花青素和矢车菊素的生物活性及抗氧化功能研究进展

刘 迪，张 浩，张寒雪，冯宪敏* (.吉林医药学院基础医学院,吉林 吉林 303；.北华大学医学技术学院,吉林 吉林 300)

花青素属黄酮类化合物,是一类水溶性天然色素，广泛存在于蔬菜和水果中。花青素于细胞质中合成，之后被转入至细胞的液泡中，也可由叶绿素转化而来，在生理上扮演重要角色，且具有良好的开发利用前景。根据苷元、糖苷配体不同，花青素可分为多种，目前已知的花青素有550余种，存在于植物中的主要有6种：锦葵色素、牵牛花色素、芍药色素、矢车菊色素、天竺葵色素及飞燕草色素。其中矢车菊素-3-O-葡萄糖(Cyanidin-3-O-glucoside，C3G)主要存在于黑米、黑豆、紫薯和蓝莓等植物中，是自然界存在的最普遍的、比较稳定且易于获得的一种花青素。该化合物通常为盐酸盐形式存在，又称为氯化矢车菊素-3-O-葡萄糖苷，为黑棕色结晶粉末。

1 花青素与矢车菊素的生物活性

1.1 花青素的生物活性

花青素具有抗癌、抗糖尿病、改善视觉健康、抗肥胖、心血管保护、抗菌和预防慢性疾病等作用。研究发现，花青素中有一种抗血管生成的因子极为丰富，将其从不同的植物源中提取并分离出来,探讨它们在食道、结肠、乳腺、肝脏上的抗癌能力，结果发现，某些结构的花青素可以抵抗结肠癌、肺癌、乳腺癌、黑素瘤的生成[1-3]。花青素也是维持良好视力、缓解视觉疲劳、预防视力受损的重要营养物质。流行病学研究显示,含花青素的食品与预防心血管疾病之间的关系密切，花青素摄入量和罹患心血管相关疾病的风险呈负相关。花青素中含有的一种称为抗血管生成因子的植物化学物,已被证实具有体外抗血栓效应。这种因子可通过阻碍心血管血栓的形成发挥对心血管的保护作用[4]。此外，花青素作为一种具有多种生物活性的化合物，对微生物也具有广泛的抗菌活性，特别是其能够抑制食源性致病菌的生长，具有潜在的应用价值。

1.2 矢车菊素的生物活性

矢车菊素-3-O-葡萄糖苷具有抗氧化、抗炎、抗癌、抗肥胖、预防糖尿病、保护心脏、增强血液循环和保护感受器细胞等作用。其中抗癌效应主要是通过抗氧化、激活Ⅱ相解毒酶、抗细胞增殖、抗炎效应、抗血管生成、诱导细胞分化等机制来发挥作用。另外研究发现，其具有显著促进细胞葡萄糖消耗的活性[5]，该作用是通过矢车菊素抑制X连锁凋亡抑制蛋白和上调Smac蛋白表达而实现的[6]。不但如此，C3G还可以增强全身的血液循环，保持血细胞正常的柔韧性，提高血红细胞通过细小的毛细血管的效率，以此增强细胞活力。此外，矢车菊素还具有较高的抗癌预防效应。食用富含花色苷的食物可以在一定程度上降低癌症等疾病的风险。有日本研究者发现，黑豆中含有18种以上花青素类物质，其中矢车菊素类的含量相对较高，可以有效改善黄褐斑症状。故老年人多吃黑豆对保护身体有极为重要的作用[7-8]。

2 花青素与矢车菊素的抗氧化作用

2.1 氧化产生的机制

在人体的细胞内，酶能使细胞的氧化过程在比较低的温度下释放能量，此过程中氧分子的相互作用可产生自由基。人体与外界的持续接触，包括呼吸、辐射、环境污染以及精神状况等因素都会引起人体体内产生大量自由基。自由基的持续增加就对机体造成大量氧化压力。自由基或氧化剂会将细胞和组织分解，影响机体代谢功能。目前的研究发现，机体发生衰老、癌变或其他疾病等大都与机体内产生过量自由基有关联。人体自身清除自由基能力下降或自由基不再适量产生，就会导致多种疾病的发生甚至恶化。

2.2 花青素抗氧化作用

花青素的保健效果和治疗效果主要是由其抗氧化活性产生的。花青素的糖基化b环结构、羟基化、甲氧基化以及花青素与酚酸的酰化作用等均能大幅度提高其抗氧化活性。此外，项亚等[9]以红肉苹果果皮为试材，通过pH示差法测定总花青苷含量，高压液相色谱串联四极杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS/MS)分析推定类黄酮组分，对其抗氧化活性进行了评价，表明花青苷具有较强的抗氧化性。近些年来，关于花青素抗氧化功能的细胞水平研究逐渐增多。有研究者采用酸化乙醇的方法提取蓝莓鲜果中的花青素，并通过自由基清除率试验研究蓝莓花青素的抗氧化活性，结果发现蓝莓花青素具有高抗氧化活性[10]。并且紫薯中花青素同样具有超强的体外抗氧化作用[11]。这两种花青素在细胞水平上都具有很强的清除氧自由基能力，因此能够对细胞起到保护作用[12]。此外，王林等[13]通过对不同浓度的蓝莓花青素提取物预处理人胃癌细胞一段时间后,再加入1 mmol/L H2O2诱导损伤，使用多种不同方法测定酶的活性，分析不同浓度的蓝莓花青素提取物对胃癌细胞氧化损伤的影响，发现提取的蓝莓花青素对细胞氧化损伤具有显著的改善作用。花青素在提高机体抗氧化的同时还可一定程度上改善肝细胞的损伤，进而对肝脏提供保护作用。类似的研究同样表明，人参果花青素同样具有改善肝损伤的作用，其作用机制与抗氧化作用以及抑制细胞凋亡有关[14]。

此外，花青素可减轻实验模型中大鼠的关节炎损伤，其作用主要是通过提高大鼠机体内抗氧化能力和促进细胞因子白介素-1β生成途径实现的[15]。

2.3 矢车菊素抗氧化作用

C3G作为自然界存在最普遍的一种矢车菊素，可缓解重金属污染物引起的大鼠机体氧化应激反应，发挥保护作用[16]。有研究表明，C3G通过抑制小鼠主动脉平滑肌细胞增殖以表达其氧化应激作用[17]。另外，C3G可以抑制紫外线诱发的大鼠皮肤损伤[18]，在血管内皮细胞诱导的氧化应激中起着重要作用。这些结果为矢车菊素的抗氧化作用提供了重要的研究基础，对矢车菊素的应用具有积极意义。

近些年来，关于矢车菊素在细胞层面氧化应激作用的研究发现，矢车菊素可快速穿过巨噬细胞的细胞膜和核膜，直接到达细胞核[19]。屠迪等[20]在研究矢车菊素对发生脂肪变性的肝细胞氧化损伤的影响中提出，矢车菊素能有效缓解脂肪变性时肝细胞的氧化损伤，并大幅度增强抗氧化能力，进而对细胞提供保护作用，且该保护作用与矢车菊素的抗氧化能力密切相关。

此外，钱松等[21]研究结果表明，C3G通过抑制氧化应激作用抑制癌细胞的增殖和诱导癌细胞凋亡来抑制癌细胞的扩散，且C3G通过抑制Ca2+诱导的线粒体去极化作用，以此来抑制ATP的生成，进一步表明矢车菊素对维持人类健康具有重要的潜在价值。

3 花青素作为天然抗氧化剂的应用

花青素是一种纯天然的抗氧化剂,亦是抗衰老营养补充剂，能保护人体免受自由基的损伤，是抗氧化领域的研究热点。研究表明，天然抗氧化的植物化学物可保护机体，抵抗各种疾病[22]。一些自由基清除剂可以阻断细胞凋亡和延缓机体衰老。有研究表明，天然抗氧化剂茶多酚可使果蝇匀浆中SOD活性增加，从而延长果蝇的生命[23]。提取自黑果腺肋花楸果实中的花青素能够直接进入血脑屏障，保护大脑和神经系统[24]。这些天然抗氧化剂受到国内外医学和食品界的广泛重视，可以为我国保健品和药品发展奠定基础。

目前食品工业上使用的多是有一定毒性的合成色素。长期食用食品工业上的合成色素可能会对身体造成一定的伤害。随着人们生活水平的提高及对合成添加剂毒副作用认知的加深，天然、绿色的健康生活理念深入人心，全球市场对天然色素及食品添加剂产品需求强劲。花青素作为天然抗氧化剂在健康行业中的发展趋势较快，主要应用于保健品和功能性饮料中。中国作为抗生素大国，国民抗生素的使用量逐年增多而体质却逐渐下降。花青素具有的多种生物活性，未来可能成为部分抗生素的替代品，具有广阔的应用前景。