缩合单宁的生物活性及构效关系研究进展

■彭 凯 黄 文 戴文因，2

（1.广东省农业科学院动物科学研究所，广东省畜禽育种与营养研究重点实验室，农业农村部华南动物营养与饲料重点实验室，广东广州 510640；2.华南农业大学海洋学院，广东广州 510640）

缩合单宁是植物来源的天然多酚类物质，是一类由黄烷-3-醇或黄烷-3，4-二醇通过4→8（或4→6）CC键（或C-O-C键）缩合而形成的寡聚物或多聚物，又名原花青素。Terrill 等[1]通过对缩合单宁提取方法的改进，认为可将缩合单宁划分为三类，即可提取缩合单宁、蛋白结合单宁和纤维结合单宁。缩合单宁普遍存在于植物细胞的液泡中[2]，广泛分布在植物的皮、根、叶、花、果等组织，尤其在花和叶中含量较高。缩合单宁在热带和亚热带乔灌木中含量最高，豆科植物（如红豆草、百脉根、小冠花）、油菜籽及高粱含量次之，小麦、白苜蓿和黄苜蓿等含量较低。

缩合单宁的化学结构特性（如分子量大小、聚合度、空间构型、分子连接方式等）决定了其生物活性，进而影响了缩合单宁对动物的营养调控作用。例如，不同来源的缩合单宁对蛋白质沉淀作用的效果不同，黄倩倩[3]研究表明，从紫色达利菊的叶和花中提取的缩合单宁，结合蛋白质的能力高于从茎中提取的缩合单宁，原因是茎中缩合单宁的聚合度较高，高聚合度降低了缩合单宁结合蛋白质的能力。另有研究报道，当聚合度大于3时，缩合单宁的溶解度和抗氧化能力均随着聚合度的增加而降低[4]。文章综述了缩合单宁的化学结构、生物功能及构效关系，旨在为深化缩合单宁的生物功能研究以及开发缩合单宁作为一种新型饲料添加剂并加以推广应用提供参考。

1 缩合单宁的化学结构

缩合单宁的分子量在1 000～20 000 u之间，常见的结构组成单体包括儿茶素、表儿茶素、没食子儿茶素和表没食子儿茶素。缩合单宁单体之间的连接方式主要以C-C键为主（B型）[5]。在自然界中，缩合单宁以不同聚合度的同质混合物形式存在[6]，按照聚合程度可划分为单倍体、寡聚体和多聚体，其中单倍体是基本结构单元，寡聚体由2～10个单倍体聚合而成，多聚体则由10个以上的单倍体聚合而成。李敏等[7]报道，从杨梅枝中提取的缩合单宁主要以二聚体形式存在，而其叶和树皮中的缩合单宁则主要以寡聚体形式存在。

不同植物种类及组织部位中缩合单宁的含量及分子聚合度也存在较大差异。Jackson等[8]报道，花生属和决明属植物中缩合单宁含量不足0.55%，而银合欢属和朱樱花属等部分植物中缩合单宁含量高达6%～9%。即使在同一种植物的不同生长阶段和组织部位，缩合单宁的化学结构也不同，如黄倩倩[3]比较了紫色达利菊的茎、叶、花中缩合单宁在不同生长期的结构组成信息，发现茎、叶、花中缩合单宁不仅在含量上存在较大差异，在化学结构上也表现出明显的区别，其中叶中缩合单宁所含表儿茶素的含量较高，而表没食子儿茶素的含量较低，茎中缩合单宁的含量最低，但茎中缩合单宁的聚合度明显高于叶和花。

2 缩合单宁的生物活性

缩合单宁具有较强的分子极性，可与蛋白质等物质结合发生沉淀，结合位点会不停地发生解离与再结合，使得沉淀的复合物不稳定，该特点使得缩合单宁具有多种生物活性[9]。研究表明，缩合单宁可与核酸、蛋白质、酶、多糖等物质相结合，具有良好的抗氧化、抗炎、抗菌、抗寄生虫以及改善动物肠道微生态环境等生物活性[10-13]。

2.1 抗氧化作用

缩合单宁是良好的自由基清除剂和脂质过氧化抑制剂，其抗氧化作用机理主要包括以下几个方面：一是酚羟基作为氢供体，可以清除多种活性氧，从而减少由活性氧产生的氧自由基，同时通过提供电子给自由基，形成相对稳定的苯氧自由基或半醌类自由基，从而中断自由基链式反应；二是通过β-环邻位酚羟基与金属离子螯合，抑制由金属离子催化的氧化或自由基反应；三是抑制有氧化酶存在的自由基产生体系[14]。Hagerman 等[15]研究表明，与简单酚类相比，缩合单宁清除自由基的能力高15～30倍。

研究表明，饲喂含有缩合单宁日粮的羔羊的肝和血浆具有较高的抗氧化能力，这说明缩合单宁能够积极影响动物组织的抗氧化状态[16]。顾海峰等[17]通过采用多种体系对高分子量柿子缩合单宁的抗氧化能力进行综合评价，证明高分子量缩合单宁为主要的抗氧化活性物质，且高分子量缩合单宁在不同抗氧化体系中对羟基自由基和超氧阴离子自由基均表现出较强的清除能力。Peng等[18-19]研究表明，葡萄籽缩合单宁通过激活鲈鱼肝脏Nrf2抗氧化信号通路，增强超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等抗氧化酶基因表达水平，提高鱼体抗氧化状态。

2.2 抗炎活性

缩合单宁具有较强的抗炎活性。体外研究发现，葡萄籽缩合单宁通过调节细胞因子的表达，可降低炎症的发生[20]。Demarque 等[21]报道，缩合单宁在胃中会与胃黏膜蛋白形成保护层，到达小肠后受碱性环境影响而发生解离，释放并与炎症表面的蛋白质结合，从而改善了胃炎症状。倪立颖等[22]通过构建脂多糖诱导的斑马鱼炎症模型，发现在海藻缩合单宁营养干预组中斑马鱼的卵黄囊大小、心跳速率、一氧化氮（NO）生成率、细胞死亡率和活性氧生成率等指标与正常组均无显著差异，说明海藻单宁表现出良好的抗炎活性。

缩合单宁的抗炎活性可能是通过调节细胞因子表达或抑制NO 等致炎物质的产生等途径实现的[23]。然而，Huang等[10]研究表明，缩合单宁的抗炎机制与其强大的自由基清除能力有关，而不单归因于缩合单宁抑制NO 和促炎症因子的作用。近年来研究表明，缩合单宁通过抑制细胞NF-κB 信号通路下调促炎症因子基因表达量，从而减少机体炎症反应，增强动物机体免疫力[24-26]。目前，缩合单宁的抗炎作用机理尚不完全明确，具体抗炎机制有待进一步深入探索。

2.3 抗菌作用

缩合单宁可通过抑制胞外酶活性、结合微生物生长所需的营养物质、使原生质中的蛋白质沉淀变性、破坏细菌外膜通透性等作用方式，直接或间接地抑制微生物代谢与生长。缩合单宁还可通过干扰微生物细胞壁多肽与巯基反应，使膜蛋白功能丧失，从而发挥抑菌作用[27]。汪晶等[28]报道，葡萄籽缩合单宁具有对变形链球菌的体外抗菌活性，并能抑制变形链球菌的生物膜和致龋毒力因子。尉骁等[13]研究表明，缩合单宁通过破坏细菌生物膜的形成，不仅可以抑制非多重耐药细菌的生长，还能抑制多重耐药细菌的生长。此外，缩合单宁的抗菌功能具有微生物特异性，其对革兰氏阳性菌的抑制作用强于革兰氏阴性菌[29]。

3 缩合单宁的构效关系

不同来源缩合单宁的化学结构不同，其生物活性也存在一定差异。不同来源缩合单宁化学结构的不同主要体现在延伸单元和末端单元中单体的组成与比例的不同，聚合度的不同，顺式结构和反式结构比例的不同，以及原花青定单宁和原翠雀定单宁比例的不同。Peng等[30]报道，缩合单宁的组成单体主要分布在延伸单元中，不同贮藏条件下紫色达利菊缩合单宁的化学结构存在差别，其中冻干和晒干的紫色达利菊缩合单宁的聚合度较高，其沉淀蛋白质的能力也较强；晒干的紫色达利菊缩合单宁的表没食子儿茶素单体和原翠雀定单宁的比例增加，而青贮的紫色达利菊缩合单宁结构中表没食子儿茶素单体及原翠雀定单宁比例及聚合度均显著下降。徐泽[31]研究了柿子原花青素的聚合度与其抗氧化活性及沉淀蛋白质能力的关系，结果表明，随着聚合度增加，抗氧化性越强，原花青素B型二聚体结构的抗氧化性大于A型结构，但A型结构二聚体对蛇毒PLA2蛋白质的沉淀能力大于B型结构，随着聚合度及羟基结构的增加，原花青素与PLA2结合得更稳定。

3.1 聚合度

于美慧[32]研究发现，聚合度为1的0.1 mg/mL缩合单宁与0.15 mg/mL明胶相互作用，沉淀率仅为0.05%，证明缩合单宁单体几乎无法与蛋白质生成沉淀，然而当聚合度为2.36、5.54、9.12和11.63的相同浓度的缩合单宁与明胶相互作用时，沉淀率随着缩合单宁聚合度的升高而升高，这说明缩合单宁的聚合度越高，则越容易与蛋白质发生结合。动物试验表明，高聚合度组小鼠蛋白质表观消化率显著低于低聚合度组，可能归因于高分子量的缩合单宁对蛋白质的构象产生了较大程度的改变，从而影响了蛋白质的消化和吸收[32]。高聚合度的缩合单宁能提供较多的酚羟基基团，可在多个蛋白质分子上找到结合位点，导致高聚合度的缩合单宁与蛋白质之间形成更大的聚合体，结合力也更强，所生成的聚合体更加稳定[33]。Haslam 等[34]研究表明，花生种皮中的缩合单宁能够抑制小肠二糖酶活性，从而抑制小肠中麦芽糖和蔗糖的吸收，其中三聚体的降血糖活性明显强于二聚体和儿茶素单体。

孙芸[4]报道，相同浓度但不同聚合度的缩合单宁对亚油酸及脂质的抗氧化作用随缩合单宁聚合度的升高而降低。随着聚合度的增加，缩合单宁分子中酚羟基的数目增多，由酚羟基形成的分子内氢键增多，而酚羟基是抗氧化反应中的主要活性基团，因此缩合单宁的抗氧化活性随着聚合度的升高而提高[4]。高分子量的柿子缩合单宁具有很好的体内外抗氧化效果，其抗氧化能力随着柿子缩合单宁聚合度的增加而增强，如田燕等[35]研究发现，高聚合度的柿子缩合单宁具有显著的抗氧化活性，其效果强于富含低聚体的葡萄籽缩合单宁。

3.2 结构单元

较高原翠雀定（Prodelphinidins, PD）含量的缩合单宁具有较强的蛋白质沉淀能力[36]。原翠雀定和原花青定（Procyanidin, PC）在缩合单宁中的比例会影响其抗寄生虫的作用效果。与富含PC的缩合单宁相比，富含PD的缩合单宁表现出更强的抗寄生虫能力[37]。通过增强对蛋白质保护和抑制寄生虫活动，富含PC的牧草表现出更高的营养价值，从而有利于促进反刍动物健康生长[38]。相比长柄百脉根，采食百脉根更加有利于蛋白质的消化，主要归因于百脉根中缩合单宁的PC/PD比例较高[39]。另有研究表明，缩合单宁结构中PD比例增加会使其抗氧化活性增强[40]。Zhang等[33]报道，缩合单宁的抗氧化活性与其结构单元有关，以表儿茶素为单元的低聚物活性大于以儿茶素为单元的低聚物活性。

3.3 连接方式

根据连接方式的不同，可以将自然界中的缩合单宁分为两大类，即A型和B型。单体间主要以C-C键相连为B型，除了C-C键以外，通过双连接键相连的为A型[5]。研究表明，柿子果肉和花生皮中的缩合单宁在小鼠体内均表现出明显的抗氧化活性，B型二聚体具有较高的抗氧化能力，而A型和B型二聚体在组织或脂溶性体系中抗氧化能力相近[41]。对于B 型二聚体，C4-C8连接方式的抗氧化活性要大于C4-C6连接方式。

不同连接方式的缩合单宁可能具有不同的生物活性机制，如Chen等[42]发现在肉桂中A型和B型缩合单宁均有降血糖作用，但两者作用机制不同，A型缩合单宁通过提高血液和胰腺中的胰岛素浓度达到降血糖效果，而B型缩合单宁则通过提高脂肪组织和肝脏中的脂质积累达到降血糖效果。Lambert 等[43]研究了A 型和B型缩合单宁低聚体对磷脂酶A2的抑制作用，发现B型缩合单宁的抑制能力更强，因为B型缩合单宁主要通过范德华力与磷脂酶A2的疏水腔进行相互作用，而A型连接的缩合单宁低聚体则是将N端向外伸展，再进入疏水腔，从而形成抑制磷脂酶A2的效果。

4 小结

缩合单宁是广泛分布于自然界的多酚类聚合物，具有显著的抗氧化、抗菌、抗炎等生物功能。缩合单宁生物活性的研究较多，但化学结构及构效关系的研究仍相当缺乏。现有研究表明，缩合单宁的化学结构复杂，分子聚合度、结构单元类型、连接方式等结构特征决定了其抗氧化、蛋白质沉淀、抗炎、抗寄生虫及调节营养物质代谢的能力，最终影响动物的生长和健康。理清缩合单宁化学结构及构效关系，有利于进一步阐明缩合单宁生物活性的作用机理，为开发缩合单宁作为一种新型饲料添加剂并加以推广应用提供理论依据。