美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的生物學(xué)活性和潛在健康風(fēng)險(xiǎn)

歐陽(yáng)宇，趙擴(kuò)權(quán)，馮瑩娜，張 梁，吳 茜,*

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 發(fā)酵工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北省工業(yè)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，細(xì)胞調(diào)控與分子藥物學(xué)科創(chuàng)新引智基地（“111基地”），湖北 武漢 430068；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶樹生物與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230036）

美拉德反應(yīng)（Maillard reaction，MR）也稱羰氨反應(yīng)，是廣泛存在于食品加工及儲(chǔ)存過程中的非酶促褐變反應(yīng)。MR是羰基化合物（如還原糖）和氨基化合物（如氨基酸、肽和蛋白質(zhì)等）在常溫或加熱時(shí)發(fā)生的一系列氧化、環(huán)化、脫水、聚合等反應(yīng)，能產(chǎn)生多種MR產(chǎn)物（Maillard reaction products，MRPs），并有助于食物外形、風(fēng)味和顏色的形成[1]。如圖1[2]所示，MR可分為初級(jí)、中間和高級(jí)3 個(gè)階段：初級(jí)階段：糖的醛基和氨基酸的氨基發(fā)生羰氨縮合（反應(yīng)A），生成N-取代的糖胺和水。中間階段：通過Amadori重排將糖胺轉(zhuǎn)化為酮糖胺（反應(yīng)B）和其他產(chǎn)物。將Amadori產(chǎn)物脫水并水解形成5-羥甲基糠醛（反應(yīng)C），然后生成醇醛或無氮聚合物（反應(yīng)F）。由糖類脫水或Amadori產(chǎn)物（反應(yīng)C）形成的還原酮，會(huì)導(dǎo)致醇醛和無氮聚合物（反應(yīng)F）或Stecker醛（反應(yīng)E）的生成。Stecker醛則由氨基酸的碎裂形成，氨基酸通過形成的醛進(jìn)入褐變反應(yīng)，在醇醛縮合中形成無氮聚合物（反應(yīng)F）。同時(shí)，Amadori產(chǎn)物和N-取代的糖胺也可以是裂變產(chǎn)物（反應(yīng)D和H）。此外，Amadori重排后的裂變產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生活性二羰基化合物，可以作為丙烯酰胺（acrylamide，AA）、雜環(huán)胺（heterocyclic amines，HAs）、晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）和低分子質(zhì)量化合物的前體（反應(yīng)E），Amadori產(chǎn)物和還原糖也可分別通過氧化和非氧化途徑生成AGEs。高級(jí)階段：環(huán)化、脫水、縮合等多種反應(yīng)最終導(dǎo)致棕色的含氮聚合物以及共聚物類黑精（melanoidins，MeH）的生成（反應(yīng)G）。

圖1 MRPs生成路線圖[2]Fig.1 Roadmap of Maillard reaction[2]

MR除了能賦予食品愉悅的風(fēng)味外，也能夠賦予食物豐富的生物學(xué)活性，對(duì)機(jī)體健康有潛在的調(diào)節(jié)作用。但是當(dāng)該反應(yīng)控制不當(dāng)時(shí)，在食品質(zhì)量安全方面也存在消極影響，使MR偏向于產(chǎn)生有強(qiáng)烈致癌作用的AA、HAs和引發(fā)炎癥反應(yīng)的AGEs[3-4]，而這些產(chǎn)物的生成會(huì)增加氧化應(yīng)激和活性羰基應(yīng)激水平，誘導(dǎo)炎癥因子表達(dá)水平上調(diào)，進(jìn)而引發(fā)疾病，如胰島素抵抗和血管損傷等。

目前，越來越多的研究報(bào)道關(guān)注到MRPs的生物學(xué)活性和對(duì)人體健康存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)。本文將綜述MRPs所具有的抗氧化、抗菌、抗炎等特性，同時(shí)也探討MRPs產(chǎn)生的AGEs和AA等對(duì)人體的健康隱患，以期為MR的深入研究提供參考。

1 飲食中的MRPs

MR是一個(gè)極其復(fù)雜的連續(xù)和平行反應(yīng)，在體系中產(chǎn)物的生成和降解是同時(shí)發(fā)生[5]，進(jìn)而從兩方面造成了MRPs的復(fù)雜性。一方面是MR本身，MR第一階段形成產(chǎn)物之間的相互作用將會(huì)決定其后續(xù)階段的反應(yīng)路徑；另一方面是MR的反應(yīng)底物和環(huán)境因素，根據(jù)食物基質(zhì)組成的不同，例如還原糖類型、氨基酸類型、促M(fèi)R化合物（自由基和羰基化合物等）和抑制MR化合物的存在與否；反應(yīng)的理化參數(shù)，如溫度、pH值、aw和反應(yīng)時(shí)間等。這些因素綜合作用致使MR產(chǎn)生了數(shù)百種不同的化合物，食品中常見的MRPs見表1。這類化合物缺乏明顯的特征結(jié)構(gòu)，但這些化合物賦予了食物良好的物理屬性，如顏色、風(fēng)味、口感和外形等。更重要的是，這些復(fù)雜條件下發(fā)生的MR，使食品產(chǎn)生了天然不存在的化合物，它們可能賦予食品新的生物學(xué)活性，如抗氧化性、抗菌性和改善腸道菌群等特性，也可能引發(fā)潛在安全問題，如致突變性、致癌性、細(xì)胞毒性等。

表1 食品中的MRPsTable 1 Types of MRPs produced in thermally processed foods

2 MRPs的生物學(xué)活性

2.1 MRPs的抗氧化性

許多研究報(bào)道，MRPs在食品中有優(yōu)良的抗氧化活性[13]。在復(fù)雜的MRPs混合物中存在不同的化學(xué)成分，因此存在著不同的抗氧化機(jī)制。MRPs的抗氧化特性主要是由低分子質(zhì)量吡咯、呋喃和高分子質(zhì)量MeH和還原酮等高活性中間體所提供[14]。這些小分子中間產(chǎn)物通過提供電子來陰斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)程，清除活性氧（reactive oxygen species，ROS），消除過氧化氫（H2O2）和螯合金屬離子，從而使得MRPs擁有良好的抗氧化能力[15-16]，其機(jī)理如圖2所示。MRPs作為食品加工和儲(chǔ)藏過程中產(chǎn)生的一類具有較強(qiáng)抗氧化活性的物質(zhì)，在一定程度上甚至還可以媲美一些食品體系中常用的抗氧化劑，如2,6-二叔丁基對(duì)甲酚等[17]。夏琪娜[18]研究發(fā)現(xiàn)，酪蛋白酶解物-葡萄糖MRPs和酪蛋白-葡萄糖MRPs的還原力及Fe2+、Cu2+螯合能力優(yōu)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%的丁基羥基茴香醚和VC。趙艷娜[19]的研究也表明核糖-乳清蛋白MRPs的部分抗氧化指標(biāo)高于丁基羥基茴香醚及VC，可代替部分抗氧化劑具體應(yīng)用在食品中。

圖2 MRPs抗氧化作用的不同機(jī)制[15]Fig.2 Various mechanisms for antioxidant effects of MRPs[15]

目前，有關(guān)MRPs及其抗氧化活性的研究主要集中在氨基酸-糖模型方面。影響MRPs抗氧化活性的因素包括：糖的種類＞反應(yīng)時(shí)間＞反應(yīng)溫度＞氨基酸種類[20]。不同的糖底物已被證明具有不同的MR特性和效果。例如，戊醛糖比己醛糖具有更多的反應(yīng)活性，單糖比二糖或寡糖具有更高的反應(yīng)活性。與基于低聚果糖的MRPs相比，基于低聚半乳糖的MRPs具有更高的抗氧化能力[21]。除了上述因素，在MR過程中，模型體系的初始pH值也是至關(guān)重要的。因?yàn)樘堑拈_鏈和氨基的非質(zhì)子化形式在MR過程中具有最高反應(yīng)活性，而堿性條件會(huì)增強(qiáng)這兩種情況，從而促進(jìn)羰氨縮合[22]。在抗氧化活性方面，MRPs中的低分子質(zhì)量化合物和中間體化合物在高pH值條件下繼續(xù)形成還原酮，這些化合物能夠給出電子，從而穩(wěn)定自由基[23]?；谝陨咸匦裕琈RPs能夠通過清除過氧化物自由基來防止脂質(zhì)中氫過氧化物的形成，從而防止二次脂質(zhì)氧化產(chǎn)物的形成，達(dá)到脂類抗氧化的作用，甚至能取代食品中的合成抗氧化劑，如2,6-二叔丁基對(duì)甲酚[17,24]。MRPs還可以提高乳清蛋白的抗氧化性[25]，提高乳制品的貯藏穩(wěn)定性。除了氨基酸模型外，許多研究也表明，MR可以有效地提高蛋白水解物的抗氧化活性。由于肽結(jié)構(gòu)和組成的復(fù)雜性，目前只有很少關(guān)于寡肽形成MRPs的研究。Yang等[26]通過將魚蛋白水解物與核糖發(fā)生MR使魚蛋白水解物的抗氧化特性得到改善，從而保護(hù)HepG2細(xì)胞免受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的叔丁基過氧化物的侵害。Chen Xu等[27]通過MR提高了魚鱗肽的體外抗氧化活性，顯著降低了血清天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶活性。肽的MRPs抗氧化性不僅僅與組成的氨基酸有關(guān)，還與氨基酸序列有關(guān)，如精氨酸-甘氨酸的MRPs抗氧化性強(qiáng)于甘氨酸-精氨酸組成二肽的MRPs的抗氧化性[28]。另外，肽的分子質(zhì)量也會(huì)影響其抗氧化性能，分子質(zhì)量較小的肽具有較高的反應(yīng)活性和交聯(lián)作用，在MR中更適合與糖結(jié)合，從而具有更強(qiáng)的抗氧化能力[29]。研究發(fā)現(xiàn)食物提取物中的MRPs也具有抗氧化性。利用從熱加工杏中提取的MeH預(yù)處理內(nèi)皮細(xì)胞，可明顯抑制并最終消除過氧化氫誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激和線粒體去極化，能夠保護(hù)人類內(nèi)皮細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的傷害[30]?？Х忍崛∥镏袠O性MRPs成分可作為大鼠血清中的親水性抗氧化劑，具有較強(qiáng)自由基清除能力[31]。另外，食物中的MRPs在整個(gè)胃腸道中都能較好地清除自由基，進(jìn)而保護(hù)機(jī)體對(duì)抗氧化應(yīng)激作用。

同一物質(zhì)的抗氧化性用不同的表征方法評(píng)價(jià)會(huì)導(dǎo)致結(jié)果存在很大的差異，而且由于MRPs中既含有抗氧化物質(zhì)又含有促氧化物質(zhì)[32]，這些活性物質(zhì)發(fā)揮作用的程度也不同。例如，MRPs的抗氧化性與二羰基化合物含量呈負(fù)相關(guān)[33]，反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生不同的二羰基化合物，勢(shì)必會(huì)造成抗氧化性的變化趨勢(shì)更加復(fù)雜。因此，需要用不同的方法盡可能全面地去評(píng)價(jià)抗氧化合物的抗氧化活性以及獲得更加單一的目標(biāo)成分。盡管如此，MRPs所具有的優(yōu)良抗氧化活性潛力，可在食品系統(tǒng)中用作功能成分之一。

2.2 MRPs的抗菌性

近年來，很多相關(guān)研究把MRPs的抗氧化性和抗菌性聯(lián)系起來[34-35]。一方面，科研人員研究了單純的糖-氨基酸模型混合物中MRPs的抗菌作用。這些模型混合物中MRPs對(duì)不同菌株的細(xì)菌（例如大腸桿菌（Escherichia coli）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium））具有不同程度的抗菌活性[35]；另一方面，對(duì)于富集MRPs的食物（咖啡或餅干），其提取物也具有類似的抗大腸桿菌活性[36]。Sunds等[37]認(rèn)為這種抗菌性主要來源于MR后期形成的MeH化合物。MeH的抗菌活性可能與其所帶陰離子電荷螯合某些陽(yáng)離子（如Cu2+、Fe2+和Zn2+）的能力有關(guān)，通過結(jié)合細(xì)菌中的蛋白質(zhì)部分使其失活，從而影響病原細(xì)菌的生長(zhǎng)和存活[38]。例如，MeH可通過螯合Mg2+破壞大腸桿菌外膜[39]。此外，研究表明咖啡中MRPs的抗菌活性是由于其中的H2O2能夠破壞細(xì)菌中的細(xì)胞壁、蛋白質(zhì)、脂類和核酸[36]。而氨基還原酮、烯二醇和二羰基化合物則具有產(chǎn)生ROS的特性[40]。其機(jī)理如圖3所示。與革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌）相比，革蘭氏陽(yáng)性菌（如金黃色葡萄球菌）的生長(zhǎng)存活更易受MeH的抑制。此外，MeH由于能抑制變形鏈球菌（人齲齒的主要病原體）對(duì)羥基磷灰石的黏附，從而具有抗齲作用[41]。

圖3 MRPs抗菌作用的機(jī)制[36-40]Fig.3 Antibacterial mechanism of MRPs[36-40]

2.3 MRPs的抗炎活性

對(duì)于哺乳動(dòng)物，氧化應(yīng)激是導(dǎo)致炎癥的主要原因[42]，炎癥可激活單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，并促進(jìn)中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)[43]。活化的巨噬細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量促炎細(xì)胞因子，從而觸發(fā)全身性炎癥反應(yīng)[44-45]。這些細(xì)胞因子會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞分泌多種炎癥介質(zhì)，形成復(fù)雜的相互作用并導(dǎo)致多個(gè)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生[46]。大多數(shù)參與免疫和炎癥反應(yīng)的分子在轉(zhuǎn)錄水平上會(huì)受到轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。而細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)作為炎癥反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)因素，可通過特定基因的上調(diào)和轉(zhuǎn)錄因子（例如核因子（nuclear factor，NF）-κB[47]）的激活調(diào)控。在正常生理?xiàng)l件下產(chǎn)生的ROS和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）可作為重要的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)分子，調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，這些基因涉及到氧化應(yīng)激穩(wěn)態(tài)和抗氧化防御系統(tǒng)[48]。而過量產(chǎn)生的ROS和RNS會(huì)引發(fā)細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)向氧化應(yīng)激轉(zhuǎn)變[47]，促進(jìn)炎癥的發(fā)展。因此，可以清除ROS和RNS的抗氧化劑也可以提供潛在的間接抗炎活性。研究表明，MRPs可影響體外培養(yǎng)的Caco-2細(xì)胞的抗氧化防御系統(tǒng)，從而影響細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)[49]。核糖-色氨酸的MRPs中經(jīng)過分離純化后得到兩種吲哚化合物可以顯著降低小鼠巨噬細(xì)胞主要炎癥因子的表達(dá)，可能通過抑制NF-κB通路及絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）通路中的p38、Jun激酶（Jun kinase，JNK）和胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signalregulated kinase，ERK）通路發(fā)揮抗炎作用[50]。Oh等[51]發(fā)現(xiàn)截留分子質(zhì)量為3～10 kDa的MRPs可有效降低經(jīng)脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激的RAW264.7巨噬細(xì)胞NO的表達(dá)，陰止巨噬細(xì)胞跨上皮電陰的下降，減少巨噬細(xì)胞的腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α產(chǎn)生和白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-8、IL-1β mRNA的表達(dá)。果糖-酪氨酸的MRPs中也分離出具有抑制環(huán)氧化物酶（cyclooxygenase，COX）-2和誘導(dǎo)性一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）表達(dá)的化合物[52]，化合物的作用機(jī)制可能是抑制NF-κB通路以及信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）3的激活[53]。其機(jī)理如圖4所示。Kitts等[48]以Caco-2細(xì)胞為腸上皮細(xì)胞模型，在體外研究了糖(葡萄糖、果糖、核糖)-氨基酸(賴氨酸、甘氨酸)化合物的抗炎活性。氨基酸-核糖MRPs均能很好地抑制小鼠巨噬細(xì)胞分泌的NO，可能是由于MRPs中的二羰基化合物可以與細(xì)胞中的精氨酸迅速發(fā)生反應(yīng)[50]，而NO的合成需要NO合成酶利用體內(nèi)L-精氨酸[54]。MRPs組成極其復(fù)雜，除包括抗炎的物質(zhì)外，也包括促炎的物質(zhì)。乙二醛、甲基乙二醛和AGEs的重要前體物質(zhì)Amadori產(chǎn)物可以引起系統(tǒng)性炎癥、氧化應(yīng)激以及胰島素抵抗[6]。Amadori產(chǎn)物對(duì)引起炎癥因子的iNOS有顯著促進(jìn)作用，而對(duì)維持體內(nèi)正常NO濃度的內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）沒有刺激作用[55]。這一事實(shí)表明需要更多的工作來確定哪些MRPs成分會(huì)產(chǎn)生這些作用，以及MRPs所引導(dǎo)促炎或抗炎的潛在機(jī)制是什么。

圖4 MRPs在LPS刺激巨噬細(xì)胞中的抗炎作用機(jī)制[50-53]Fig.4 Anti-inflammatory mechanism of MRPs in lipopolysaccharidestimulated macrophages[50-53]

2.4 MRPs對(duì)腸道菌群的影響

腸道微生物可降解未消化的食物并產(chǎn)生大量代謝物，能夠維持機(jī)體正常的免疫功能，保護(hù)腸道免受腸道病原菌的侵襲。腸道微生物主要通過兩種代謝途徑降解未消化的食物：糖酵解和蛋白水解。高分子質(zhì)量的MRPs不能直接在消化系統(tǒng)的前段被吸收，因此大部分會(huì)到達(dá)結(jié)腸被腸道微生物代謝[2]。但是目前對(duì)MRPs在腸道中的代謝以及與微生物的相互作用知之甚少。大多數(shù)研究集中在MRPs對(duì)腸道微生物的影響，已經(jīng)通過在厭氧發(fā)酵罐中培養(yǎng)糞便細(xì)菌來進(jìn)行體外研究。Hellwig等[56]的研究表明人體腸道微生物的體外發(fā)酵4 h，能夠降解MRPs中的N-ε-果糖基賴氨酸（N-ε-fructosyllysine，F(xiàn)L）、CML和吡咯啉（pyrraline，PYR）。在低聚半乳糖糖化的乳球蛋白模型中也顯示了微生物利用褐變化合物作為氮和碳源的能力[57]。同時(shí)，Jiménez-Zamora等[58]發(fā)現(xiàn)咖啡MeH可以被人體腸道菌群代謝，并且這些特定的化合物選擇性地促進(jìn)了雙歧桿菌的生長(zhǎng)。Zhang Zuoyong等[59]發(fā)現(xiàn)大豆肽MRPs能提高腸道微生物群的豐富度和多樣性，改善腸道微生物群落結(jié)構(gòu)，有效抑制病原菌，促進(jìn)有益菌乳桿菌和雙歧桿菌的生長(zhǎng)。進(jìn)入結(jié)腸的糖化蛋白導(dǎo)致患有潰瘍性結(jié)腸炎的人體微生物群中梭狀芽孢桿菌、硫酸鹽還原菌和擬桿菌（Bacteroides）的數(shù)量增加，而真菌和雙歧桿菌的數(shù)量減少[60]。低糖化魚蛋白飲食可促進(jìn)產(chǎn)生丁酸的瘤胃球菌屬（Ruminococcus）和羅斯氏菌（Roseburia）的生長(zhǎng)[61]。蛋白質(zhì)糖基化導(dǎo)致蛋白質(zhì)消化率下降，使得更多的蛋白質(zhì)進(jìn)入結(jié)腸供微生物發(fā)酵。益生菌一方面可特異性表達(dá)低聚糖等益生元的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；另一方面，大多數(shù)蛋白質(zhì)消化產(chǎn)物為益生菌提供必需氨基酸。因此，糖化蛋白可靶向作用于結(jié)腸中的益生菌，以增強(qiáng)它們?cè)诰褐械母?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。另外，MR中間產(chǎn)物5-羥甲基糠醛也可以調(diào)節(jié)腸道菌群，促進(jìn)乳桿菌、腸桿菌和鏈球菌的生長(zhǎng)[62]。與低MRPs飲食相比，在食用富含MRPs后的青少年結(jié)腸菌群中也發(fā)現(xiàn)了MRPs對(duì)乳酸菌生長(zhǎng)的抑制作用[63]。然而，體外模型分析結(jié)果也表明，用不同糖（半乳糖、乳果糖和低聚半乳糖）糖化的蛋白質(zhì)可以促進(jìn)人體腸道菌群中雙歧桿菌的增殖[64]。另外，MRPs能夠在腸道菌群中進(jìn)行體內(nèi)發(fā)酵，從而改變短鏈脂肪酸的形成方式以及腸道菌群組成[65]。許多MeH有利于雙歧桿菌和糞便桿菌等有益菌屬的生長(zhǎng)，腸道中的微生物在發(fā)酵MeH時(shí)釋放了與MeH主鏈相連的酚類物質(zhì)，同時(shí)也能夠促進(jìn)酚類物質(zhì)的吸收。MeH也可以被腸道菌群用作碳源和氮源，促進(jìn)雙歧桿菌生長(zhǎng)，發(fā)揮益生元活性并調(diào)節(jié)細(xì)菌結(jié)腸的數(shù)量。上述的一些變化可能是負(fù)面的，這與MRPs組分的存在有關(guān)。從積極的方面來看，微生物代謝后產(chǎn)生了大量的丙酸等化合物，同時(shí)也表現(xiàn)出促進(jìn)雙歧桿菌生長(zhǎng)的作用。目前MRPs對(duì)腸道菌群影響的差異性，可能存在多種影響因素。首先，食物中的MRPs是具有正效應(yīng)或負(fù)效應(yīng)的混合物，當(dāng)所有化合物都存在時(shí)，某些效應(yīng)可以被抵消或增強(qiáng)。當(dāng)化合物按照分子質(zhì)量分離時(shí)，那些具有正/負(fù)效應(yīng)的物質(zhì)又會(huì)分布在不同餾分中。最后，考慮到腸道菌群內(nèi)部的巨大個(gè)體差異性，故現(xiàn)階段研究發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)仍不清楚。特別是對(duì)結(jié)腸中單個(gè)MRPs穩(wěn)定性的研究很少。先前的研究表明，飲食中的MRPs能夠在體內(nèi)調(diào)節(jié)人和大鼠腸道菌群的組成，并且特定的作用可能與不同褐變化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和飲食量有關(guān)。應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以便通過宏基因組分析和飲食消耗的影響來分析更多的腸道菌群。另一方面，MeH可以被后腸菌群用作碳源和氮源，支持雙歧桿菌生長(zhǎng)、發(fā)揮益生元活性并調(diào)節(jié)細(xì)菌結(jié)腸數(shù)量。

2.5 其他活性

除以上生理活性外，MRPs還被證明具有良好的免疫調(diào)節(jié)和抗腫瘤作用。Yamabe等[66]從人參皂苷-賴氨酸的混合物中提取了具有抗癌活性的MRPs，而且抗癌作用主要來自于MR產(chǎn)生的低極性化合物。蛋白質(zhì)水解液和葡萄糖制備的MRPs具有降低Caco-2細(xì)胞增殖的潛力[67]。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，MRPs通過抑制氧化應(yīng)激和炎癥來抑制人類結(jié)腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)來體現(xiàn)出抗增生能力[68]。麥芽糖和氨基酸進(jìn)行MR生成的麥芽酚可以顯著抑制小鼠體內(nèi)H22腫瘤的生長(zhǎng)，增強(qiáng)其免疫功能[69]。糖與色氨酸和酪氨酸的MRPs具有較好的抗增生能力[70]。Lee等[71]從果糖-色氨酸的MRPs中分離出具有抗增生能力的化合物。此外，研究還發(fā)現(xiàn)MRPs中的MeH通過調(diào)節(jié)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（angiotensin converting enzyme，ACE）的體外活性從而降低血壓，并通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的體外活性預(yù)防結(jié)腸癌[72]。Hwang等[70]篩選20 種氨基酸-葡萄糖/果糖進(jìn)行MR，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有組別的MRPs均發(fā)揮ACE抑制活性，且果糖-氨基酸MRPs的ACE抑制活性更高，而對(duì)于同一種還原糖底物來說，酪氨酸和色氨酸的MRPs又表現(xiàn)出較高的ACE抑制活性。近年來許多研究利用MR作為改性方法來提高產(chǎn)物的抗過敏性和抑制酶活能力。Zhang Ming等[73]建立了不同分子質(zhì)量還原糖與α-乳白蛋白的MR體系，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)MR可以大幅度降低α-乳白蛋白抗原性，且還原糖分子質(zhì)量越小，其抗原性降低幅度越大。Arita等[74]用溶菌酶多糖形成的MRPs同未經(jīng)MR的抗原蛋白相比較，表明在體內(nèi)體系中能有效降低蛋白的過敏性。Hwang等[75]發(fā)現(xiàn)果糖酪氨酸的MRPs具有良好的葡萄糖苷酶抑制活性。

MRPs具有多種生物學(xué)活性，但因其不穩(wěn)定性及組成的復(fù)雜性限制了它的應(yīng)用，而且MRPs在體內(nèi)的代謝過程也不清楚。Moscovici等[76]發(fā)現(xiàn)源自乳鐵蛋白模型系統(tǒng)的MRPs在體外消化中對(duì)蛋白水解具有很高的敏感性。但消化后的MRPs的蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示，酶切模式發(fā)生了變化，已知生物活性肽的形成沒有明顯變化；另一方面，在胰蛋白酶和消化酶消化后，觀察到由酪蛋白-葡萄糖模型系統(tǒng)制備的MRPs抗氧化活性降低[22]。目前對(duì)于MRPs中不同物質(zhì)的消化吸收和代謝方式是否存在相互作用的研究和結(jié)論還較少。

3 MRPs的潛在食品安全性

從膳食的整體健康角度考慮，過度熱加工和高脂肪的膳食被認(rèn)為是飲食風(fēng)險(xiǎn)因素之一。而這些膳食的加工條件為MR提供了豐富的反應(yīng)底物，進(jìn)而使反應(yīng)趨于復(fù)雜化。在不同反應(yīng)條件下，MRPs可作為潛在功能活性成分，但也無法忽視MR中對(duì)人體有害的這類化學(xué)物質(zhì)的生成。這些復(fù)雜條件下，MR所產(chǎn)生的化合物可能引發(fā)潛在安全問題，如致突變、致癌、細(xì)胞毒性等。

3.1 晚期糖基化終末產(chǎn)物

AGEs作為一種典型的有害MRPs，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)結(jié)果中已被證實(shí)過多攝入可能會(huì)導(dǎo)致糖尿病及其并發(fā)癥，如視網(wǎng)膜病變、腎病、神經(jīng)退行性疾病和癌癥等其他健康危害[77-78]。研究表明，通過口服給藥的方式，只有10%～30%的AGEs被吸收進(jìn)入體循環(huán)。AGEs以游離態(tài)或者與蛋白結(jié)合形成高分子化合物。游離的CML可通過簡(jiǎn)單擴(kuò)散方式吸收[79]，而PYR的腸道吸收主要是以二肽的形式[80]，通過肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（peptide transporter 1，PEPT1）介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)被腸道上皮吸收[81]。PEPT1也適用于CML，CEL和丙酮醛修飾精氨酸脫水咪唑啉酮（methylglyoxal derived arginine imidazolinone，MG-H1）連接的二肽的轉(zhuǎn)運(yùn)吸收[82]。游離態(tài)的AGEs的吸收優(yōu)于結(jié)合態(tài)，而高分子化合物需要在被吸收之前進(jìn)行蛋白水解消化，AGEs的低分子質(zhì)量更有可能被吸收。目前認(rèn)為AGEs引起病理的主要機(jī)制有兩個(gè)：一方面是使蛋白質(zhì)交聯(lián)，引起其結(jié)構(gòu)的不可逆修飾，從而導(dǎo)致相應(yīng)性質(zhì)和功能的改變；另一方面，AGEs通過多個(gè)受體和非受體介導(dǎo)的機(jī)制激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，導(dǎo)致ROS的產(chǎn)生及炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)[83]。氧化應(yīng)激在上述慢性疾病中發(fā)揮著病理生理作用，其中高水平的AGEs可促進(jìn)ROS的產(chǎn)生，從而誘發(fā)氧化應(yīng)激[84]。在AGEs誘發(fā)氧化應(yīng)激的同時(shí)，氧化應(yīng)激也會(huì)促進(jìn)AGEs的形成[83]。晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（receptor for advanced glycation end products，RAGE）是免疫球蛋白超家族的多配體受體，在AGEs、氧化應(yīng)激和炎癥途徑聯(lián)系中扮演著重要角色，RAGE可識(shí)別多種配體，包括高遷移率族蛋白1（high mobility group box 1，HMGB1）、黏附因子Mac-1、s100鈣結(jié)合蛋白，同時(shí)可修飾低密度脂蛋白、DNA、RNA和淀粉樣蛋白。外源性AGEs被吸收后，可能有助于這些配體的聚集。激活RAGE會(huì)導(dǎo)致一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，包括NF-κB的激活、氧化應(yīng)激和炎癥。RAGE信號(hào)通過磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）、Ki-Ras和MAPKs的激活活化某些促炎癥介質(zhì)，如人單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）和血管細(xì)胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）[6]，其中ERK1和ERK2以協(xié)調(diào)的方式促進(jìn)和維持NF-κB從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)運(yùn)。RAGE還可以通過降低煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，NADPH氧化酶觸發(fā)ROS激增（圖5）。

圖5 外源性AGEs的作用下RAGE及其配體和主要信號(hào)通路[6,83-84]Fig.5 Effects of exogenous AGEs on RAGE and their ligands and major signaling pathways[6,83-84]

3.1.1 糖尿病及其并發(fā)癥

糖尿病患者的一個(gè)典型特征是體內(nèi)高水平的循環(huán)葡萄糖和氧化應(yīng)激[85-87]。而AGEs在體內(nèi)可通過胞內(nèi)或胞外蛋白的糖化產(chǎn)生，所以在糖尿病病程中高血糖會(huì)形成過量的內(nèi)源性AGEs[84]。在2型糖尿病患者體內(nèi)可觀察到氧化應(yīng)激標(biāo)志物和糖化蛋白水平之間呈正相關(guān)[88-89]。然而，其中涉及的分子機(jī)制和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑還沒有明確的定義。胰島素抵抗作為糖尿病并發(fā)癥也與AGEs有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)糖化蛋白一方面可以誘導(dǎo)TNF-α的表達(dá)，從而抑制胰島素信號(hào)傳導(dǎo)[90]；另一方面又可以破壞PI3K途徑并抑制胰島素介導(dǎo)的葡萄糖代謝[91]。在高血糖情況下，胰島素也可以直接糖化，從而降低其降糖能力[92]。此外，AGEs產(chǎn)生的長(zhǎng)期氧化應(yīng)激可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)損傷，最終導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙[93]。AGEs通過降低內(nèi)皮細(xì)胞eNOS的表達(dá)，從而減少NO的合成。而作為血管舒張因子的內(nèi)源性NO是天然的抗動(dòng)脈粥樣硬化分子。因此，AGEs介導(dǎo)了血管內(nèi)皮功能障礙和動(dòng)脈粥樣硬化的一些基本機(jī)制，例如血管收縮或內(nèi)皮增生等[94]。在糖尿病性腎病中，也有證據(jù)表明，AGEs能夠誘導(dǎo)腎系膜細(xì)胞凋亡以及VEGF和MCP-1的表達(dá)，這有助于增強(qiáng)血管通透性，引發(fā)腎組織病變[95]。最后，AGEs還可誘導(dǎo)白細(xì)胞黏附于視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞，并促進(jìn)ICAM-1的表達(dá)和NF-κB的DNA結(jié)合，導(dǎo)致糖尿病患者視網(wǎng)膜病變[96]。外源性AGEs作為體內(nèi)AGEs積累的重要外源性途徑，前者在腸道中被消化和吸收，并部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)源性AGEs。通過給非肥胖小鼠喂食富含甲基乙二醛修飾蛋白的飲食，發(fā)現(xiàn)炎癥、氧化應(yīng)激和胰島素抵抗表型增加[97]。在非酒精性脂肪性肝病的大鼠模型中，高AGEs飲食加重了肝臟損傷、炎癥和肝纖維化[98]。因此，AGEs的積累與糖尿病及其相關(guān)并發(fā)癥有密切關(guān)系。但由于外源性AGEs的生物利用度不確定和腎臟清除速度較快，其在體內(nèi)的作用仍有爭(zhēng)議。

3.1.2 其他疾病

除了上述疾病外，AGEs還被作為其他相關(guān)慢性疾病的一個(gè)致病因素。越來越多的證據(jù)表明，氧化應(yīng)激在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。在阿爾茨海默病患者大腦中，AGEs能上調(diào)淀粉樣前體蛋白[99]，增加作為老年斑主要成分的β-淀粉樣蛋白水平。而AGEs介導(dǎo)的交聯(lián)也會(huì)加速β-淀粉樣蛋白的聚集和沉積[100]。作為阿爾茨海默病兩種典型的病理特征之一的Tau蛋白磷酸化形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)也被證明與AGEs相關(guān)。Tau蛋白的糖基化作用可產(chǎn)生氧化應(yīng)激[101]，AGEs也通過RAGE介導(dǎo)的GSK-3激活最終聚集并形成神經(jīng)原纖維纏結(jié)，從而促進(jìn)Tau蛋白的過度磷酸化[102]。除此之外，AGEs被發(fā)現(xiàn)可以誘導(dǎo)α-突觸核蛋白的聚集，并且與氧化應(yīng)激共存，從而促進(jìn)帕金森病的發(fā)病[103]。體外研究表明，AGEs能夠促進(jìn)前列腺癌和乳腺癌癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移[104-105]。這些效應(yīng)可能是由于與受體RAGE相互作用，激活其信號(hào)通路。研究表明，與健康組織相比，腫瘤中存在高水平的RAGE[106]。而過往研究已證明RAGE在腫瘤增殖、遷移和侵襲中的作用[107]，雖然其分子機(jī)制仍然未知，但這些疾病的發(fā)病機(jī)理與AGEs的關(guān)系可以按圖6進(jìn)行總結(jié)[108]。

圖6 AGEs參與的幾種飲食相關(guān)疾病和年齡相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制[108]Fig.6 AGEs are involved in the pathogenesis of several diet-related diseases and aging-related diseases[108]

內(nèi)源性AGEs在體內(nèi)的組織和體液中緩慢而連續(xù)的生成，并在衰老過程中會(huì)不斷在組織中積累[83]。而外源性AGEs也是體內(nèi)AGEs積累的重要外源性途徑。這些疾病與AGEs之間的關(guān)系受到研究者的廣泛關(guān)注，由于AGEs-RAGE相互作用而引起的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)是這些病理學(xué)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過抑制RAGE表達(dá)或增強(qiáng)其他陰斷RAGE-AGEs相互作用來作為減輕羰基應(yīng)激水平的方法。對(duì)于一些疾病的患者（如糖尿病患者），AGEs的防范可能比健康人群更為重要。降低AGEs的形成可以在一定程度上降低糖尿病和其他相關(guān)疾病的負(fù)面生理影響。

3.2 丙烯酰胺

在MR中，通過游離天冬酰胺與還原糖（特別是果糖和葡萄糖）的反應(yīng)或其他途徑可形成AA[109]。其中食品中AA的含量主要受外界條件以及食品原料中還原糖和天冬酰胺含量的影響[110]。國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)已將AA列為人類2A類致癌物，并證實(shí)其會(huì)隨著生命歷程在體內(nèi)積累并造成損害。研究表明，在低劑量和高劑量的AA中都可以觀察到相同的毒性作用，區(qū)別在于低劑量?jī)H需更長(zhǎng)的暴露時(shí)間[111]。自從在日常飲食中發(fā)現(xiàn)AA以來，許多流行病學(xué)研究已經(jīng)評(píng)估了它與癌癥的潛在聯(lián)系。

3.2.1 丙烯酰胺的生殖、神經(jīng)毒性

在動(dòng)物模型中，AA已被證明具有生殖毒性。AA對(duì)男性的生殖毒性是生殖細(xì)胞中甘氨酰胺-DNA加合物的增加和DNA片段化[112]。研究表明，在生命早期暴露于AA的雄性大鼠會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)氧化-抗氧化系統(tǒng)的失衡，從而引發(fā)不育與性激素水平降低現(xiàn)象[113]。對(duì)于女性而言，AA通過影響類固醇激素釋放，增加細(xì)胞凋亡和自噬相關(guān)基因的mRNA水平來誘導(dǎo)卵巢功能障礙[114]。除此之外，AA還能夠發(fā)揮神經(jīng)毒性作用。目前有3 個(gè)機(jī)制解釋AA的神經(jīng)毒性[115-117]：抑制基于驅(qū)動(dòng)蛋白的快速軸突運(yùn)輸、改變神經(jīng)遞質(zhì)水平和直接抑制神經(jīng)傳遞（圖7）。

圖7 AA神經(jīng)毒性的機(jī)制[115-117]Fig.7 Mechanism for the neurotoxicity of acrylamide[115-117]

3.2.2 丙烯酰胺的遺傳毒性、細(xì)胞毒性和致癌作用

飲食中的AA對(duì)于確定體內(nèi)循環(huán)的AA及其代謝物的量至關(guān)重要。人體口服后，部分AA通過尿液代謝消除，據(jù)報(bào)道其半衰期為3.1～3.5 h[118]。谷胱甘肽的結(jié)合途徑在幫助人體排泄AA中起重要作用[119]（圖8）。AA可以通過細(xì)胞色素p450（cytochrome p450，CYP）2E1進(jìn)行環(huán)氧化后形成具有遺傳毒性的代謝產(chǎn)物縮水甘油酰胺（glycidamide，GA）[120]。許多研究證實(shí)AA除了對(duì)人類具有遺傳毒性外，也具有細(xì)胞毒性和致癌作用[119,121-122]。由于AA不會(huì)在細(xì)菌細(xì)胞中發(fā)揮誘變作用[123]，因此得出其致癌活性與人體代謝產(chǎn)生的GA有關(guān)。GA的誘變和遺傳毒性作用已在各種體外和體內(nèi)研究中得到證實(shí)，表明該AA代謝產(chǎn)物可誘導(dǎo)DNA加合物的形成，從而導(dǎo)致和誘發(fā)癌癥的產(chǎn)生[124]。

圖8 AA的代謝途徑[119-120]Fig.8 Metabolism pathway of acrylamide[119-120]

GA作為AA在人體內(nèi)發(fā)揮毒性的關(guān)鍵成分，受到CYP2E1的調(diào)控。在體內(nèi)，CYP2E1的多態(tài)性可能導(dǎo)致該酶具有不同的催化速率，從而導(dǎo)致GA在人體內(nèi)含量的變化。此外，烯丙基和二烯丙基硫醚等化合物可抑制CYP2E1活性從而減少人體內(nèi)GA的形成[119]。但某些微生物具有使用AA作為其生長(zhǎng)的碳和氮源的能力，并且酰胺酶是導(dǎo)致AA降解的主要因素[125]。在酰胺酶催化的AA脫氨反應(yīng)過程中，會(huì)形成丙烯酸和氨。然后，可以通過涉及輔酶A的途徑將丙烯酸還原為丙酸酯或轉(zhuǎn)化為β-羥基丙酸酯、乳酸或CO2[109]。但某些細(xì)菌，例如大腸桿菌、克勞氏芽孢桿菌、糞腸球菌和幽門螺桿菌雖然也能產(chǎn)生酰胺酶，但尚未證實(shí)其酰胺酶的底物特異性和與AA反應(yīng)的潛力。無論哪種方式，微生物群都有可能直接在人體腸道中降解AA。而某些食物成分也可減少AA在腸中的吸收，從而導(dǎo)致未代謝的AA到達(dá)結(jié)腸被微生物所代謝。例如，人類飲食中高蛋白的攝入可能會(huì)減少對(duì)AA的攝取[126]。基于AA的負(fù)面影響，其中的一些相關(guān)性仍需要進(jìn)一步探討，人們也在積極尋求更好的解決方法。

4 結(jié) 語(yǔ)

MR是食品加工過程中不需額外添加化學(xué)試劑就可以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，而MRPs在食品中具有很多的理想屬性，為天然抗氧化劑、抑菌劑和增味劑的開發(fā)和使用提供了新的思路和方向。但由于MR體系的多樣性、反應(yīng)過程的復(fù)雜性以及對(duì)MRPs的具體組成的不確定性，使MRPs作為天然產(chǎn)物的利用還有待進(jìn)一步的研究。同時(shí)，MRPs也存在對(duì)健康不利的影響，其參與上述多種疾病的發(fā)病機(jī)制的分子基礎(chǔ)還尚不清楚。在評(píng)估飲食中AGEs和AA與癌癥之間關(guān)系的流行病學(xué)研究中，也需要通過改進(jìn)評(píng)估方法來解釋兩者的相關(guān)性。盡管如此，該領(lǐng)域仍然需要開發(fā)有效的技術(shù)，以控制MRPs的范圍并賦予所需的最終產(chǎn)品特性，使MR變成一種有益的化學(xué)修飾。目前有研究天然抗氧化劑作為AGEs的有效抑制劑，而MRPs也被視為天然抗氧化劑，兩者的關(guān)系會(huì)如何影響對(duì)MRPs的發(fā)展，目前在這一領(lǐng)域存在的很多問題還需要去驗(yàn)證。隨著現(xiàn)在檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，能更進(jìn)一步地分離、純化及鑒定MRPs，有望在這一領(lǐng)域帶來新的研究成果，而通過平衡MRPs在這種健康意義上的正/負(fù)效應(yīng)對(duì)保證食品質(zhì)量與安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。