天然类胡萝卜素的生物活性及保护作用

天然类胡萝卜素的生物活性及保护作用威廉•斯塔尔，赫尔穆特·瑟斯2004年9月1日接收，2004年12月8日修订，2004年12月16日确定，2004年12月28日可在线摘要类胡萝卜素是一类存在于大多数水果和蔬菜的天然脂溶性色素。

富含类胡萝卜素的饮食使多种疾病的风险较低。

本文研究类胡萝卜素的抗氧化活性及其对信号传导途径的影响，并探讨了其防御基本机制。

与β-胡萝卜素预防癌症和心血管疾病的有关干预研究的数据已经提出质疑的概念。

然而，有令人信服的证据表明，类胡萝卜素是抗氧化网络的重要组成部分。

光氧化损伤被认为是影响皮肤和眼睛的几种疾病的生物化学路径，而类胡萝卜素可以保护光暴露的组织。

叶黄素和玉米黄质是视网膜的主要类胡萝卜素，被认为是作为光防护剂，预防视网膜变性。

独特的分布，定位和高水平的类胡萝卜素在黄斑以及它们的物理化学特性使其成为防御的恰当选择。

β-胡萝卜素作为预防晒伤的保护剂，同时已被证明其单独或与其他类胡萝卜素和抗氧化剂维生素组合均有效。

保护作用在番茄红素含量丰富的饮食中也可体现。

关键词：类胡萝卜素；预防；疾病；信号；抗氧化剂1.简介充足的营养是一个人健康的生活方式和降低慢性疾病的发生风险的关键因素。

水果和蔬菜的消费量（每天五份“五天”）提出了维持最佳健康的食品，特别是有色食品。

从流行病学研究的数据一致显示，水果和蔬菜的摄入量和几种疾病如心血管病，眼科发病率，胃肠道或神经退行性疾病和某些类型的癌症之间呈负相关[ 1 ]。

目前已有假设不同的水果和蔬菜的膳食成分中，所谓的二次植物成分在疾病预防中发挥重要作用[ 2 ]。

这些植物化学物质，使植物具有明亮颜色。

在各种天然色素中，类胡萝卜素是由一个混合了[3], [4] 和[5]，并且有600多种不同结构的重要化合物组成。

2.类胡萝卜素类胡萝卜素属四萜类化合物，合成于植物和其他的光合生物，以及一些非光合细菌，酵母菌，霉菌。

大多数的类胡萝卜素是由一个中央的碳链的交替的单键和双键，并进行不同的循环或非循环的末端基团构成的。

其主要的生化功能是由共轭双键的扩展系统承担，他们同时也是颜色的来源[ 6 ]。

选定了类胡萝卜素在叶绿体光系统的组成，并且在防止对光氧化损伤植物方面扮演了重要角色]。

许多水果和鲜花的黄色，橙色和红色，是由含有类胡萝卜素且通常缺乏叶绿素的有色体引起的。

大量存在于植物包括叶片的一些叶绿素掩盖了类胡萝卜素的绿色部分。

许多动物中也有类胡萝卜素的存在，是鸟类，昆虫，鱼和甲壳动物重要的着色剂。

然而，动物和人类不能合成类胡萝卜素更新并且取决于膳食供应。

根据其化学成分分为胡萝卜素和叶黄素[ 4 ]。

β-胡萝卜素，α-胡萝卜素和番茄红素是胡萝卜素的主要成员，其中包括碳和氢原子组成的类胡萝卜素。

叶黄素是胡萝卜素的含氧衍生物。

叶黄素，玉米黄质，α和β-隐黄质，角黄素、虾青素是带有羟基和酮基的结构元的重要叶黄素。

根据双键的数量，一个阵列的顺式/反式（电子/数字）的配置是可能的一个给定的类胡萝卜素[ 8 ]。

在同质化的解决方案，往往会使类胡萝卜素形成混合物除了全反式的单-和聚-顺式异构体形式。

活性和立体化学两方面确定异构体模式。

纳入食品矩阵的化合物更加耐异构化。

一般来说，全反式形式是热力学最稳定的优越性质，但是血液和组织中存在着类胡萝卜素的几个顺式异构体[ 9 ]。

多数的类胡萝卜素含有手性中心，而且在各种立体异构形式出现。

在大多数植物中，由于定向合成是一种立体异构体的主导。

然而，有证据表明，动物中光学异构体可以相互转换；已在人类黄斑确定有[10]玉米黄质两种立体异构形式。

3.类胡萝卜素的生物学效应3.1.维生素A的活性类胡萝卜素可分为维生素A和非维生素A的化合物[ 4 ]和[ 11 ]。

西方饮食中的类胡萝卜素是β-胡萝卜素主要的维生素，而且α-胡萝卜素，β-隐黄素促进维生素A供给和可预防维生素A缺乏症。

维生素A对于促进生长发育，胚胎发育和视觉功能是必不可少的。

每日维生素A摄入量取决于饮食习惯和食物来源的贡献。

据估计，在第三世界国家由水果和蔬菜提供的类胡萝卜素占人们的总摄入量超过70%的维生素，而在西方社会的贡献则少得多。

然而，摄入量必须进行生物等效性评价，对摄入维生素A的类胡萝卜素的吸收，哪些部分切割，减少并最终可作为视黄醇或视黄酯[ 12 ]。

一些研究表明，生物等效性植物来源的维生素A 比使用膳食补充剂的研究预期的少的多。

生物利用度和代谢由几个因素，包括食品基体性能的影响，以及制备的食品，脂肪和纤维过剩，胃肠道的疾病或营养不良，维生素A营养状况。

有证据表明，针对不同手术不同的酶的切割位点是代谢类胡萝卜素和视网膜脱落。

β酶的克隆测序，β-胡萝卜素15,15′-（加氧酶）活性在鸡，果蝇，小鼠和人类有报道[ 13 ]和[ 14 ]。

裂解的效果，各种维生素A 化合物的底物特异性，以及遗传变异及其影响因素对类胡萝卜素的代谢酶表达的影响是通过类胡萝卜素测定维生素的个体变异。

3.2.类胡萝卜素和细胞信号细胞间的信号传递是协调多细胞生物体内的生物化学功能的前提条件，已证明膳食类胡萝卜素，对信号转导途径[ 15 ]具有生物活性的影响。

类胡萝卜素和（或）它们的代谢物影响某些基因的表达，或可能作为调节酶的抑制剂（已在本文中讨论这些化合物的抗癌特性）。

在体外，对白血病细胞生长抑制作用的观察时，番茄红素被应用于维生素D3 [16]的组合。

番茄红素和维生素E抑制人前列腺癌细胞株的生长[ 17 ]。

番茄红素对细胞增殖的抑制作用与细胞周期的进程延缓和减少IGF-I受体信号[ 18 ]明显相关。

番茄红素能降低细胞周期蛋白D的水平，导致视网膜母细胞瘤蛋白磷酸化降低[19]，一个与生长停滞相关的过程。

被给予的刺激作用通过间隙连接通讯类胡萝卜素产生了特别的关注（GJC）[20]和[21]。

缝隙连接是充满水的毛孔，连接相邻细胞的细胞质，允许低分子量化合物的交换。

其中的类胡萝卜素，β-胡萝卜素和角黄素β属于GJC最有效的刺激。

在细胞培养中，类胡萝卜素的可逆性地抑制致癌物引发细胞成纤维状转化的进程。

这种抑制作用被认为是与增加GJC这些化合物引起相关的。

GJC参与调控细胞的生长，分化和凋亡。

非肿瘤细胞接触抑制和功能GJC；然而大多数肿瘤细胞，有不正常的同源或异源GJC [22]。

复杂的缝隙连接通讯的调节与类胡萝卜素活性相关的机制尚不完全清楚。

类胡萝卜素诱导Ⅰ期和Ⅱ期代谢酶的作用，在对致癌物质的解毒中起到一定作用[15]。

有证据表明，番茄红素在各自的基因启动子区[ 23 ]通过路径依赖的转录因子Nrf2抗氧化反应元件刺激II相酶的表达。

这样的基因表达可能与类胡萝卜素的保护或不良性质有联系。

3.3.抗氧化活性有氧代谢过程中产生的活性氧和氮的种类。

他们会损伤重要的生物分子，如脂质，DNA或蛋白质，并且参与退行性疾病的生物化学路径[ 24 ]，[ 25 ]和[ 26 ]。

各种防御策略中，类胡萝卜素是最有可能参与清除活性氧，单线态氧（1O2）和过氧自由基的。

此外，他们的电子激发的敏化剂分子中的自由基和单线态氧[ 27 ]和[ 28]是有效钝化剂。

单重态氧猝灭的类胡萝卜素是通过物理或化学的淬火[ 29 ]和[ 30 ]发生的。

物理淬火涉及激发能量转移到类胡萝卜素，导致产生基态氧和激发三重态的类胡萝卜素。

激发的类胡萝卜素和周围的溶剂，得到的基态类胡萝卜素和热能的能量耗散。

在物理淬火的过程中，类胡萝卜素保持不变，可以进行进一步的单重态氧猝灭周期。

类胡萝卜素与单线态氧反应的速率常数在109M-1 s−1的范围内，即接近扩散控制。

β-胡萝卜素和其他类胡萝卜素是最有效的天然的1O2猝灭剂；它们的淬火活动与当前共轭双键的分子[ 31 ]数量密切相关，[ 32 ]，[ 33 ]和[ 34 ]。

类胡萝卜素能有效清除自由基，特别是在低的氧张力，并且有助于对脂质过氧化的[ 35 ]的防御。

特定条件下类胡萝卜素也可以作为促氧化剂。

这种性质在体外，以及在高水平的β-胡萝卜素补充剂的不利影响讨论的背景下已被确定。

生物体的抗氧化防御系统是一个复杂的网络，包括几种酶和非酶的抗氧化剂[ 36 ]。

有人提出，结构不同的化合物与可变的抗氧化活性之间的相互作用增加氧化应激，提供了额外的保护。

协同作用对UVA诱导的氧化应激，已表现在体外培养的人成纤维细胞的抗氧化剂的组合中，采用β-胡萝卜素为主要成分[ 37 ]。

在个别的抗氧化剂，维生素E，维生素C和β-胡萝卜素在清除活性氮物种[ 38 ]中表现出协同增效作用。

β-胡萝卜素和α之间的反应生成的生育酚也在膜模型[ 39 ]检查。

两种亲性抗氧化剂的组合，导致脂质过氧化的抑制作用显着大于其中一种产生影响的总和。

在多层脂质体测定抗氧化活性的类胡萝卜素的混合物，即测定硫代巴比妥酸反应物质[ 40 ]形成的抑制作用。

混合物比单一的化合物更有效，并且当番茄红素或叶黄素参与具有最显着的协同效应，。

混合物的卓越保护性能可能与不同类胡萝卜素膜中的具体定位有关。

3.4.类胡萝卜素的健康效应在体外和动物研究提供的证据表明，类胡萝卜素对于几类癌症有防御作用[ 41 ]。

这些符合流行病学的研究表明，在饮食中增加类胡萝卜素的消费量与不同类型的癌症风险降低有关。

此外，β-胡萝卜素的血清水平和减少例如肺癌等癌症风险之间的相关性。

然而，大多数的干预试验，β-胡萝卜素作为一个组件的补充并没有显示任何影响癌症[42]和[43]的现象。

一项在中国进行的研究观察到的保护作用[44]是例外。

有证据表明，在高风险的人群中，高剂量的β-胡萝卜素添加到人群中，如吸烟者或石棉工人，有证据表明，高剂量的β-胡萝卜素对抗肺癌的发生风险增加了45%。

这些干预试验的意外结果已被广泛讨论，并提出了几个假设来解释他们的结果。

应该注意的是，在干预结束时，对应用剂量超过了目前的正常膳食β-胡萝卜素摄入量的血液水平进行了测定，在研究中没有观察到不利的影响。

β-胡萝卜素与其他化合物，无论是类胡萝卜素或其他膳食成分的相互作用，可能发挥的作用。

它已经表明，作为风险相关的生物条件之一，β-胡萝卜素中苯甲酸钠的影响与肺癌的发生密切相关[28]，[47]和[48]。

最近，它已被证明在动物模型中，高剂量的β-胡萝卜素会影响可能与上文中提到的重要有致癌作用的视黄酸受体亚型的表达；当动物暴露于香烟烟雾这些影响更为明显[ 49 ]和[ 50 ]。

在观察性研究中，类胡萝卜素和前列腺癌之间的关系进行了检查，产生不同的结果[ 51 ]。

降低前列腺癌的发生风险与番茄和番茄制品中的高番茄红素消耗有关。

三项研究中，血液中的番茄红素水平测定报道了较高的番茄红素水平和降低前列腺癌风险之间的关联[ 51 ]。

已经表明基于干预研究，补充番茄红素或富含番茄红素的饮食可能会减少前列腺癌的增长[ 52 ]和[ 53 ]。