類胡蘿卜素β-隱黃質(zhì)結(jié)構(gòu)組成及生物功能概述

陳利青 ，宋利文，高 民

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

類胡蘿卜素（carotenoids）是一類重要的天然色素的總稱，在自然界中廣泛存在，目前大約發(fā)現(xiàn)700種左右，普遍存在于動物、高等植物、真菌、藻類的黃色、橙紅色或紅色的色素之中。類胡蘿卜素是體內(nèi)VA的主要來源，同時還具有抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、抗癌、延緩衰老等功效。類胡蘿卜素根據(jù)化學結(jié)構(gòu)不同可以分為兩大類，一類是胡蘿卜素，另一類是葉黃素［1］。它們在動物體內(nèi)具有多種重要的生物學活性，但因其是進行光合作用的生物產(chǎn)生的親脂性色素，所以動物自身不能合成類胡蘿卜素［2］。

β-隱黃質(zhì)（β-cryptoxanthin）是常見的類胡蘿卜素之一，在水果、人體血液和組織中均有發(fā)現(xiàn)。β-隱黃質(zhì)存在于橘子、木瓜、南瓜、柿子、葉類蔬菜和一些黃色的動物性食品中，如蛋黃和黃油。因此，β-隱黃質(zhì)的來源較廣。作為類胡蘿卜素家族的一員，β-隱黃質(zhì)也可以被用作動物飼料的著色劑。此外，由于它具有VA原的活性，也可以用作VA的替代品等。由于β-胡蘿卜素的研究報道較多［2］，而β-隱黃質(zhì)報道較少，所以筆者主要就β-隱黃質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成和生物功能進行了綜述，旨在為全面了解類胡蘿卜素提供參考。

1 結(jié)構(gòu)

β-隱黃質(zhì)又稱隱黃質(zhì)，它通過2個含有4個甲基20個碳的分子對尾連接而成，分子式為C40H56O，相對分子質(zhì)量為552.88，熔點為158～159℃，屬于氧化型的類胡蘿卜素，含有羥基等氧代基團［3］，是葉黃素類的一種，在溶液中和游離狀態(tài)下顯現(xiàn)為黃橙色。β-隱黃質(zhì)由8個異戊二烯單位連接而成，在分子結(jié)構(gòu)的中心，其各相連的單位是由于C1和C6的位置關(guān)系發(fā)生翻轉(zhuǎn)，把甲基傳遞給C20和C20′，而保留C1和C5上的甲基所組成的。其最明顯的特征是具有較長的多烯鏈。與葉黃素和玉米黃素相比，隱黃質(zhì)少了一個羥基，這也決定了它們性質(zhì)的不同。

與大多數(shù)類胡蘿卜素類似，β-隱黃質(zhì)純凈物不穩(wěn)定，而其酯化形式較穩(wěn)定。常見的酯化形式是β-隱黃質(zhì)月桂酸酯、β-隱黃質(zhì)棕櫚酸酯和β-隱黃質(zhì)肉豆蔻酸酯［4］，類胡蘿卜素，特別是葉黃素，易被紫外線和光［5］降解或異構(gòu)化，但在食品基質(zhì)中較為穩(wěn)定［4］，因此，長時間暴露在空氣中的高溫環(huán)境，類胡蘿卜素的活力會顯著下降。

2 來源

β-隱黃質(zhì)的來源主要有2個，一個是天然來源，另一個是人工來源。

天然來源：β-隱黃質(zhì)不只存在于高等植物、真菌、藍藻等中，也存在于柑橘類水果、南瓜、柿子、葉類蔬菜和一些黃色的動物性食品中。食物中β-隱黃質(zhì)的主要來源為柑橘類水果［4］，此外，玉米、木瓜、芒果等水果中也發(fā)現(xiàn)了一定濃度的β-隱黃質(zhì)。人體內(nèi)獲得β-隱黃質(zhì)的途徑主要是通過對橘子的攝取［6］。水果中的β-隱黃質(zhì)含量取決于水果的種類、品種、環(huán)境、成熟階段和季節(jié)等因素［6］。

人工來源：由于所有類胡蘿卜素都來源于類異戊二烯或類萜途徑，因此，采用人工合成方法將其他類胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為β-隱黃質(zhì)是常見的獲取途徑。

3 β-隱黃質(zhì)的分離純化

β-隱黃質(zhì)屬于葉黃素類。植物中的類胡蘿卜素種類十分豐富，結(jié)構(gòu)差別小，且由于其長鏈的多不飽和結(jié)構(gòu)，對環(huán)境因素（如熱、光、氧氣和各種添加劑等）非常敏感，天然狀態(tài)下以全反式結(jié)構(gòu)為主，提取純化過程中容易發(fā)生異構(gòu)化和降解。類胡蘿卜素容易與葉綠素及中性脂肪酸類等脂溶性物質(zhì)混雜在一起，因而增加了其提取、分離和純化的難度，通常采用皂化法以除去提取物中的脂類和葉綠素來簡化類胡蘿卜素的分離，隨后采用紙層析、柱層析、薄層層析和制備型高效液相色譜來純化，并采用光譜和波譜手段來鑒定。

4 功能

4.1 抗氧化功能

β-隱黃質(zhì)具有抗氧化作用，它是單線態(tài)氧和其他類型氧自由基的優(yōu)良去除劑，也是良好的活性氧淬滅劑［7］。作為抗氧化劑，它能有效地抵御器官和組織的氧化損傷。其在細胞間信息溝通中也發(fā)揮重要作用［8］，并在維持骨骼健康方面有獨特的功能［9］，如可能有助于改善骨密度和骨強度，同時也可能對骨形成有刺激作用。但是，β-隱黃質(zhì)明確的功能是作為VA的前體物來發(fā)揮其生物學功能。

4.2 生理功能

β-隱黃質(zhì)在人體內(nèi)分布廣泛，其中，在血液、肺、皮膚以及口腔黏膜細胞中都有檢出。β-隱黃質(zhì)的生理作用主要體現(xiàn)在它的藥用性能上。近年來，大量流行病學的調(diào)查和研究表明，隱黃質(zhì)在抗癌、誘殺癌細胞、抗氧化減少心血管疾病發(fā)病率、增強免疫功能等方面具有獨特的生理功能［3］。

蛋白質(zhì)是生命活動的基礎(chǔ)，因此生物體的營養(yǎng)代謝離不開蛋白質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn)，β-隱黃質(zhì)可以促進人體蛋白質(zhì)的合成，防止人體蛋白質(zhì)的流失，增強人體的免疫能力。而進行動物試驗之后發(fā)現(xiàn)，β-隱黃質(zhì)還可以有效緩解因多種原因引起的骨質(zhì)疏松，改善骨質(zhì)。例如，通過對去卵巢骨質(zhì)疏松模型大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，β-隱黃質(zhì)可以改善骨質(zhì)量，抑制大鼠去卵巢骨質(zhì)疏松的發(fā)生，具有類似雌激素的效應(yīng)［3］。

4.3 抗癌功能

目前，很多流行病學調(diào)查表明，人類飲食中如果攝入水果和蔬菜比較多，則會降低患癌癥的風險。尤其是富含胡蘿卜素的生鮮蔬菜、洋蔥和橘子。歐洲曾對52萬名男女（包括330例胃癌患者）進行調(diào)查研究，結(jié)果表明，柑橘在預防胃癌的發(fā)生中起著積極的作用。在荷蘭，關(guān)于蔬菜和水果攝入量和食道癌、胃癌的平行性風險隊列研究表明，柑橘類水果的攝入量和食管癌、胃癌之間存在負相關(guān)。這些研究都表明，柑橘類水果有抗胃癌的作用［10］。

近年來，關(guān)于類胡蘿卜素防癌抗癌機理的研究主要有：抗炎癥反應(yīng)、抗氧化作用、誘導凋亡、增加細胞與細胞間的縫間連接交流、調(diào)控細胞周期、調(diào)控Wnt/β－Catenin信號通路、調(diào)節(jié)核因子、調(diào)控Ⅰ期和Ⅱ期酶的活性、抑制癌細胞增殖、抑制血管生成和調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等［10］，由于癌癥的發(fā)生大多歸因于DNA的損傷，而氧化脅迫是DNA損傷的重要原因之一，目前有關(guān)β-隱黃質(zhì)抗癌方面的研究都集中在它的抗氧化性質(zhì)上。β-隱黃質(zhì)也是一種活性物質(zhì)，可以保護生物分子（包括脂類、蛋白質(zhì)和核酸）免受自由基的攻擊，β-隱黃質(zhì)作為食源性抗氧化劑，它可能能夠清除胃腸道中多余的ROS，保護胃腸道微生物菌群的平衡，從而可以減少患癌癥的風險。由于β-隱黃質(zhì)參與了細胞內(nèi)分子的轉(zhuǎn)錄過程，它的抗癌機理可能在于通過改變激素和生長因子發(fā)出的信號、對細胞周期的調(diào)節(jié)機制、對細胞分化和細胞凋亡的調(diào)節(jié)［2］來改變細胞生長和死亡從而達到防癌、抗癌作用。因此，β-隱黃質(zhì)是一種良好的抗癌因子，尤其是對吸煙引起的肺癌有獨特的療效［11］。

5 表觀生物利用率

測定β-隱黃質(zhì)表觀生物利用率最簡單的方法是確定富含β-隱黃質(zhì)食物的攝入率，之后測定這些個體血漿中β-隱黃質(zhì)的濃度，通過以下公式計算表觀生物利用率：表觀生物利用率=血漿濃度/膳食攝入量。

很顯然該方法存在很大潛在的問題，原因就在于類胡蘿卜素被吸收后部分可能儲存在組織中或代謝成VA，但是，在類胡蘿卜素的表觀相對生物利用率的眾多研究中，β-隱黃質(zhì)比α-胡蘿卜素或β-胡蘿卜素的表觀生物利用率要高。其原因在于β-隱黃質(zhì)比其他2種吸收較好。首先，β-隱黃質(zhì)常見的來源是水果，而β-胡蘿卜素和α-胡蘿卜素的常見來源是蔬菜，類胡蘿卜素從果實轉(zhuǎn)化為VA往往比從蔬菜轉(zhuǎn)化為VA更容易。還有研究表明，類胡蘿卜素溶解在水果的有機溶劑中，這比與綠葉蔬菜的葉綠體結(jié)合的類胡蘿卜素更容易被吸收［12］。 此外，清道夫受體 B1（scevenger receptor class B type 1，SRB1）優(yōu)先促進葉黃素吸收，如 β-隱黃質(zhì)［13］。最后，摻入混合膠束中的類胡蘿卜素的位置取決于它的疏水性。β-隱黃質(zhì)比β-胡蘿卜素和α-胡蘿卜素更具有疏水性質(zhì)［4］。因此，它是位于膠束外部，更易溶于腸道環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，同等條件下，在體外消化過程中形成膠束的β-隱黃質(zhì)百分比約相當于形成β-胡蘿卜素的量的3倍［14］。

6 β-隱黃質(zhì)轉(zhuǎn)化為VA的機理

VA能夠促進胎兒生長發(fā)育，維持正常免疫功能，保證上皮細胞健康，促進紅細胞生成、復制和視覺功能發(fā)揮作用。在許多發(fā)展中國家中，VA缺乏是一個非常突出的健康問題，其中，VA攝入量不足是導致幼兒失明和死亡的主要原因。類胡蘿卜素（特別是β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素和β-隱黃質(zhì)）是非常重要的VA合成的來源。因此，了解飲食中類胡蘿卜素如何轉(zhuǎn)化為VA有非常重要的現(xiàn)實意義。

一些研究表明，參與β-胡蘿卜素和β-隱黃質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)化成VA的酶是同一種，雖然不同的動力學表明β-隱黃質(zhì)不是這些酶的首選靶標，但有幾種β-隱黃質(zhì)可以形成VA的機制。在第一個機制里，β-隱黃質(zhì)是由β-胡蘿卜素15在中心切解，15′-氧化酶（BCO1）轉(zhuǎn)化成視黃醛，然后水解成視黃醇。盡管活性較差，但BCO1是β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為VA最重要的切割酶，還能切割β-隱黃質(zhì)［15］。 在第二種機制中，β-胡蘿卜素-9′，10′-加氧酶（BCO2）將類胡蘿卜素裂解成為視黃醛，或先成為脫輔基胡蘿卜素然后裂解為視黃醛［16］。對BCO2活性的研究發(fā)現(xiàn)，BCO2裂解β-隱黃質(zhì)，但比作用在玉米黃質(zhì)和葉黃素的活性弱。最近，第三種機制已經(jīng)提出：BCO2裂解β-隱黃質(zhì)成為脫輔基胡蘿卜素，然后BCO1再把脫輔基胡蘿卜素裂解為視黃醛［16］。

類胡蘿卜素裂解酶的動力學受遺傳多態(tài)性的影響。有幾項研究證明了BCO1的單核苷酸多態(tài)性，特別是BCO1可以改變β-胡蘿卜素形成VA的量。盡管葉黃素不能轉(zhuǎn)化為VA，也不是BCO1較好的底物，但BCO1的遺傳多態(tài)性可以影響葉黃素的代謝。有少部分對β-隱黃質(zhì)的遺傳多態(tài)性影響的研究，這些研究表明，一些影響β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)換的相同的多態(tài)性也影響β-隱黃質(zhì)。此外，到目前為止確定的遺傳多態(tài)性對β-隱黃質(zhì)代謝似乎沒有像對β-胡蘿卜素代謝影響大。更多研究需要通過類胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為VA與其遺傳和表觀遺傳因素影響這種轉(zhuǎn)換的效率來確定其中的機制。

7 β-隱黃質(zhì)與β-胡蘿卜素維持VA功效比較

飼喂缺乏VA飼料的沙鼠在維持VA水平上的一系列研究中發(fā)現(xiàn)，玉米中β-隱黃質(zhì)與β-胡蘿卜素的效果一樣好，甚至更好。另一項研究中分別給3組沙鼠喂食低含量VA、低含量類胡蘿卜素的凍干水果（如香蕉、芒果、柑橘、番木瓜等）、低含量VA的補充物。結(jié)果顯示，喂食凍干水果的沙鼠，其VA的攝入量約是VA添加劑組的2倍［17］。大量維持VA濃度的水果試驗發(fā)現(xiàn)，在沙鼠血清和肝臟中，其含量最豐富的類胡蘿卜素不是β-胡蘿卜素就是β-隱黃質(zhì)。這些結(jié)果表明，在功能上比較，食物中β-隱黃質(zhì)與β-胡蘿卜素的食物在維持VA的水平上是一樣的。因此，動物試驗研究

表明，食物中的β-隱黃質(zhì)和β-胡蘿卜素作為VA的來源，其水平相當。

8 小結(jié)

綜上所述，在研究報道中不僅證明了食物中的β-隱黃質(zhì)容易被吸收，還有越來越多的證據(jù)表明β-隱黃質(zhì)可以大量的轉(zhuǎn)化成VA，此外，β-隱黃質(zhì)自身的作用也越來越為研究者高度重視，而著眼于在發(fā)揮β-隱黃質(zhì)的潛力上去提高VA的含量和提高其自身活性方面，還需要進一步發(fā)掘與深入研究。

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