天然抗氧化劑的抗氧化與促氧化作用

天然抗氧化劑的抗氧化與促氧化作用汪曙暉;朱俊向;張莉;汪東風【摘要】近年來研究表明,天然抗氧化劑因其結構、劑量以及存在環(huán)境不同可能會發(fā)生對人體不利的促氧化作用.本文綜述近年來天然抗氧化劑的抗氧化與促氧化用的研究進展,為正確使用天然抗氧化劑和相關產品的開發(fā)提供參考.期刊名稱】《中國食物與營養(yǎng)》年(卷),期】2016(022)008【總頁數(shù)】4頁（P68-71）【關鍵詞】天然抗氧化劑;促氧化作用;維生素C;維生素E;類胡蘿卜素;酚類化合物【作者】汪曙暉;朱俊向;張莉;汪東風【作者單位】中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島266003;青島市疾病控制中心,山東青島266033;中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島266003;中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島266003;中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島266003【正文語種】中文在正常生理條件下，生物體的促氧化和抗氧化作用處在一種動態(tài)平衡中，當機體受到營養(yǎng)性應激（高脂、高糖飲食）、內源性應激（細菌、病毒性疾病引起的免疫反應和代謝紊亂）和不良環(huán)境條件（輻射、重金屬污染、低氧）的刺激后，氧化和抗氧化作用失衡，在細胞內產生和積累大量的活性氧類（ROS），進而誘導機體產生氧化應激［1］。過量ROS能夠氧化損傷生物體內糖類、脂質、蛋白質和DNA等生物大分子，誘發(fā)心血管、癌癥和神經變性等多種慢性疾病。生物體內抗氧化系統(tǒng)可以保護生物大分子免受自由基等物質的傷害。除了超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽硫轉移酶(GST)等內源性酶類抗氧化系統(tǒng)外，-些天然的外源性非酶抗氧化劑也起重要作用，它們能夠淬滅體內ROS，與酶類抗氧化系統(tǒng)共同構成了生物體的初級抗氧化系統(tǒng)［2］。然而，近年來-些抗氧化劑動物實驗、臨床試驗和雙盲隨機對照試驗卻得到相反結論［3］，在-定條件下，天然抗氧化劑表現(xiàn)出對人體不利的促氧化作用，增加了癌癥的風險。本文綜述了天然抗氧化劑維生素C、維生素E、類胡蘿卜素(Car)和多酚類化合物抗氧化與促氧化作用的研究進展，為正確使用天然抗氧化劑和相關產品的開發(fā)提供參考。天然抗氧化劑天然抗氧化劑是-類能夠延緩、阻止或消除氧化損傷的物質［4］，在體內能直接清除過量ROS，上調抗氧化酶防御系統(tǒng)表達，抑制ROS的生成［5］。與人體能自身合成的內源性抗氧化物相反，天然抗氧化劑多由食物供給。作為食品添加劑，天然抗氧化劑可用于防止食品氧化變質。我國GB2760—2011規(guī)定在食品中可添加的天然抗氧化劑主要有：維生素C(CNS:04.014)、維生素E(CNS:04.016)、茶多酚(CNS:04.005)、甘草抗氧物(CNS:04.008)、迷迭香提取物(CNS:04.017)和竹葉抗氧化物(CNS:04.019)等，著色劑天然胡蘿卜素(CNS:08.147)也有抗氧化作用。天然抗氧化劑的抗氧化作用維生素C是含有1個共軛雙鍵的己糖醛酸內酯，可通過逐級供給電子而轉變?yōu)榘朊撗蹙S生素C和脫氫維生素C,在這過程中，可清除體內ROS自由基。維生素C能緩解許多ROS自由基的負面作用，在防止或減少由于氧自由基所導致的疾病治療中發(fā)揮重要的抗氧化效應［6］。維生素E是苯并二氫呋喃的衍生物，作為ROS自由基清除劑，通過阻斷脂質過氧化鏈式反應來保護人體內不飽和脂肪酸免受自由基的破壞，同時，能夠抑制由氧化應激觸發(fā)的核酸內切酶活化，以及促進受損DNA的清除，是機體抗氧化系統(tǒng)中非酶促反應體系的重要組成部分［7］。Car是一類高度不飽和的化合物，含有的一系列共軛雙鍵被認為是淬滅單線態(tài)氧和清除過氧自由基的關鍵結構。激發(fā)態(tài)的單線態(tài)氧將能量轉移到Car上，使Car由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，而后者可在溶劑中消散能量直接回復到基態(tài)。此外，Car與維生素C、維生素E共存時具有抗氧化協(xié)同效應［8］。酚類化合物是茶多酚、甘草抗氧物、迷迭香提取物和竹葉抗氧化物的主要抗氧化成分，其抗氧化作用主要體現(xiàn)在：直接清除ROS、螯合金屬離子、激活抗氧化酶、抑制氧化酶活性、調節(jié)由ROS引起的氧化應激、上調體內尿酸水平、與維生素C維生素E和胡蘿卜素等其他抗氧化物在體內一起發(fā)揮抗氧化功效［9，10］。2.1維生素C的促氧化作用維生素C在過渡金屬離子的存在下易表現(xiàn)出促氧化活性。在維生素C鹽-Fe3+體系中，維生素C可將Fe3+還原形成Fe2+，F(xiàn)e2+與O2和H2O2分別反應生成和OH?，后者為芬頓反應。另外，維生素C的自氧化也表現(xiàn)出促氧化作用，生成去氫維生素C負離子和H2O2，并誘發(fā)一系列自由基連鎖反應，造成機體氧化損傷，具體反應：H2A—H++HA-、HA-+O2+2H+—H2O2+O2［11］。一些動物實驗也證實了維生素C在體內的促氧化作用。Kang等［12］研究了C57BL/6老鼠的黑質紋狀體多巴胺系統(tǒng)中維生素C的促氧化作用。7w年齡雄性鼠(23~25g)每天攝入400mg/kg維生素C,共持續(xù)4w,結果發(fā)現(xiàn)，黑質致密部和紋狀體中的酪氨酸羥化酶陽性的免疫反應活性降低，二羥苯乙酸/多巴胺比例增大，總谷胱甘肽水平降低，提示維生素C能夠增強多巴胺的氧化代謝，通過產生氧化應激來誘發(fā)多巴胺能的神經毒性，這種毒性與谷胱甘肽的水平降低有關。另外，Hininger等［13］研究發(fā)現(xiàn)，對人體注射高劑量維生素C能夠降低紅細胞中抗氧化的GSH-Px和SOD活性，血液中還原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽比例(GSH/GSSG)也顯著減小。2.2維生素E的促氧化作用流行病學調查表明，攝入富含維生素E的食品能夠降低心血管疾病的發(fā)病率，然而，一些大規(guī)模的干預試驗卻得到相反結論。人工干預男性吸煙志愿者5~8年期間每天補充維生素E，發(fā)現(xiàn)維生素E干預對男性吸煙者的總體死亡率并沒有影響，卻增加了血性中風所導致的死亡率［11］。維生素E表現(xiàn)出的這種兩面性可能與其復雜的生理功能和化學行為有關。維生素E與過氧亞硝酸鹽和超氧化物反應后生成維生素E自由基，進而誘導脂質過氧化的發(fā)生。當有其他抗氧化劑存在時，維生素E自由基將會被還原為維生素E，促氧化作用被抑制，然而，當維生素E含量較高，氧化應激條件較顯著時，維生素E自由基生成速度大于其他抗氧化劑將其還原的速度，抗氧化系統(tǒng)平衡被打破，維生素E則表現(xiàn)出促氧化作用［14］。Bakir等［15,16］研究了維生素E在亞油酸-Cu2+體系和亞油酸-Cu2+-維生素C鹽體系中抗氧化/促氧化作用，結果表明，在較低濃度時維生素E呈現(xiàn)抗氧化作用，濃度升高，促氧化行為明顯，添加槲皮素或異鼠李素，能夠抑制高濃度時維生素E的促氧化作用。Nadeem等［17］利用體外試驗和脂蛋白離體模型在研究極低密度脂蛋白(VLDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)氧化時，發(fā)現(xiàn)添加a-生育酚和Y-生育酚抑制了VLDL和LDL氧化，卻促進了HDL的氧化。類胡蘿卜素的促氧化作用Car在一定條件下可由抗氧化劑轉變?yōu)榇傺趸瘎?，主要影響因素包括Car濃度、所處環(huán)境氧分壓和Car氧化產物［18］。在大量細胞試驗中，都發(fā)現(xiàn)了P-胡蘿卜素對細胞內脂質、DNA和蛋白質不同程度的氧化損傷，證實了其促氧化作用［19］。除細胞試驗外，體內試驗也有同樣結論。在芬蘭曾進行了一項長期P-胡蘿卜素干預試驗，29133名50~69歲男性吸煙者每天攝入20mg0-胡蘿卜素，干預期持續(xù)5~8年，結果發(fā)現(xiàn)，肺癌患病率升高了18%，總死亡率升高了8%［20］。高氧分壓條件下Car的促氧化行為可以用Car自由基化學的相關理論來解釋［18,20］。大量的共軛雙鍵使得Car更易受到自由基的攻擊,Car與自由基(以脂質過氧化自由基為例：LOO?)的反應可分為3種類型：電子轉移(Car+LOO?-Ca「++LOO—)、抽氫反應(Car+LOO?-Car?+LOOH)和加合物生成(Car+LOO?f［Car-LOO］?)。低氧分壓條件下,Car與LOO?反應生成Car-LOO,阻斷了自由基鏈式反應，Car起抗氧化作用；高氧分壓條件下,Car?和［Car-LOO］?發(fā)生自氧化反應，生成Car-OO?和Car-LOO-OO?(Car?+O2fCar-OO?；［Car-LOO］?+O2fCar-LOO-OO?)，后者可與不飽和脂肪酸(LH)發(fā)生反應：Car-OO?+LHfCar-OOH+L?；Car-LOO-OO?+LHfCar-LOO-OOH+L?；L?+O2fLOO?，從而誘導脂質發(fā)生過氧化擴增反應。此外，在ROS存在下，高濃度Car的促氧化行為還與其氧化產物有關，這些化合物能夠阻礙線粒體正常工作，打破線粒體中氧化還原的平衡，引起細胞的呼吸爆發(fā)與凋亡，具有一定的細胞毒性和遺傳毒性(附圖)［21］。近年來，許多研究都證實了類胡蘿卜素氧化產物的促氧化毒性，Kalariya等［22］表明，類胡蘿卜素衍生醛能夠誘導氧化應激，導致人類視網膜色素上皮細胞的凋亡；Alija等［23］證實了P-胡蘿卜素氧化產物對鼠原代肝細胞的細胞毒性和遺傳毒性。酚類化合物的促氧化作用在植物源食物中酚類化合物分布廣、種類多、含量差異大，具有良好的抗氧化性，多是食品功能性成分，但酚類化合物在一定條件下也會表現(xiàn)出促氧化作用。以黃酮類化合物為例，其促氧化行為受以下因素影響［9］：分子結構。黃酮類物質的促氧化行為被認為與分子中羥基的總數(shù)直接成正比，一般而言，單或雙羥基黃酮檢測不到促氧化活性，而多羥基黃酮會使芬頓反應產生的羥基自由基顯著增加。（2）濃度。Yen等［24］研究了槲皮素、柚皮素、橙皮素和桑色素在人類淋巴細胞中的促氧化活性。當添加的柚皮素和橙皮素濃度范圍在0~200pmol/L時，檢測不到H2O2濃度；當槲皮素和桑色素添加濃度范圍分別為25~200pmol/L和125~200pmol/L時，能夠檢測到H2O2濃度增加。超氧化物陰離子自由基和脂質過氧化作用的產品（硫代巴比土酸反應）的濃度隨著這些黃酮類化合物濃度的增加而增加。此外，這些化合物能夠誘導DNA鏈斷裂，也具有劑量-效應關系。（3）過渡金屬的存在。體內氧化過程如果有游離的過渡金屬離子參與，黃酮類化合物則表現(xiàn)出一定的促氧化作用。人體組織受傷后釋放的銅離子與黃酮反應，生成亞銅離子，從而啟動自由基反應，導致動脈粥樣硬化等病變。另一方面，黃酮在發(fā)生自氧化時，表現(xiàn)出的促氧化作用也離不開過渡金屬的作用。Hajji等［25］表明，槲皮素在中性pH和過渡金屬離子的存在下能夠發(fā)生自氧化反應，且伴隨著H2O2的快速積累。（4）黃酮苯氧基自由基的生成。黃酮類化合物可以清除ROS,反應生成的黃酮苯氧基自由基，化學性質十分活潑，可發(fā)生進一步氧化反應，生成相對更穩(wěn)定的黃酮醌。黃酮醌仍可通過與親核試劑（如谷胱甘肽、半胱氨酸和DNA）結合達到更穩(wěn)定的狀態(tài)。正確認識天然抗氧化劑的兩面性近年來，國內外學者對天然抗氧化劑的抗氧化作用給予了極大關注。大量的試驗研究表明，抗氧化劑既可作為還原劑，又可作為氧化劑來參與體內或體外的氧化還原反應。適量的抗氧化劑可以清除體內過多的ROS，但過量的抗氧化劑能夠引起體內“抗氧化應激”，對生物大分子造成損傷，誘發(fā)相關疾病。然而，如果一味地認為抗氧化劑的促氧化作用對人體不利，這是對抗氧化劑的誤解，因為ROS本身也具有兩面性［26］。加強對天然抗氧化劑的促氧化作用與人類健康的研究最近的一些研究結果表明，抗氧化劑的促氧化活性在抗癌作用和誘導癌細胞凋亡方面起著重要作用，而非抗氧化作用［27］，未來關于天然抗氧化劑的促氧化研究任務依然艱巨。?【相關文獻】[1]PoljsakB，MilisavI.Oxidizedformsofdietaryantioxidants：Friendsorfoes?[J].TrendsinFoodScience&Technology，2014，39(2)：156-166.BastA，HaenenGRMM.Tenmisconceptionsaboutantioxidants[J].TrendsinPharmacologicalSciences，2013，34(8)：430-436.DayBJ.Antioxidanttherapeutics：Pandora'sbox[J].FreeRadicalBiologyandMedicine，2014，66：58-64.HalliwellB.Biochemistryofoxidativestress[J].BiochemicalSocietyTransactions，2007，35(5)：1147-1150.KhlebnikovAI，etal.Improvedquantitativestructure-activityrelationshipmodelstopredictantioxidantactivityofflavonoidsinchemical，enzymatic，andcellularsystems[J].Bioorganic&MedicinalChemistry，2007，15(4)：1749-1770.PadayattySJ，etal.VitaminCasanantioxidant：evaluationofitsroleindiseaseprevention[J].JournaloftheAmericanCollegeofNutrition，2003，22(1)：18-35.TraberMG，AtkinsonJ.VitaminE，antioxidantandnothingmore[J].FreeRadicalBiologyandMedicine，2007，43(1)：4-15.StahlW，SiesH.Antioxidantactivityofcarotenoids[J].MolecularAspectsofMedicine，2003，24(6)：345-351.ProchazkovaD,etal.Antioxidantandprooxidantpropertiesofflavonoids[J].Fitoterapia,2011，82(4)：513-523.孫寶國?食品添加劑(第二版)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.RietjensIMCM，BoersmaMG，HaanL，etal.Thepro-oxidantchemistryofthenaturalantioxidantsvitaminC，vitaminE，carotenoidsandflavonoids[J].EnvironmentalToxicologyandPharmacology，2002，11(3)：321-333.KangMJ，LeeSS，KohHC.ProoxidantpropertiesofascorbicacidinthenigrostriataldopaminergicsystemofC57BL/6mice[J].Toxicology，2012，294(1)：1-8.HiningerI，WatersR，OsmanM，etal.AcuteprooxidanteffectsofvitaminCinEDTAchelationtherapyandlong-termantioxidantbenefitsoftherapy[J].FreeRadicalBiologyandMedicine，2005，38(12)：1565-1570.VillanuevaC，KrossRD.Antioxidant-inducedstress[J].InternationalJournalofMolecularSciences，2012，13(2)：2091-2109.BakirT,etal.Antioxidantandprooxidanteffectsofa-tocopherolinalinoleicacid-copper(II)-ascorbatesystem[J].EuropeanJournalofLipidScienceandTechnology，2013，115(3)：372-376.BakirT，etal.Antioxidant/prooxidanteffectsofa-tocopherol，quercetinandisorhamnetinonlinoleicacidperoxidationinducedbyCu(II)andH2O2[J].InternationalJournalofFoodSciencesandNutrition，2014，65(2)：226-234.NadeemN,WoodsideJV,KellyS,etal.Thetwofacesofa-andy-tocopherols:aninvitroandexvivoinvestigationintoVLDL，LDLandHDLoxidation[J].TheJournalofNutritionalBiochemistry，2012，23(7):845-851.BohmF,EdgeR,TruscottG.Interactionsofdietarycarotenoidswithactivated(singlet)oxygenandfreeradicals:potentialeffectsforhumanhealth[J].MolecularNutrition&FoodResearch，2012，56(2):205-216.PalozzaP,SeriniS,DiNicuoloF,etal.Prooxidanteffectsofp-caroteneinculturedcells[J].Molecularaspectsofmedicine，2003，24(6):353-362.JomovaK，ValkoM.Healthprotectiveeffectsofcarotenoidsandtheirinteractionswithotherbiologicalantioxidants[J].EuropeanJournalofMedicinalChemistry，2013，70:102-110.SiemsW，etal.p-Carotenebreakdownproductsmayimpairmitochondrialfunctions—potentialsideeffectsofhigh-dose