大蒜素抗氧化活性及其生物效应的研究进展

东南大学学报(医学版)J Southeast Univ (Med Sci Edi )

　2015,Dec;34(6):1037⁃1040

[收稿日期]2015⁃06⁃06 [修回日期]2015⁃08⁃20

[基金项目]辽宁省自然科学基金资助项目(201102287);辽宁省科技厅重点课题项目(2006225001⁃4)[作者简介]杨融辉(1993),女,黑龙江克山人,在读硕士研究生。E ⁃mail:youki_yang@

[通信作者]张宁　E ⁃mail:binning665@

[引文格式]杨融辉,吴晗,张宁.大蒜素抗氧化活性及其生物效应的研究进展[J].东南大学学报:医学版,2015,34(6):1037⁃1040.

·综 述·

大蒜素抗氧化活性及其生物效应的研究进展

杨融辉1,吴晗2,张宁3

(1.中国医科大学临床医学七年制,辽宁沈阳　110000;2.哈尔滨医科大学临床医学院,黑龙江哈尔滨　150000;

3.中国医科大学病理生理教研室,辽宁沈阳　110000)

[摘要]大蒜素是葱属植物大蒜内一类防御性分子,具有高度的生物活性。在自然情况下,大蒜素产生于大

蒜组织损伤时,是由前体物质蒜氨酸转化而产生的。大蒜素是硫代亚磺酸类有机物,所含的巯基能与含硫蛋白质和谷胱甘肽发生氧化还原反应,并能通过多种途径抑制氧化应激,具有明显抗氧化的能力,在抑菌消炎、心脑血管疾病及抗肿瘤中有着重要作用。作者就大蒜素抗氧化活性及其生物效应的研究进展进行综述。

[关键词]大蒜素;抗氧化;综述

[中图分类号]R282.71

[文献标识码]A [文章编号]1671⁃6264(2015)06⁃1037⁃04

doi:10.3969/j.issn.1671⁃6264.2015.06.040

大蒜是百合科葱属植物,在中国具有上千年的食用和药用历史,在《本草经集注》中已有记载。大蒜素

(allicin)是从葱科植物大蒜中提取的具有生物活性的含硫化合物总称,具有特殊气味,即蒜味。1944年Cavallito 等从大蒜中分离出有效成分大蒜素[1],从而开始了数十年来对大蒜素药效及作用机制的研究。现代医学已证明大蒜素具有明显的抗氧化作用,具有消

炎抑菌,抗高血压、高血脂等心脑血管疾病及抑制肿瘤生长等生物学效应,且无明显不良反应。作者就大蒜素抗氧化作用机制及其应用的研究进展作一综述。1　大蒜素化学结构及性质

大蒜素存在于新鲜大蒜、洋葱等植物中,具有很强挥发性。蒜氨酸由半胱氨酸或丝氨酸合成,是大蒜素的前体物质,通常情况下蒜氨酸以无臭的形式稳定存在。当大蒜受到机械破碎后,大蒜中的蒜氨酸蒜氨酸酶系统被激活,催化蒜氨酸分解为大蒜素[2]。大蒜素是大蒜内一类含硫化合物的总称,分子式为C6H10S3,即三硫化二丙烯,纯品为无色油状物,具有大蒜异味,稍溶于水,溶于乙醇、苯、乙醚等有机溶剂[3],在热、碱中不稳定,在酸中较稳定(尤其在pH5~

7);通常情况下很难保存,研究发现大蒜素在-70℃

的稀水溶液中可以稳定保存超过1年[4]。自然界中大蒜素多在植物被损伤后产生,而在实验室大蒜素可通过二烯丙基二硫化物(DADS)与过氧化氢或氯甲酸化

合而成[5]。

大蒜素对皮肤有刺激性,具有抗氧化作用,能调节

细胞代谢,能调节心脑血管系统功能,也能发挥抗高血压、抗高血脂、抗肿瘤等功效。与此同时,大蒜素具有广谱杀菌作用,能抑制或杀灭革兰阴性和革兰阳性细菌,对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌等耐药病菌也具有很好的抑制作用。目前大蒜素已经在疾病预防和治疗

以及医疗保健中广泛应用[6]。

2　大蒜素抗氧化作用机制

一般情况下,健康的细胞具有负性氧化还原电位,表明细胞溶胶处于还原反应状态,而当细胞内氧化还原电位升高,表明细胞内氧化反应增加,细胞内氧自由基增高,细胞则可能出现衰老、癌变等变化[7]。细胞的

氧化还原电势主要由GSH /GSSG、NADPH /NADP +间

转化,以及硫氧还蛋白作用实现调控,而GSSG 增多将导致细胞的氧化还原电位升高。大蒜素是具有抗氧化性能的活性硫物质,通过与GSSG 反应,降低细胞内氧化还原电位。大蒜素在细胞内外均能与含巯基的分子

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反应,如谷胱甘肽和含半胱氨酸残基的蛋白质,而且可以通过与蛋白质间形成二硫键,改变蛋白质结构,进而导致蛋白质功能的损失或增益。这种功能改变方式在酵母菌的研究中得到证实,酵母菌内有一种诱发对病原体免疫的关键酶植物蛋白NPR1,大蒜素通过作用于酵母菌内对氧化还原反应敏感的转录因子

YAP1,实现对NPR1的调控[8]。

近期研究发现,大蒜素能降低诱导型一氧化氮合酶(iNOS)表达,也能在mRNA和蛋白质水平显著增加热休克蛋白70(HSP70)表达,显著减少谷氨酸诱导的乳酸脱氢酶(LDH)的释放和活性氧自由基产生,同时能减少脂质过氧化和抗氧化酶活性,最终通过介导HSP70/iNOS途径,抑制氧化应激,保护受损神经,治疗脊髓损伤[9]。大蒜素也可通过AKT/内皮细胞一氧化氮合酶(eNOS)途径实现抗氧化应激功能,能降低MDA和蛋白质羰基的表达水平,通过增加AKT和eNOS磷酸化,阻断AKT/eNOS途径,从而实现抗氧化和抗炎活性,发挥对大鼠创伤性脑损伤的保护功能[10]。自由基对DNA的攻击也是导致细胞衰老的重要原因,大蒜素通过对氧化应激的抑制作用,降低自由基水平,起到延缓衰老的作用。

3　大蒜素的生物效应

细胞正常代谢和生化过程需要在相对稳定且适宜的pH值、离子浓度和氧化还原电位下进行。研究证明大蒜素对细胞内外氧化还原反应的进行具有干预功能,产生抗氧化效果。而氧自由基损伤及所致的脂质过氧化,是导致癌症、动脉硬化、冠心病、脏器损伤及衰老的主要原因。大蒜素通过其抗氧化功能,对上述疾病治疗和预防起到重要作用,并能通过抗氧化功能对细菌及真菌生长起明显抑制和杀灭作用。

3.1　大蒜素的抑菌作用

3.1.1　对细菌的抑制作用　大蒜素对细菌具有明显的抑菌杀菌功能,对革兰阳性和革兰阴性细菌,如大肠杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌等均能起到明显的杀菌和抑制作用,在农业及畜牧业中已经得到一定推广[11]。大蒜素与茁内酰胺类或氨基糖苷类抗生素具有相似的摩尔对摩尔的分子有效性,但大蒜素杀菌谱更广。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌是常见院内感染致病菌,具有耐药性,一般抗生素对其无效,而大蒜素对耐甲氧西林金葡萄球菌等常见耐药致病菌也有抑菌功能,而且这种大蒜素可以与纳米级银协同作用,增加抑菌效果[12]。

研究发现,与纯大蒜素相比新鲜大蒜提取物对表皮葡萄球菌的杀菌作用更强,但纯大蒜素能嵌入生物膜,发挥独特的杀菌作用[13]。大蒜素能抑制生物膜形成,能抑制变形杆菌体外的脲酶活性,但不能抑制溶血素活性[14]。大蒜素能与游离半胱氨酸残基反应,致细菌生存微环境半胱氨酸含量改变,并通过影响一些含有巯基的酶的pKa,抑制酶活性[15]。Ranjbar⁃Omid 等[16]通过二硫键交换样反应,可以不可逆性反应生成强还原剂,使细菌生活微环境中强还原剂增加,改变微环境状态,进一步抑制细菌活性。

大蒜素可能影响DNA、RNA、蛋白质等合成。Feldberg等[17]对大蒜素在鼠伤寒沙门菌的抑菌效果进行了研究,确定抑制鼠伤寒沙门菌的生长需要的大蒜素的最小浓度为0.3mmol·L-1,而这种抑菌作用并不致死,处理后细菌仍可回收。他们通过用3H标记大蒜素中尿苷、亮氨酸和胸苷,观察到68%的3H⁃胸苷和65%的3H⁃亮氨酸被摄取,同时3H⁃尿苷被全部摄取,摄取的尿苷和胸苷用于DNA、RNA和蛋白质合成,继而认为大蒜素可能影响大分子合成,或通过大蒜素作用影响蛋白质转运,或使更多半胱氨酸残基暴露,使大蒜素通过与半胱氨酸残基进一步作用,抑制细菌生长。因为目前大蒜素分离纯度较低,稳定性较差,及其明显的抗氧化作用干扰等,所以对大蒜素作用于DNA、RNA和蛋白质合成的研究较少,对其作用于上述分子的证据还不明确,需要进一步研究。

3.1.2　抑制真菌生长　大蒜素在体内和体外对许多致病真菌生长具有抑制作用,能抑制真菌孢子萌发和菌丝生长。在含大蒜素琼脂培养基内,灰霉病菌、稻瘟病菌等致病菌的生长明显受到抑制。大蒜素也可以用于种子的消毒,可以代替某些农药,抑制致病菌生长,提高出芽率,在某些推崇生态农业的发达国家已经有了一定程度的推广[18]。

大蒜素具有高挥发性。大蒜素可以治疗肺部霉菌感染,通过吸气的方式将大蒜素吸入肺中,可以产生较好的治疗效果[19]。大蒜素也可以用于皮肤真菌感染,如念珠菌感染;可以破坏白假丝酵母菌生物被膜,渗透到酵母菌内,直接杀灭菌体[1],也可诱导酵母菌程序性死亡,诱导谷胱甘肽的氧化,导致细胞的氧化还原电位的范围相应移位。通过生化学、细胞学和遗传学的分析发现,大蒜素通过氧化途径使酵母菌细胞凋亡,可能通过作用于YAP1、MSN2/4、RPN4、SKN7等转录因子,影响蛋氨酸等氨基酸代谢、铁的摄取、硫胺素代谢和蛋白酶体蛋白质的降解等过程发挥作用[20]。大蒜素的氧化还原作用是杀灭真菌的主要原因,但也不排除有其他作用机制,尚须进一步研究。Khodavandi通过对全身性白色念珠菌小鼠模型的体内和体外实验的研究表明,在杀灭真菌所需时间上,大蒜素活性可以媲美常用抗真菌剂氟康唑,且电镜结果显示大蒜素可以

·8301·东南大学学报(医学版)　2015年12月,34(6)