黑米花青素生物活性研究进展

作者: 吕秋洁 甘钊生 车桂珍 饶洁雯

摘 要:黑米含有花青素等生物活性物质,在我国种植广泛、产量较高。本文主要简述了黑米花青素的抗氧化、抗肿瘤、抗菌、调节血脂、增强视力、保护肝脏、抗哮喘、预防动脉粥样硬化等生物活性,为黑米及黑米花青素的产品研发提供理论依据。

关键词:黑米;黑米花青素;生物活性

Research Progress on the Bioactive of Anthocyanins in

Black Rice

LYU Qiujie, GAN Zhaosheng, CHE Guizhen, RAO Jiewen

(Maoming Vocational and Technical College, Maoming 525000, China)

Abstract: Black rice contains anthocyanins and other bioactive substances, which are widely cultivated in China with high yield. In this paper, the effects of black rice anthocyanins on oxidation, anti-tumor, anti-bacteria, regulation of blood lipids, enhancement of vision, protection of liver, anti-asthma, prevention of atherosclerosis were briefly described, providing a theoretical basis for the development of black rice and black rice anthocyanins.

Keywords: black rice; anthocyanins in black rice; bioactive

黑米也称为血米、乌米,属于稻科植物中长时间培育形成的一种特色品种。黑米稻粒长椭圆,壳灰褐,分籼粳,属非糯性稻米。黑米具有健脾暖肝、明目活血、滋阴补肾等保健功效,在《本草纲目》中也有所记录,因此在民间被称为“珍贡米”或者“药米”[1]。

黑米在我国有1 500多年种植历史,主要种植区分布在我国的云南、贵州、广东、福建等省(自治区、直辖市),云南的景谷紫米、贵州的惠水黑米、广西的东兰墨米等是我国珍稀黑米品种。据统计,我国所拥有的黑米种类占全球400多种黑米品种的60%以上,可见我国的黑米品种资源十分丰富。

1 黑米花青素的组成

黑米中的花青素,主要以花色苷的形式存在。鲍晓亮[2]采用响应面法优化超声波协同辅助提取法,测得黑米中花青素的提取率最高为2.411%;娄秋艳[3]分析发现,黑米花青素主要成分包括矢车菊素-3-葡萄糖苷(占81.99%)、矢车菊素-3,5-二葡萄糖苷、矢车菊素-飞燕草素-己糖苷、矢车菊素-3-芸香糖苷、芍药素-3-葡萄糖苷和芍药素-3-芸香糖苷等。

2 黑米花青素的生物活性

黑米花青素具有多种生物活性,包括抗氧化、抗肿瘤、抗菌、调节血脂、增强视力、保护肝脏、抗哮喘、预防动脉粥样硬化等,现简述如下。

2.1 抗氧化

2.1.1 体内氧化

石娟等[4]研究表明,黑米花青素能够显著提高小白鼠的脾和胸腺指数,增强小白鼠体内血清、肝脏、心脏和肾脏的总抗氧化能力,同时提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化酶的活性,降低丙二醛和羟自由基的含量,进一步保护细胞免受氧化损伤。

2.1.2 体外氧化

娄秋艳[3]的研究显示,黑米花青素具有很强的抗氧化能力,能有效清除自由基,抵抗脂质过氧化,抗氧化能力从高到低依次为维生素C>矢车菊素-3-葡萄糖苷>黑米花青素的粗提取物。

2.2 抗肿瘤

研究显示,花青素有助于阻止肿瘤细胞的扩散,进而保护健康细胞,其特殊的B环邻二苯酚结构,对抑制肿瘤的生长和转移具有积极作用[3]。

2.2.1 抗乳腺癌

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一,在20~29岁的女性中是导致其死亡的主要癌症类型之一。

陈祥燕[5]选取了HER-2阳性乳腺癌细胞株MDA-MB-453,应用黑米花青素、鼠肉瘤/快速加速纤维肉瘤/丝裂原活化蛋白激酶(Rat Sarcoma/Rapidly Accelerated Fibrosarcoma/Mitogen-Activated Protein Kinase,RAS/RAF/MAPK)通路化学抑制剂以及小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)来干扰RAF/MAPK通路,结果表明黑米花青素对乳腺肿瘤微血管生成有抑制作用,有效遏制瘤组织的增殖活性,进而在宏观层面上对移植瘤的生长速度起到了显著的抑制作用。于斌[6]在Balb/c裸鼠身上构建了MDA-MB-453人乳腺癌细胞系的移植瘤模型,研究结果显示,黑米花青素能抑制人表皮生长因子受体-2受体(Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 receptor,HER-2/neu)过度表达的人乳腺癌移植瘤中微血管的形成。韩彬等[7]的研究表明,通过建立MDA-MB-453裸鼠异种移植瘤模型,黑米花青素可以阻止HER-2阳性乳腺癌在肺部的转移。这些实验结果充分证明了黑米花青素在抗癌领域的潜在应用价值。

2.2.2 抗结肠癌

刘春远等[8]通过使用MTT法和流式细胞分析技术,发现在RPMI-1640培养液中黑米花青素的浓度分别为50 g·mL-1、100 g·mL-1、150 g·mL-1、200 g·mL-1时,G2/M期细胞所占比例依次为30.0%、44.3%、49.5%、54.0%。这表明黑米花青素能够抑制结肠癌细胞SW480的增殖、阻碍细胞周期的进行以及促进细胞凋亡。

2.3 抗菌

娄秋艳[3]以滤纸片法研究得出黑米花青素提取物对金黄色葡萄球菌和沙门氏菌的抑制效果明显,且对沙门氏菌的抑制效果优于金黄色葡萄球菌。

2.4 调节血脂

牟海英等[9]招募了90名高脂血症患者作为志愿者,分别口服含有黑米花色苷、纯品花色苷和安慰剂的胶囊,结果显示黑米花色苷和纯品花色苷对改善高脂血症患者血脂以及降低体内氧化应激水平的作用程度有所不同。

卓学铭[10]使用黑米(红米)花色苷提取物和黑米(红米)米糠作为实验材料,对高血脂和高血糖模型的小鼠进行了专门的饮食喂养。实验结果表明,小鼠的总胆固醇含量显著降低,低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯水平也呈下降趋势,血糖水平亦有明显下降,而高密度脂蛋白胆固醇含量显著提升。这表明黑米花色苷类化合物具有调节血脂和血糖的潜力。

2.5 增强视力

程强[11]利用自行制作的光引起视网膜损伤模型对SPF级别的雄性SD大鼠进行实验,通过观察视网膜电图(Electroretinogram,ERG)波幅值和视网膜外核层(Outer Nuclear Layer,ONL)细胞层数来表征视网膜受损的情况。研究结果显示,无论是灌胃给药还是滴眼给药,都能有效预防视网膜光损伤。

余小平等[12-13]从核因子-κB(Nuclear Factor kappa-B,NF-κB)和激活蛋白-1(Activating Protein-1,AP-1)的表达变化角度探究黑米花青素对视网膜光化学损伤的分子机制,发现黑米花青素可能通过提升视网膜NF-κB和AP-1的表达水平及活性,从而抑制感光细胞的凋亡,避免光化学伤害以维护视网膜健康。

2.6 保护肝脏

Wistar雄性大鼠在摄入酒精后,对于评估肝功能至关重要的指标,如血清中的谷草转氨酶(Aspartate Aminotransferase,AST)、丙氨酸氨基转移酶(Alanine Aminotransferase,ALT)和γ-谷氨酰转肽酶(Gamma-Glutamyl Transpeptidase,GGT)的含量明显增加,同时肝脏组织中丙二醛(Malondialdehyde,MDA)水平显著升高。当给予黑米花色苷提取物干预后,血清中AST、ALT和GGT酶活性以及肝脏中MDA水平、三酰甘油(Triglyceride,TG)和总胆固醇(Total Cholesterol,TCH)含量均显著降低。花色苷对干预组的影响表现为维持了正常的抗氧化系统功能,干预组大鼠的谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽-S-转移酶的活性均在正常范围内。这说明黑米花色苷提取物能够缓解酒精所造成的损害,显著减轻了酒精对生物体脂质代谢和抗氧化系统的不良影响[14]。

侯方丽等[15]研究黑米花色苷对四氯化碳亚急性肝损伤的保护作用及其机制发现,黑米花青素能够明显降低ALT和AST活性,同时减少血清和肝脏中MDA的生成量,显示出其对肝脏的保护作用。此外,谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性有所增强,肝脏组织的总抗氧化能力也显著提高。侯方丽[16]研究黑米花色苷对CCl4诱导小鼠肝损伤的保护作用及其抗氧化机制发现,不同剂量和类型的黑米花色苷均能提高细胞存活率,且随着浓度的增加,保护效果逐渐增强,花色苷类型显著影响作用效果。

2.7 其他功效

在哮喘小鼠模型中,黑米花青素显著抑制了肺部炎症细胞的浸润,显示出对哮喘的抑制作用[17]。当应用于大鼠胰岛素抵抗模型时,黑米花色苷提取物展现出一定的预防和改善胰岛素抵抗的作用[18]。黑米花青素提取物还能增强ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化斑块的稳定性[19]。

3 结语

随着环境和生活方式的改变,高血脂、肝病、癌症等疾病的发病概率逐年上升,并呈年轻化的趋势。黑米中的花青素具备抗氧化、抗肿瘤、抗菌、调节血脂、增强视力、保护肝脏、抗哮喘、预防动脉粥样硬化的功效,且我国黑米品种丰富、产量较高,其在保健食品和药品中的应用潜力应该得到重视。

参考文献

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[3]娄秋艳.黑米花青素的组成、对益生菌和致病菌的活性研究[D].合肥:合肥工业大学,2017.

[4]石娟,张曼莉,孙汉巨,等.黑米花青素体内抗氧化研究[J].食品工业科技,2015,36(5):348-351.

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[6]于斌.黑米花青素对HER-2/neu高表达乳腺癌血管生成的抑制作用及其机理研究[D].重庆:第三军医大学,2010.

[7]韩彬,罗丽萍,陈祥燕,等.黑米花青素对祼小鼠HER-2阳性乳腺癌肺转移的影响研究[J].营养学报,2014,36(3):258-262.

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[13]余小平,陈玮,李帅,等. AP-1表达变化在黑米花青素防护大鼠视网膜光化学损伤中的作用[C]//中国西部第六届营养与健康学术会议论文集.乌鲁木齐:新疆维吾尔自治区营养学会,2011:12-15.

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[16]侯方丽.黑米花色苷对CCl4诱导小鼠肝损伤的保护作用及其抗氧化机制[D].武汉:华中农业大学,2009.

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[19]余小平,夏效东,夏敏,等.黑米皮花色苷对动脉硬化斑块稳定性影响[J].中国公共卫生,2006,22(2):155-156.

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