中华枸杞 枸杞中枸杞红素类成分研究进展《中国科学杂志社》

枸杞属茄科，世界上有80多种，主要分布在温带和亚热带地区。中国分布有7种2变种，主要产于西北和华北。其中，枸杞、枸杞、枸杞。)和黑果枸杞。是中国最常见的三种植物。宁夏枸杞和黑果枸杞。都是中国西北的特色植物。据记载，宁夏枸杞已有600多年的栽培历史。宁夏回族自治区是中药材“枸杞”的正宗产区[1]。中国的枸杞一般是指从宁夏枸杞中采摘的果实，是传统珍贵的中药材。近年来，枸杞也受到了广泛的关注。中医认为枸杞味甘性平，具有补肾填髓、养肝明目、祛风的功效。目前，枸杞已被国家卫生计生委列入我国“药食同源”物质名录。

虽然枸杞具有悠久的食用和药用历史，并被广泛应用于“清肝明目益气”中，但其有效成分的分离鉴定、疾病治疗的分子机制、临床治疗效果和安全性的研究直到最近20年才受到重视。特别是枸杞多糖和各种小分子成分在植物学、药物化学、生物学和临床医学方面的研究取得了很大进展[3~5]。因此，枸杞产业在中国蓬勃发展，创造了可观的经济效益。截至2015年底，我国枸杞主产区种植面积超过19万公顷。枸杞干果年产量超过50万吨。仅宁夏的总产值就超过100亿元(图1)。然而，我国枸杞产业在品牌化、集约化、标准化和附加值提高方面仍存在诸多问题，可总结为:种植分散、市场混乱、科技含量低、产业链短。与发达的农产品相比，我国枸杞的研发缺乏技术创新平台。新技术、新设备、新产品研发滞后，研究成果转化率低。枸杞文化挖掘不深，影响力不强，医药、保健、养生功能没有充分发挥，带动相关产业发展的活力不足图1。枸杞水溶性物质的提取成分，目前研究比较深入，主要含有多种糖类和小分子物质。虽然对神经系统、眼、肝、肾、心血管系统等多种疾病有显著的保护和治疗作用，但由于其成分复杂，很难梳理出发挥这些有益作用的主要单体和具体分子机制，导致枸杞保健机制的研究迟迟没有突破，未能引起白藜芦醇、番茄红素等重要天然产物标记单体化合物等国际研究界的关注银川市枸杞种植情况(a)和中国/宁夏枸杞产业事实数据(b)(数据来源:宁夏回族自治区政府和宁夏绿柱石枸杞公司)。

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前人研究表明，枸杞成熟果实中积累了大量的类胡萝卜素，尤其是玉米黄质二棕榈酸酯，是枸杞红色果实中含量最丰富的，占总色素物质的56%~75%。此外，它还含有少量玉米黄质、玉米黄质单棕榈酸酯、β-胡萝卜素和β-隐黄质。玉米黄质二棕榈酸酯(别名physalien，化学文摘社编号:144-67-2，分子式C72H116O4)是一种脂溶性聚异戊二烯化合物，具有大量共轭双键(图2)。从化学结构来看，它应该具有抗氧化和抗衰老的作用[8]。此外，由于玉米黄质二棕榈酸酯的存在，新鲜和干燥的枸杞的外观为橙色或橙红色。因此，枸杞的国内研究和工业界称这种单体为“枸杞”，而枸杞中的类胡萝卜素被称为“枸杞”。本文重点介绍了枸杞的发现、应用及其在植物学和植物代谢方面的最新应用

1枸杞植物学和植物代谢研究进展

枸杞、枸杞和黑果枸杞成熟果实外观颜色差异较大的根本原因是前者积累的主要色素是枸杞，后者是花青素[9]。我们课题组最新研究证实，类胡萝卜素(叶黄素、β-胡萝卜素、紫黄色等。)在黑果枸杞和黑果枸杞果实发育早期的叶绿体中积累，总量为30 ~ 50μg·g-1鲜重。这些类胡萝卜素随着果实的发育成熟而逐渐降解。黑果枸杞在发育成熟过程中，没有合成其他新的类胡萝卜素，原有的叶绿体类胡萝卜素逐渐减少到没有。但在宁夏黑果枸杞的发育成熟过程中，黑果枸杞从变色期开始逐渐积累(还有β-隐黄质和β-胡萝卜素，黑果枸杞的合成前体)

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图2

玉米黄质二棕榈酸酯的化学结构(C72H116O4化学文摘社编号:144-67-2)

在基因水平上，通过搜索克隆番茄、辣椒等相关物种中已知功能的类胡萝卜素积累相关基因的序列，课题组获得了枸杞类胡萝卜素代谢相关基因，主要包括:(ⅰ)类胡萝卜素合成相关基因:包括1-脱氧木酮糖-5-磷酸合酶、八氢番茄红素合酶、八氢番茄红素脱氢酶等14种类型；(ii)类胡萝卜素降解相关基因:包括9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶和2个拷贝的类胡萝卜素裂解双加氧酶；(三)类胡萝卜素贮藏相关基因:包括色体特异性类胡萝卜素结合蛋白、热休克蛋白21和橙色蛋白(表2)。果实成熟时，黑果枸杞中发育出橙色的圆形有色体，而黑果枸杞中没有形成有色体，这可能是黑果枸杞中类胡萝卜素不能合成和积累的主要原因。

宁夏枸杞果实发育成熟过程中，枸杞合成基因的表达普遍呈增加趋势。表达量明显增加的基因有DXS2、PSY1、PDS、ZDS、CRTISO、CYC-B、CRTR-B2。这些基因是枸杞上游的生物合成基因，CYC-B和CRTR-B2是枸杞的染色体特异性生物合成基因，说明枸杞存在染色体特异性生物合成途径，另外LCY-E和ZEP的转录水平低正好解释了为什么枸杞的含量远高于其他类胡萝卜素。

2枸杞番茄红素的结构和分类

枸杞果实中的类胡萝卜素化合物(即本文定义的枸杞成分)由于极性较低，难以分离和分析，因此目前没有系统的研究[10]。对于这些成分，大致可以分为三类:(ⅰ)类胡萝卜素糖苷衍生物；(ii)游离类胡萝卜素；(三)类胡萝卜素的酯化衍生物。韩国建国大学艾哈迈德研究组[11，12]从枸杞果实甲醇提取物中分离出三种类胡萝卜素糖基化衍生物。这些化合物的四萜母核与两条糖链相连，每条糖链含有至少三个吡喃阿拉伯糖基团，因此极性显著增加，可用一般植物化学手段分离。然而，对于游离类胡萝卜素，尤其是脂肪酸酯化的类胡萝卜素衍生物，由于其极性一般较小，很难用普通C18反相色谱柱实现有效的分析和分离。随着现代科学技术的飞速发展，C30反相色谱柱近年来被用于分离，枸杞中的这类成分已经通过高效液相色谱-二极管阵列检测器rapid质谱等手段进行了定性或定量分析。Inbaraj等人【8】采用上述技术。两种游离类胡萝卜素(全反式玉米黄质和全反式β-胡萝卜素)和七种酯化类胡萝卜素衍生物(三种玉米黄质一棕榈酸酯、三种β-隐黄质一棕榈酸酯和一种玉米黄质二棕榈酸酯)(图4)。最近，Hempel等人[13]采用了上述技术，结合了标准比较和质谱数据挖掘。分析了宁夏枸杞绿色幼果和成熟果实中类胡萝卜素的变化。如表3所示，宁夏枸杞绿色未成熟果实中基本上含有游离类胡萝卜素，而成熟果实中游离类胡萝卜素很少，基本上被脂肪酸酯化成类胡萝卜素酯化衍生物。

枸杞和黑果枸杞果实皂化后类胡萝卜素含量(鲜重)

成分青果期变色期浅色期成熟期宁夏枸杞枸杞红素22.05±2.4014.41±2.7677.16±28.26381.60±26.78β-隐黄质--3.00±0.0517.59±4.81β-胡萝卜素12.91±2.2910.18±2.7616.70±3.4528.99±6.46总量44.36±2.3821.70±3.23105.36±28.26508.90±20.31黑果枸杞枸杞红素7.97±0.456.59±0.484.65±0.43-β-隐黄质----β-胡萝卜素18.01±1.048.48±0.653.22±0.44-总量34.46±2.1825.97±2.009.57±2.000.01±0.00

a)计量单位为μg·g-1鲜重。“-”表示没有检测到

表2枸杞类胡萝卜素代谢相关基因信息

基因名可读框长度(bp)氨基酸长度(aa)质体转运肽1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶1(DXS1)2154717是1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶2(DXS2)2139712是八氢番茄红素合成酶1(PSY1)1239412是八氢番茄红素合成酶2(PSY1)1323440是八氢番茄红素脱氢酶(PDS)1749582是ζ-胡萝卜素异构酶(Z-ISO)1122373否ζ-胡萝卜素脱氢酶(ZDS)1767588是胡萝卜素异构酶(CRTISO)1815604否番茄红素β环化酶(LCY-B)1506501是番茄红素ε环化酶(LCY-E)149498是有色体特异性番茄红素β环化酶(CYC-B)1572523是P450型类胡萝卜素β羟化酶(CYP97A29)1818605是P450型类胡萝卜素ε羟化酶(CYP97C11)1644547是非血红素双铁型类胡萝卜素β羟化酶1(CRTR-B1)915304否非血红素双铁型类胡萝卜素β羟化酶2(CRTR-B2)939312否玉米黄素环氧化酶(ZEP)1989662是紫黄质去环氧化酶(VDE)1413470是9-顺环氧类胡萝卜素双加氧酶1(NCED1)1824607是9-顺环氧类胡萝卜素双加氧酶6(NCED6)1764587是类胡萝卜素裂解双加氧酶1A(CCD1A)1623540是类胡萝卜素裂解双加氧酶4(CCD4)1800599是有色体特异性类胡萝卜素结合蛋白(CHRC)966321是橙色蛋白1(Or1)906301否橙色蛋白2(Or2)945314否热激蛋白21(HSP21)711236是

枸杞番茄红素保健机制的研究进展

枸杞对肝细胞和肝脏的保护作用最早由首尔国立大学的Kim等人[14，15]报道。他们发现从枸杞中提取的枸杞可以显著抑制大鼠体外氧化铟锡细胞对胸苷和胶原蛋白的摄取。还能减轻四氯化碳引起的枯否细胞炎症反应和氧化应激损伤。枸杞的保护能力相当于水飞蓟宾。然后，他们通过胆管结扎法(BDL)建立了继发性胆汁淤积性肝纤维化的大鼠模型，并发现在连续6周每天口服枸杞25mg·kg-1后，大鼠的一般肝损伤、肝纤维化程度和肝脏中的氧化应激应激得到了相当程度的缓解[16]。研究组在10周的大鼠慢性酒精性脂肪肝模型中发现，从第5周至第10周每天25mg·kg-1的枸杞可通过调节MAPK途径显著改善肝损伤[17]。进一步深入研究发现，发挥这种作用的枸杞细胞膜“第一受体”包括P2X7、脂联素受体和胰岛素受体。信号经这三种受体转导后，迅速激活细胞内的-FoxO3通路，刺激线粒体自噬通路的高表达，抑制NLRP3炎性小体的形成，达到减轻肝细胞炎症、凋亡和氧化应激损伤的效果(肖等，结果未示)。

此外，我们的研究小组还发现，在乙型肝炎(病毒)转基因小鼠(小家鼠)联合非酒精性脂肪性肝炎(Nash)模型中，口服2mg·kg-1枸杞可明显改善乙型肝炎病毒复制、肝脏脂肪代谢紊乱和肝炎症状，且长期给药后未观察到明显的副作用(李等，结果未显示)。由于我国乙型肝炎发病率较高，超过四分之一的乙型肝炎患者有不同程度的脂肪肝症状[18]，寻找一种安全有效的食品补充剂或药物，同时改善乙型肝炎和非酒精性脂肪肝引起的肝损伤，对患者健康至关重要。

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图3

枸杞干果中三种类胡萝卜素苷的结构

肝移植是治疗终末期肝病(如急性肝衰竭、失代偿期肝硬化、肝癌)最有效的方法。然而，由于全球肝源短缺、术后免疫排斥和手术风险，许多患者难以享受肝移植带来的生存时间延长和生活质量改善[19]。近年来，以干细胞移植为基础的再生医学取得了很大进展。急性肝衰竭和其他终末期肝病的临床治疗效果得到显著改善[20]。然而，这种方法最大的缺点是移植后细胞死亡率高，导致细胞移植效率低。我们的研究小组发现，在干细胞培养基中预处理0.5μmol·L-1枸杞2 h，可以显著提高人脂肪间充质干细胞体外抵抗氧化应激/炎症损伤的能力和细胞移植治疗急性肝功能衰竭的效率。主要的分子机制是通过Raf1/MAPK途径精确调节microRNA-210的表达水平。如果microRNA-210的表达过低或过高，都会影响干细胞抵抗逆境的能力和移植治疗肝病的效率[21]。

玉米黄质(3，3’-二羟基-β-胡萝卜素)及其异构体叶黄素被认为是两种强抗氧化剂，对预防白内障、年龄相关性黄斑变性、动脉粥样硬化和其他疾病具有良好的保护作用[22]。在预防心血管疾病、眼部疾病、消化系统疾病和肿瘤方面有很好的作用，还能提高免疫力，抵抗病原微生物感染[23]。β-隐黄质也是一种天然的类胡萝卜素色素，在结构上接近β-胡萝卜素，只多了一个羟基。在体内可转化为维生素A，具有很强的抗氧化作用。许多文献报道了维持视力健康、预防骨质疏松和抗肿瘤的作用[24]。因此，枸杞成分的保健作用已在多种疾病中得到证实。

表3枸杞绿色和成熟果实中类胡萝卜素的相对含量(以450纳米处总类胡萝卜素峰面积的比例表示)和光谱

类胡萝卜素类成分枸杞未成熟果实中类胡萝卜素类含量(%)枸杞成熟果实中类胡萝卜素类含量(%)[M-H]-m/z[M+H]+m/zall-trans-violaxanthin*13.2±0.3n.d.600601all-trans-neoxanthin*6.1±0.1n.d.600601all-trans-antheraxanthin*3.5±0.6n.d.584585all-trans-lutein*36.1±4.2n.d.568569all-trans-zeaxanthin*6.6±2.70.6±0.2568569all-trans-β-carotene*21.2±0.10.8±0.25365379-cis-β-carotene4.4±0.7n.d.53653713-cis-β-carotene2.0±0.5n.d.536537all-trans-lutein monopalmitaten.d.1.5±0.4806807all-trans-zeaxanthin monopalmitaten.d.3.4±0.2806807all-trans-β-cryptoxanthin monopalmitaten.d.5.1±1.1790791all-trans-antheraxanthin dipalmitaten.d.1.0±0.210601061all-trans-zeaxanthin monomyristate monopalmitaten.d.1.9±0.410161017all-trans-zeaxanthin dipalmitate*n.d.80.4±0.610441045all-trans-zeaxanthin monopalmitate monostearaten.d.1.1±0.110721073

A)*:使用标准物质进行识别；注意:无法检测

4展望

“清肝明目益气”一直是枸杞的主要保健功能。该研究小组此前的研究也证明了枸杞水提取物对各种肝病、眼病、神经系统损伤和肾脏损伤的保护作用。虽然枸杞已被证明对多种常见肝病有明显的保护作用，但能否保护其他常见肝病，以及常见和多发的眼病、神经损伤和肾脏损伤，还需进一步研究。同时，枸杞是否在保健中发挥最重要的作用，或者枸杞是否只有与其他有效单体(枸杞成分或其他种类的成分)配合才能发挥上述作用，也是今后研究的重点之一。到目前为止，这个研究小组主要研究细胞模型和动物模型。枸杞或其相似成分在临床应用中是否能安全有效地治疗这些疾病

与枸杞多糖、枸杞多糖、枸杞多酚等水溶性成分不同，枸杞是一种脂溶性色素。枸杞的代谢过程和最终有效单体形式对枸杞的日常保健应用非常重要。在中医推荐的日常应用中，枸杞通常是直接咀嚼的。或者以茶、汤或汤剂等形式服用。很多人习惯泡茶或煲汤后扔掉枸杞，导致枸杞中所含的枸杞不能被人体吸收。已经指出，猕猴连续服用枸杞提取物6周(每天约2毫克枸杞提取物)后，血浆、肝脏、肾脏和黄斑中玉米黄质的含量明显高于对照组。然而，大脑内容没有显著变化[25]。另一项对人类的研究发现，当受试者服用3r，3′r-枸杞1次(5 mg)时，该化合物在9 ~ 24小时后在血浆中达到峰值。表明酯化枸杞的生物利用度高于未酯化枸杞[26]。最接近中药推荐剂量(15 g干果d-1)的长期研究来自香港理工大学本泽课题组[27]。他们发现健康志愿者连续服用宁夏枸杞干果28天后血浆中玉米黄质的浓度比对照组高1.5倍。更有意思的是，该组的后续研究发现，将枸杞和热牛奶(80℃)一起研磨后，枸杞产生的玉米黄质的生物利用度明显高于枸杞和热水(80℃)产生的玉米黄质[28]。以上研究表明，与枸杞相比，枸杞的生物代谢产物玉米黄质更易被吸收。考虑到大量文献已证实玉米黄质对眼、脑、肝、肾的保护作用，推测枸杞在生物体内起保健作用的单体主要是其本身或玉米黄质结构，没有二棕榈酸酯链。新陈代谢后蓄积量高的器官与中医认为枸杞起治疗作用的器官(肝、眼、肾对应清肝、明目、补气)是一致的

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