縮合單寧的生物活性及構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

■彭 凱 黃 文 戴文因，2

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所，廣東省畜禽育種與營(yíng)養(yǎng)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510640；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，廣東廣州 510640）

縮合單寧是植物來源的天然多酚類物質(zhì)，是一類由黃烷-3-醇或黃烷-3，4-二醇通過4→8（或4→6）CC鍵（或C-O-C鍵）縮合而形成的寡聚物或多聚物，又名原花青素。Terrill 等[1]通過對(duì)縮合單寧提取方法的改進(jìn)，認(rèn)為可將縮合單寧劃分為三類，即可提取縮合單寧、蛋白結(jié)合單寧和纖維結(jié)合單寧?？s合單寧普遍存在于植物細(xì)胞的液泡中[2]，廣泛分布在植物的皮、根、葉、花、果等組織，尤其在花和葉中含量較高?？s合單寧在熱帶和亞熱帶喬灌木中含量最高，豆科植物（如紅豆草、百脈根、小冠花）、油菜籽及高粱含量次之，小麥、白苜蓿和黃苜蓿等含量較低。

縮合單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)特性（如分子量大小、聚合度、空間構(gòu)型、分子連接方式等）決定了其生物活性，進(jìn)而影響了縮合單寧對(duì)動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控作用。例如，不同來源的縮合單寧對(duì)蛋白質(zhì)沉淀作用的效果不同，黃倩倩[3]研究表明，從紫色達(dá)利菊的葉和花中提取的縮合單寧，結(jié)合蛋白質(zhì)的能力高于從莖中提取的縮合單寧，原因是莖中縮合單寧的聚合度較高，高聚合度降低了縮合單寧結(jié)合蛋白質(zhì)的能力。另有研究報(bào)道，當(dāng)聚合度大于3時(shí)，縮合單寧的溶解度和抗氧化能力均隨著聚合度的增加而降低[4]。文章綜述了縮合單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)、生物功能及構(gòu)效關(guān)系，旨在為深化縮合單寧的生物功能研究以及開發(fā)縮合單寧作為一種新型飼料添加劑并加以推廣應(yīng)用提供參考。

1 縮合單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)

縮合單寧的分子量在1 000～20 000 u之間，常見的結(jié)構(gòu)組成單體包括兒茶素、表兒茶素、沒食子兒茶素和表沒食子兒茶素?？s合單寧單體之間的連接方式主要以C-C鍵為主（B型）[5]。在自然界中，縮合單寧以不同聚合度的同質(zhì)混合物形式存在[6]，按照聚合程度可劃分為單倍體、寡聚體和多聚體，其中單倍體是基本結(jié)構(gòu)單元，寡聚體由2～10個(gè)單倍體聚合而成，多聚體則由10個(gè)以上的單倍體聚合而成。李敏等[7]報(bào)道，從楊梅枝中提取的縮合單寧主要以二聚體形式存在，而其葉和樹皮中的縮合單寧則主要以寡聚體形式存在。

不同植物種類及組織部位中縮合單寧的含量及分子聚合度也存在較大差異。Jackson等[8]報(bào)道，花生屬和決明屬植物中縮合單寧含量不足0.55%，而銀合歡屬和朱櫻花屬等部分植物中縮合單寧含量高達(dá)6%～9%。即使在同一種植物的不同生長(zhǎng)階段和組織部位，縮合單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)也不同，如黃倩倩[3]比較了紫色達(dá)利菊的莖、葉、花中縮合單寧在不同生長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)組成信息，發(fā)現(xiàn)莖、葉、花中縮合單寧不僅在含量上存在較大差異，在化學(xué)結(jié)構(gòu)上也表現(xiàn)出明顯的區(qū)別，其中葉中縮合單寧所含表兒茶素的含量較高，而表沒食子兒茶素的含量較低，莖中縮合單寧的含量最低，但莖中縮合單寧的聚合度明顯高于葉和花。

2 縮合單寧的生物活性

縮合單寧具有較強(qiáng)的分子極性，可與蛋白質(zhì)等物質(zhì)結(jié)合發(fā)生沉淀，結(jié)合位點(diǎn)會(huì)不停地發(fā)生解離與再結(jié)合，使得沉淀的復(fù)合物不穩(wěn)定，該特點(diǎn)使得縮合單寧具有多種生物活性[9]。研究表明，縮合單寧可與核酸、蛋白質(zhì)、酶、多糖等物質(zhì)相結(jié)合，具有良好的抗氧化、抗炎、抗菌、抗寄生蟲以及改善動(dòng)物腸道微生態(tài)環(huán)境等生物活性[10-13]。

2.1 抗氧化作用

縮合單寧是良好的自由基清除劑和脂質(zhì)過氧化抑制劑，其抗氧化作用機(jī)理主要包括以下幾個(gè)方面：一是酚羥基作為氫供體，可以清除多種活性氧，從而減少由活性氧產(chǎn)生的氧自由基，同時(shí)通過提供電子給自由基，形成相對(duì)穩(wěn)定的苯氧自由基或半醌類自由基，從而中斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；二是通過β-環(huán)鄰位酚羥基與金屬離子螯合，抑制由金屬離子催化的氧化或自由基反應(yīng)；三是抑制有氧化酶存在的自由基產(chǎn)生體系[14]。Hagerman 等[15]研究表明，與簡(jiǎn)單酚類相比，縮合單寧清除自由基的能力高15～30倍。

研究表明，飼喂含有縮合單寧日糧的羔羊的肝和血漿具有較高的抗氧化能力，這說明縮合單寧能夠積極影響動(dòng)物組織的抗氧化狀態(tài)[16]。顧海峰等[17]通過采用多種體系對(duì)高分子量柿子縮合單寧的抗氧化能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，證明高分子量縮合單寧為主要的抗氧化活性物質(zhì)，且高分子量縮合單寧在不同抗氧化體系中對(duì)羥基自由基和超氧陰離子自由基均表現(xiàn)出較強(qiáng)的清除能力。Peng等[18-19]研究表明，葡萄籽縮合單寧通過激活鱸魚肝臟Nrf2抗氧化信號(hào)通路，增強(qiáng)超氧化物歧化酶和過氧化氫酶等抗氧化酶基因表達(dá)水平，提高魚體抗氧化狀態(tài)。

2.2 抗炎活性

縮合單寧具有較強(qiáng)的抗炎活性。體外研究發(fā)現(xiàn)，葡萄籽縮合單寧通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)，可降低炎癥的發(fā)生[20]。Demarque 等[21]報(bào)道，縮合單寧在胃中會(huì)與胃黏膜蛋白形成保護(hù)層，到達(dá)小腸后受堿性環(huán)境影響而發(fā)生解離，釋放并與炎癥表面的蛋白質(zhì)結(jié)合，從而改善了胃炎癥狀。倪立穎等[22]通過構(gòu)建脂多糖誘導(dǎo)的斑馬魚炎癥模型，發(fā)現(xiàn)在海藻縮合單寧營(yíng)養(yǎng)干預(yù)組中斑馬魚的卵黃囊大小、心跳速率、一氧化氮（NO）生成率、細(xì)胞死亡率和活性氧生成率等指標(biāo)與正常組均無顯著差異，說明海藻單寧表現(xiàn)出良好的抗炎活性。

縮合單寧的抗炎活性可能是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子表達(dá)或抑制NO 等致炎物質(zhì)的產(chǎn)生等途徑實(shí)現(xiàn)的[23]。然而，Huang等[10]研究表明，縮合單寧的抗炎機(jī)制與其強(qiáng)大的自由基清除能力有關(guān)，而不單歸因于縮合單寧抑制NO 和促炎癥因子的作用。近年來研究表明，縮合單寧通過抑制細(xì)胞NF-κB 信號(hào)通路下調(diào)促炎癥因子基因表達(dá)量，從而減少機(jī)體炎癥反應(yīng)，增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體免疫力[24-26]。目前，縮合單寧的抗炎作用機(jī)理尚不完全明確，具體抗炎機(jī)制有待進(jìn)一步深入探索。

2.3 抗菌作用

縮合單寧可通過抑制胞外酶活性、結(jié)合微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、使原生質(zhì)中的蛋白質(zhì)沉淀變性、破壞細(xì)菌外膜通透性等作用方式，直接或間接地抑制微生物代謝與生長(zhǎng)?？s合單寧還可通過干擾微生物細(xì)胞壁多肽與巰基反應(yīng)，使膜蛋白功能喪失，從而發(fā)揮抑菌作用[27]。汪晶等[28]報(bào)道，葡萄籽縮合單寧具有對(duì)變形鏈球菌的體外抗菌活性，并能抑制變形鏈球菌的生物膜和致齲毒力因子。尉驍?shù)萚13]研究表明，縮合單寧通過破壞細(xì)菌生物膜的形成，不僅可以抑制非多重耐藥細(xì)菌的生長(zhǎng)，還能抑制多重耐藥細(xì)菌的生長(zhǎng)。此外，縮合單寧的抗菌功能具有微生物特異性，其對(duì)革蘭氏陽性菌的抑制作用強(qiáng)于革蘭氏陰性菌[29]。

3 縮合單寧的構(gòu)效關(guān)系

不同來源縮合單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其生物活性也存在一定差異。不同來源縮合單寧化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同主要體現(xiàn)在延伸單元和末端單元中單體的組成與比例的不同，聚合度的不同，順式結(jié)構(gòu)和反式結(jié)構(gòu)比例的不同，以及原花青定單寧和原翠雀定單寧比例的不同。Peng等[30]報(bào)道，縮合單寧的組成單體主要分布在延伸單元中，不同貯藏條件下紫色達(dá)利菊縮合單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)存在差別，其中凍干和曬干的紫色達(dá)利菊縮合單寧的聚合度較高，其沉淀蛋白質(zhì)的能力也較強(qiáng)；曬干的紫色達(dá)利菊縮合單寧的表沒食子兒茶素單體和原翠雀定單寧的比例增加，而青貯的紫色達(dá)利菊縮合單寧結(jié)構(gòu)中表沒食子兒茶素單體及原翠雀定單寧比例及聚合度均顯著下降。徐澤[31]研究了柿子原花青素的聚合度與其抗氧化活性及沉淀蛋白質(zhì)能力的關(guān)系，結(jié)果表明，隨著聚合度增加，抗氧化性越強(qiáng)，原花青素B型二聚體結(jié)構(gòu)的抗氧化性大于A型結(jié)構(gòu)，但A型結(jié)構(gòu)二聚體對(duì)蛇毒PLA2蛋白質(zhì)的沉淀能力大于B型結(jié)構(gòu)，隨著聚合度及羥基結(jié)構(gòu)的增加，原花青素與PLA2結(jié)合得更穩(wěn)定。

3.1 聚合度

于美慧[32]研究發(fā)現(xiàn)，聚合度為1的0.1 mg/mL縮合單寧與0.15 mg/mL明膠相互作用，沉淀率僅為0.05%，證明縮合單寧單體幾乎無法與蛋白質(zhì)生成沉淀，然而當(dāng)聚合度為2.36、5.54、9.12和11.63的相同濃度的縮合單寧與明膠相互作用時(shí)，沉淀率隨著縮合單寧聚合度的升高而升高，這說明縮合單寧的聚合度越高，則越容易與蛋白質(zhì)發(fā)生結(jié)合。動(dòng)物試驗(yàn)表明，高聚合度組小鼠蛋白質(zhì)表觀消化率顯著低于低聚合度組，可能歸因于高分子量的縮合單寧對(duì)蛋白質(zhì)的構(gòu)象產(chǎn)生了較大程度的改變，從而影響了蛋白質(zhì)的消化和吸收[32]。高聚合度的縮合單寧能提供較多的酚羥基基團(tuán)，可在多個(gè)蛋白質(zhì)分子上找到結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致高聚合度的縮合單寧與蛋白質(zhì)之間形成更大的聚合體，結(jié)合力也更強(qiáng)，所生成的聚合體更加穩(wěn)定[33]。Haslam 等[34]研究表明，花生種皮中的縮合單寧能夠抑制小腸二糖酶活性，從而抑制小腸中麥芽糖和蔗糖的吸收，其中三聚體的降血糖活性明顯強(qiáng)于二聚體和兒茶素單體。

孫蕓[4]報(bào)道，相同濃度但不同聚合度的縮合單寧對(duì)亞油酸及脂質(zhì)的抗氧化作用隨縮合單寧聚合度的升高而降低。隨著聚合度的增加，縮合單寧分子中酚羥基的數(shù)目增多，由酚羥基形成的分子內(nèi)氫鍵增多，而酚羥基是抗氧化反應(yīng)中的主要活性基團(tuán)，因此縮合單寧的抗氧化活性隨著聚合度的升高而提高[4]。高分子量的柿子縮合單寧具有很好的體內(nèi)外抗氧化效果，其抗氧化能力隨著柿子縮合單寧聚合度的增加而增強(qiáng)，如田燕等[35]研究發(fā)現(xiàn)，高聚合度的柿子縮合單寧具有顯著的抗氧化活性，其效果強(qiáng)于富含低聚體的葡萄籽縮合單寧。

3.2 結(jié)構(gòu)單元

較高原翠雀定（Prodelphinidins, PD）含量的縮合單寧具有較強(qiáng)的蛋白質(zhì)沉淀能力[36]。原翠雀定和原花青定（Procyanidin, PC）在縮合單寧中的比例會(huì)影響其抗寄生蟲的作用效果。與富含PC的縮合單寧相比，富含PD的縮合單寧表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗寄生蟲能力[37]。通過增強(qiáng)對(duì)蛋白質(zhì)保護(hù)和抑制寄生蟲活動(dòng)，富含PC的牧草表現(xiàn)出更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，從而有利于促進(jìn)反芻動(dòng)物健康生長(zhǎng)[38]。相比長(zhǎng)柄百脈根，采食百脈根更加有利于蛋白質(zhì)的消化，主要?dú)w因于百脈根中縮合單寧的PC/PD比例較高[39]。另有研究表明，縮合單寧結(jié)構(gòu)中PD比例增加會(huì)使其抗氧化活性增強(qiáng)[40]。Zhang等[33]報(bào)道，縮合單寧的抗氧化活性與其結(jié)構(gòu)單元有關(guān)，以表兒茶素為單元的低聚物活性大于以兒茶素為單元的低聚物活性。

3.3 連接方式

根據(jù)連接方式的不同，可以將自然界中的縮合單寧分為兩大類，即A型和B型。單體間主要以C-C鍵相連為B型，除了C-C鍵以外，通過雙連接鍵相連的為A型[5]。研究表明，柿子果肉和花生皮中的縮合單寧在小鼠體內(nèi)均表現(xiàn)出明顯的抗氧化活性，B型二聚體具有較高的抗氧化能力，而A型和B型二聚體在組織或脂溶性體系中抗氧化能力相近[41]。對(duì)于B 型二聚體，C4-C8連接方式的抗氧化活性要大于C4-C6連接方式。

不同連接方式的縮合單寧可能具有不同的生物活性機(jī)制，如Chen等[42]發(fā)現(xiàn)在肉桂中A型和B型縮合單寧均有降血糖作用，但兩者作用機(jī)制不同，A型縮合單寧通過提高血液和胰腺中的胰島素濃度達(dá)到降血糖效果，而B型縮合單寧則通過提高脂肪組織和肝臟中的脂質(zhì)積累達(dá)到降血糖效果。Lambert 等[43]研究了A 型和B型縮合單寧低聚體對(duì)磷脂酶A2的抑制作用，發(fā)現(xiàn)B型縮合單寧的抑制能力更強(qiáng)，因?yàn)锽型縮合單寧主要通過范德華力與磷脂酶A2的疏水腔進(jìn)行相互作用，而A型連接的縮合單寧低聚體則是將N端向外伸展，再進(jìn)入疏水腔，從而形成抑制磷脂酶A2的效果。

4 小結(jié)

縮合單寧是廣泛分布于自然界的多酚類聚合物，具有顯著的抗氧化、抗菌、抗炎等生物功能?？s合單寧生物活性的研究較多，但化學(xué)結(jié)構(gòu)及構(gòu)效關(guān)系的研究仍相當(dāng)缺乏?，F(xiàn)有研究表明，縮合單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分子聚合度、結(jié)構(gòu)單元類型、連接方式等結(jié)構(gòu)特征決定了其抗氧化、蛋白質(zhì)沉淀、抗炎、抗寄生蟲及調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的能力，最終影響動(dòng)物的生長(zhǎng)和健康。理清縮合單寧化學(xué)結(jié)構(gòu)及構(gòu)效關(guān)系，有利于進(jìn)一步闡明縮合單寧生物活性的作用機(jī)理，為開發(fā)縮合單寧作為一種新型飼料添加劑并加以推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。