牲畜调节脂代谢以及营养方面价值极高[9]。本文主要对红甜菜在预防、治疗糖尿病方面的研究进行了论述，体现了红甜菜在预防糖尿病临床研究中的重要性，从而为红甜菜在其领域的研究奠定一定的理论基础。

1 甜菜碱活性成分及抗糖尿病研究进展

1.1 甜菜碱活性

19世纪最早研究表明甜菜碱(图1)是从甜菜的糖蜜中分离出来的，20世纪70年代后甜菜的各种生物学效应逐渐被人们所认知[10]。甜菜碱作为甜菜的主要来源，是一种重要的甲基供体参与体内蛋氨酸循环途径[10]。甜菜碱有三个活性甲基，化学名称为三甲基甘氨酸，分子式为C5H11NO2，是一种两性离子季铵盐化合物，广泛存在于动植物体内，如甜菜、枸杞、大米、小麦、菠菜等都富含这种生物碱[11]。甜菜碱其活性成分具有多种生理及药理功能，不但可以保护细胞、蛋白质和酶不受外界环境的影响，还可以促进脂肪进行代谢，并且对脂肪肝、动脉粥样硬化等都具有药理作用[12]。

图1 甜菜碱分子结构(www.baidu.com)

1.2 甜菜碱抗糖尿病研究

通过生化和形态学研究了甜菜提取物对肝脏的影响。实验动物造糖尿病后，采用灌胃法给予植物提取物2g/kg/d，连续28d。糖尿病组血糖、血清丙氨酸、天冬氨酸转氨酶、肝脏脂质过氧化(LPO)和非酶糖基化(NEG)等水平增加，而血糖、体重和肝脏谷胱甘肽(GSH)水平下降。甜菜碱可通过提高肝脏保护标志物水平降低糖尿病程度，表明其成分具有抗糖尿病的潜力[13]。

红甜菜的生物活性物质具有清除自由基活性的功能。DPPH自由基和氧自由基吸收能力(ORAC)测定表明，红甜菜和培养的毛状根提取物具有显著的自由基清除活性[14]。在MPO/亚硝酸盐诱导的氧化过程中，甜菜碱能够抑制人低密度脂蛋白(LDL)中脂质过氧化氢的产生，甜菜碱的这种能力归因于它的自由基清除活性，已知甜菜碱通过抑制二氧化氮清除活性来抑制氢过氧化物[15]。在C57BL/6J小鼠中添加8%的冻干红甜菜叶4周，期间这些小鼠被喂食高脂肪和高胆固醇饮食，与对照组相比，食用冻干红甜菜叶的小鼠脂质过氧化降低，抗氧化状态和能力改善，血液和组织中DNA的氧化损伤减少。此外，红甜菜叶可以通过减少C57BL/6J小鼠的脂肪来控制体重。由于糖尿病患者的氧化和脂质过氧化风险高于非糖尿病患者，因此红甜菜的生物活性物质具有抗糖尿病的潜力[16]。

大鼠每天灌胃2 g/kg甜菜提取物。结果发现，甜菜提取物能抑制糖尿病组血糖水平的升高。甜菜碱可能通过增加胰腺B细胞的胰岛素分泌来降低血糖。可以证明甜菜碱提取物在诱导糖尿病大鼠中起到胰岛素生成的作用[17]。在化学诱导的糖尿病动物模型中显示出脂肪肝症状的减轻，用2 g/kg甜菜粉喂养10天，可显著改变血清胆固醇水平、碱性磷酸酶和丙氨酸-氨基转移酶活性[18]。分子伴侣甜菜碱(betaine)对糖尿病肾病小鼠的治疗作用及机制，结果表明甜菜碱对糖尿病、肾病小鼠的治疗能通过减轻内质网应激及相关的炎症反应治疗DN小鼠[19]。

仙人掌梨(Opuntiaspp)富含甜菜碱，在墨西哥和意大利传统上被用来治疗糖尿病患者。动物和人的研究都证明仙人掌梨具有抗糖尿病的作用。实验证据表明，仙人掌梨可以降低人体血液中的胆固醇水平，并改变低密度脂蛋白(LDL)的组成。每天给大鼠服用仙人掌梨冻干树枝状物30天后(1 g/kg)，大鼠血浆胆固醇、低密度脂蛋白和甘油三酯水平显著降低[20]。

2 红甜菜黄酮类化合物(类黄酮)及抗糖尿病研究

2.1 红甜菜中黄酮类化合物

黄酮类化合物(Flavonoids)是主要存在于自然界，结构具有2-苯基色原酮(C6-C3-C6)(图2)的一类化合物。以 A 环和 B 环为芳香环，通过三个碳原子相连接，黄酮类化合物存在于大部分植物体内，其作用主要体现在各个周期以及抗菌防病等方面[21]。

研究表明，类黄酮物质是大多数中药的活性成分，对慢性病有很好的缓解或治疗作用，如具有抗癌、抗氧化、抗炎症、抗病毒、降低血糖浓度等生物活性[22]。类黄酮还有其它生物活性，如抗肿瘤、保护心脑血管等生物活性[23]。红甜菜中主要类黄酮及对糖尿病患者的支持方式显示了在糖尿病应用当中的潜力[24]。

2.2 红甜菜黄酮类化合物的抗糖尿病作用

芹菜素(Apigenin)在抗糖尿病方面具有一定活性。在四氧嘧啶诱导的小鼠模型中，芹菜素参与了高血糖、脂质过氧化和甲状腺功能障碍的调节。0.78 mg/kg芹菜素处理10天，血清胰岛素含量升高，甲状腺素(t4)和三碘甲状腺氨酸(t3)含量降低。此外，四氧嘧啶诱导血清胆固醇升高，细胞抗氧化剂活性降低，如过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)，以及谷胱甘肽(GSH)含量被芹菜素逆转，表明该化合物具有抗糖尿病的潜力[2]。

图2 类黄酮化学结构(www.baidu.com)

槲皮素(Quercetin)也具有抗糖尿病的作用。在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠中，1 g/kg槲皮素饲料跟淀粉喂养6周的糖尿病组进行参数比较。结果表明淀粉喂养的糖尿病大鼠的空腹血糖水平约为395 mg/dL，槲皮素喂养的糖尿病大鼠的空腹血糖水平约为305 mg/dL，血糖水平改善显著[25]。(-)-表儿茶素没食子酸盐已被证明可以防止糖尿病诱导的动物胰腺的氧化应激。采用5周龄db/db小鼠研究日粮中添加EGCG对T2DM的影响。以72.0 mg/kg饮食浓度处理7周，每周测定食物摄入量、体重以及血糖水平，结果表明EGCG对T2DM的临床前模型具有显著的抗糖尿病作用。EGCG的作用至少部分通过降低肝葡萄糖生成和增强胰腺功能来实现。数据表明，补充EGCG有可能改善T2DM患者的糖耐量[26]。

用黑洋葱粗黄酮对四氧嘧啶诱发的高血糖小鼠进行黑洋葱粗黄酮溶液灌胃，14 d后，结果显示：黑洋葱粗黄酮具有对四氧嘧啶诱发的高血糖有降低作用，且高剂量黑洋葱粗黄酮的降血糖作用效果显著，黑洋葱粗黄酮对正常小鼠的血糖值无影响[27]。苋菜富含甜菜色素、类黄酮，能够降低血浆胆固醇和血糖水平，改善高血压和贫血状况及抗氧化能力等[28];富含大豆的饮食(具有高水平的异黄酮)可降低血浆总胆固醇和LDL胆固醇[29]；在患有或不患有糖尿病的受试者研究中表明，食用大豆可通过降低高血糖症，减轻体重，高脂血症和高胰岛素血症来治疗肥胖症和糖尿病[30]。

3 红甜菜类胡萝卜素及抗糖尿病的研究

3.1 红甜菜类胡萝卜素

类胡萝卜素(Carotenoids)是一类重要的天然色素(图3), 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。类胡萝卜素含40个碳类异戊烯聚合物(四萜化合物)[31]。天然类胡萝卜素目前被发现的已达700多种, 根据化学结构的不同可以将其分为两类, 一类是胡萝卜素(只含碳氢两种元素, 不含氧元素,如B2胡萝卜素和番茄红素), 另一类是叶黄素(有羟基、酮基、羧基、甲氧基等含氧官能团, 如叶黄素和虾青素)[32]。类胡萝卜素是体内维生素A的主要来源, 同时还具有抗氧化、免疫调节、预防心血管疾病、保护视网膜、增强免疫力等功效[33];甜菜根当中含有极为丰富的维生素、矿物质、酚类物质、类胡萝卜素、硝酸盐、抗坏血酸等促进人体健康的必需成分,是抗氧化剂的主要来源，可以帮助人们预防肺癌以及高血糖，是公认的具有保健功能的食物[34]。

图3 类胡萝卜素生物合成(www.baidu.com)

3.2 类胡萝卜素的抗糖尿病特性

由于心血管疾病和糖尿病的特点是氧化应激水平高，因此在这些慢性疾病中，通过水果、蔬菜和其他来源摄入的抗氧化剂(如类胡萝卜素)的增加会减少与氧化应激相关的进一步恶化[35]。基于富含类胡萝卜素的水果和蔬菜饮食的临床试验也可能提供重要的参考依据，不仅是在预防代谢综合征的组成部分，而且在降低发展综合征本身的风险方面[36]。食用富含类胡萝卜素的水果和蔬菜可以降低糖尿病和心血管疾病的风险[37]。NHANES 2001-2006年20-85岁成年人的横断面数据分析了血清抗氧化状态与MetS之间的关系，与没有MetS的成年人相比，患有MetS的成人血清类胡萝卜素浓度一直较低，即使在控制了总胆固醇和TG等潜在混杂因素之后,且观察到所有MetS组件呈负相关[38];此外，与没有MetS的青少年相比，患有MetS的青少年的血清类胡萝卜素浓度也较低，这与他们血清中的炎症C反应蛋白(CRP)呈负相关[39]。在MetS和肥胖症中发现的低水平的类胡萝卜素可能表明饮食不均衡，导致微量营养素缺乏或者由于氧化应激状态升高而导致需求增加。值得表明的是摄入热量不足的低热量饮食(超过膳食参考摄入量(DRI)的要求)，不足以纠正肥胖症患者(体重减轻3个月)中许多微量营养素的不足。肥胖个体，特别是在体重减轻引起的压力期间，更需要抗氧化剂[40]。这些研究大多数都表明了甜菜中类胡萝卜素对肥胖诱发的炎症的影响，对于延缓心血管疾病和糖尿病的发展提出了可行的治疗策略。

4 红甜菜中纤维及抗糖尿病研究

甜菜纤维是以甜菜制糖后所剩的甜菜渣为原料，经反复漂洗和干燥等工序而制成的片状、颗粒状或粉末状产品[41]。膳食纤维具有重要的生理功能，对人体健康起着一定的调节作用且具备的生理功能，使得膳食纤维在食品中的应用特别广泛[42]。甜菜粕是甜菜制糖过程中产生的副产物，富含纤维素、半纤维素和果胶等功能性膳食纤维，这类膳食纤维被认为是不易被人体消化但具有特殊生理功能的营养素[43],其主要成分是纤维素,含少量粗蛋白、及无机盐等[44]。食用甜菜是富含纤维的作物，将其添加到食品中不但能有效降低食品的热量, 增加食品含水量以及体积，同时可以增加食用纤维的含量, 从而促进肠胃蠕动,有助于降血脂、血胆固醇、降低尿糖病、血压,以及用于预防冠心病老年性便秘[45]，还可以缩短肠道的转运时间，从而提高排便频率，有助于维持肠道微流量[46]。

临床研究表明，食用富含可溶性组分的膳食纤维有助于控制血糖，降低II型糖尿病患者的高胰岛素血症和低血脂浓度。高纤维饮食改善了血糖控制，降低高胰岛素血症，降低血脂(胆固醇降低6%，甘油三酯降低10%),表现在餐前和24小时平均血糖浓度的降低,同时也降低了24小时血浆胰岛素浓度[47]。对非胰岛素依赖型糖尿病女性的6年随访队列研究表明，高血糖负荷和低谷物纤维摄入饮食会增加糖尿病的风险[48];对非胰岛素依赖型糖尿病四万多名男性组成的研究也进行了类似的观察，其中五百多名男性在6年后患有糖尿病，与低血糖负荷和高谷物纤维摄入相比，高血糖负荷和低谷物纤维摄入的组合进一步增加了男性患NIDDM的风险[49]。

5 结论与展望

如今，越来越多通过均衡日常饮食预防疾病的研究受到研究人员的广泛关注。通过体外和临床研究证明，甜菜自身所特有的生物活性成分由于其高抗氧化特性具有降低糖尿病及相关并发症的能力。红甜菜的膳食成分和生物活性分子主要通过增加胰岛素产生的敏感性、增加能量代谢、降低低密度脂蛋白、胆固醇等水平来预防糖尿病。从而也表明了红甜菜给食用者所带来的效益。

通过进一步了解、并且研究个体成分作用以及对糖尿病患者的相关病理的影响，仍然需要很多临床试验，才能更进一步研究甜菜在预防糖尿病方面的潜在作用，对高效利用这种保健的蔬菜进行糖尿病的预防与控制具有重要意义。

此外，了解红甜菜的生物活性分子作用机制，新陈代谢以及分布是定义理想红甜菜抗糖尿病的关键。作为营养价值很高的保健食品，利用生物工程技术进步，以及通过设计更好的食品配方来改善红甜菜质量，可能会产生重大影响。所有这些因素将为未来的流行病学研究打开大门，以更好地确定营养保健品的摄入与疾病的治疗和预防之间的关系。