天然抗氧化剂的抗氧化与促氧化作用

汪曙晖，朱俊向，张　莉，汪东风

(1 中国海洋大学食品科学与工程学院，山东青岛　266003；2 青岛市疾病控制中心，山东青岛　266033)



天然抗氧化剂的抗氧化与促氧化作用

汪曙晖1，2，朱俊向1，张莉1，汪东风1

(1中国海洋大学食品科学与工程学院，山东青岛266003；2青岛市疾病控制中心，山东青岛266033)

近年来研究表明，天然抗氧化剂因其结构、剂量以及存在环境不同可能会发生对人体不利的促氧化作用。本文综述近年来天然抗氧化剂的抗氧化与促氧化用的研究进展，为正确使用天然抗氧化剂和相关产品的开发提供参考。

天然抗氧化剂；促氧化作用；维生素C；维生素E；类胡萝卜素；酚类化合物

在正常生理条件下，生物体的促氧化和抗氧化作用处在一种动态平衡中，当机体受到营养性应激(高脂、高糖饮食)、内源性应激(细菌、病毒性疾病引起的免疫反应和代谢紊乱)和不良环境条件(辐射、重金属污染、低氧)的刺激后，氧化和抗氧化作用失衡，在细胞内产生和积累大量的活性氧类(ROS)，进而诱导机体产生氧化应激[1]。过量ROS能够氧化损伤生物体内糖类、脂质、蛋白质和DNA等生物大分子，诱发心血管、癌症和神经变性等多种慢性疾病。

生物体内抗氧化系统可以保护生物大分子免受自由基等物质的伤害。除了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)等内源性酶类抗氧化系统外，一些天然的外源性非酶抗氧化剂也起重要作用，它们能够淬灭体内ROS，与酶类抗氧化系统共同构成了生物体的初级抗氧化系统[2]。然而，近年来一些抗氧化剂动物实验、临床试验和双盲随机对照试验却得到相反结论[3]，在一定条件下，天然抗氧化剂表现出对人体不利的促氧化作用，增加了癌症的风险。本文综述了天然抗氧化剂维生素C、维生素E、类胡萝卜素(Car)和多酚类化合物抗氧化与促氧化作用的研究进展，为正确使用天然抗氧化剂和相关产品的开发提供参考。

1　天然抗氧化剂及抗氧化作用概述

1.1天然抗氧化剂

天然抗氧化剂是一类能够延缓、阻止或消除氧化损伤的物质[4]，在体内能直接清除过量ROS，上调抗氧化酶防御系统表达，抑制ROS的生成[5]。与人体能自身合成的内源性抗氧化物相反，天然抗氧化剂多由食物供给。作为食品添加剂，天然抗氧化剂可用于防止食品氧化变质。我国GB2760—2011规定在食品中可添加的天然抗氧化剂主要有：维生素C(CNS：04.014)、维生素E(CNS：04.016)、茶多酚(CNS：04.005)、甘草抗氧物(CNS：04.008)、迷迭香提取物(CNS：04.017)和竹叶抗氧化物(CNS：04.019)等，着色剂天然胡萝卜素(CNS：08.147)也有抗氧化作用。

1.2天然抗氧化剂的抗氧化作用

维生素C是含有1个共轭双键的己糖醛酸内酯，可通过逐级供给电子而转变为半脱氧维生素C和脱氢维生素C，在这过程中，可清除体内ROS自由基。维生素C能缓解许多ROS自由基的负面作用，在防止或减少由于氧自由基所导致的疾病治疗中发挥重要的抗氧化效应[6]。

维生素E是苯并二氢呋喃的衍生物，作为ROS自由基清除剂，通过阻断脂质过氧化链式反应来保护人体内不饱和脂肪酸免受自由基的破坏，同时，能够抑制由氧化应激触发的核酸内切酶活化，以及促进受损DNA的清除，是机体抗氧化系统中非酶促反应体系的重要组成部分[7]。

Car是一类高度不饱和的化合物，含有的一系列共轭双键被认为是淬灭单线态氧和清除过氧自由基的关键结构。激发态的单线态氧将能量转移到Car上，使Car由基态变为激发态，而后者可在溶剂中消散能量直接回复到基态。此外，Car与维生素C、维生素E共存时具有抗氧化协同效应[8]。

酚类化合物是茶多酚、甘草抗氧物、迷迭香提取物和竹叶抗氧化物的主要抗氧化成分，其抗氧化作用主要体现在：直接清除ROS、螯合金属离子、激活抗氧化酶、抑制氧化酶活性、调节由ROS引起的氧化应激、上调体内尿酸水平、与维生素C、维生素E和胡萝卜素等其他抗氧化物在体内一起发挥抗氧化功效[9，10]。

2　天然抗氧化剂的促氧化作用

2.1维生素C的促氧化作用

2.2维生素E的促氧化作用

流行病学调查表明，摄入富含维生素E的食品能够降低心血管疾病的发病率，然而，一些大规模的干预试验却得到相反结论。人工干预男性吸烟志愿者5～8年期间每天补充维生素E，发现维生素E干预对男性吸烟者的总体死亡率并没有影响，却增加了血性中风所导致的死亡率[11]。维生素E表现出的这种两面性可能与其复杂的生理功能和化学行为有关。维生素E与过氧亚硝酸盐和超氧化物反应后生成维生素E自由基，进而诱导脂质过氧化的发生。当有其他抗氧化剂存在时，维生素E自由基将会被还原为维生素E，促氧化作用被抑制，然而，当维生素E含量较高，氧化应激条件较显著时，维生素E自由基生成速度大于其他抗氧化剂将其还原的速度，抗氧化系统平衡被打破，维生素E则表现出促氧化作用[14]。

Bakir等[15，16]研究了维生素E在亚油酸-Cu2+体系和亚油酸-Cu2+-维生素C盐体系中抗氧化/促氧化作用，结果表明，在较低浓度时维生素E呈现抗氧化作用，浓度升高，促氧化行为明显，添加槲皮素或异鼠李素，能够抑制高浓度时维生素E的促氧化作用。Nadeem等[17]利用体外试验和脂蛋白离体模型在研究极低密度脂蛋白(VLDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)氧化时，发现添加α-生育酚和γ-生育酚抑制了VLDL和LDL氧化，却促进了HDL的氧化。

2.3类胡萝卜素的促氧化作用

Car在一定条件下可由抗氧化剂转变为促氧化剂，主要影响因素包括Car浓度、所处环境氧分压和Car氧化产物[18]。在大量细胞试验中，都发现了β-胡萝卜素对细胞内脂质、DNA和蛋白质不同程度的氧化损伤，证实了其促氧化作用[19]。除细胞试验外，体内试验也有同样结论。在芬兰曾进行了一项长期β-胡萝卜素干预试验，29 133名50～69岁男性吸烟者每天摄入20mgβ-胡萝卜素，干预期持续5～8年，结果发现，肺癌患病率升高了18%，总死亡率升高了8%[20]。

高氧分压条件下Car的促氧化行为可以用Car自由基化学的相关理论来解释[18，20]。大量的共轭双键使得Car更易受到自由基的攻击，Car与自由基(以脂质过氧化自由基为例：LOO·)的反应可分为3种类型：电子转移(Car+LOO·→Car·++LOO—)、抽氢反应(Car+LOO·→Car·+LOOH)和加合物生成(Car+LOO·→[Car-LOO]·)。低氧分压条件下，Car·与LOO·反应生成Car-LOO，阻断了自由基链式反应，Car起抗氧化作用；高氧分压条件下，Car·和[Car-LOO]·发生自氧化反应，生成Car-OO·和Car-LOO-OO·(Car·+O2→Car-OO·；[Car-LOO]·+O2→Car-LOO-OO·)，后者可与不饱和脂肪酸(LH)发生反应：Car-OO·+LH→Car-OOH+L·；Car-LOO-OO·+LH→Car-LOO-OOH+L·；L·+O2→LOO·，从而诱导脂质发生过氧化扩增反应。

此外，在ROS存在下，高浓度Car的促氧化行为还与其氧化产物有关，这些化合物能够阻碍线粒体正常工作，打破线粒体中氧化还原的平衡，引起细胞的呼吸爆发与凋亡，具有一定的细胞毒性和遗传毒性(附图)[21]。近年来，许多研究都证实了类胡萝卜素氧化产物的促氧化毒性，Kalariya等[22]表明，类胡萝卜素衍生醛能够诱导氧化应激，导致人类视网膜色素上皮细胞的凋亡；Alija等[23]证实了β-胡萝卜素氧化产物对鼠原代肝细胞的细胞毒性和遗传毒性。

附图　　　　β-胡萝卜素的抗氧化作用及其氧化产物的　　　促氧化作用[21]注：ADP：二磷酸腺苷；ATP：三磷酸腺苷；SH：含巯基蛋白质；MDA：丙二醛

2.4酚类化合物的促氧化作用

在植物源食物中酚类化合物分布广、种类多、含量差异大，具有良好的抗氧化性，多是食品功能性成分，但酚类化合物在一定条件下也会表现出促氧化作用。以黄酮类化合物为例，其促氧化行为受以下因素影响[9]：

(1)分子结构。黄酮类物质的促氧化行为被认为与分子中羟基的总数直接成正比，一般而言，单或双羟基黄酮检测不到促氧化活性，而多羟基黄酮会使芬顿反应产生的羟基自由基显著增加。(2)浓度。Yen等[24]研究了槲皮素、柚皮素、橙皮素和桑色素在人类淋巴细胞中的促氧化活性。当添加的柚皮素和橙皮素浓度范围在0～200μmol/L时，检测不到H2O2浓度；当槲皮素和桑色素添加浓度范围分别为25～200μmol/L和125～200μmol/L时，能够检测到H2O2浓度增加。超氧化物阴离子自由基和脂质过氧化作用的产品(硫代巴比土酸反应)的浓度随着这些黄酮类化合物浓度的增加而增加。此外，这些化合物能够诱导DNA链断裂，也具有剂量-效应关系。(3)过渡金属的存在。体内氧化过程如果有游离的过渡金属离子参与，黄酮类化合物则表现出一定的促氧化作用。人体组织受伤后释放的铜离子与黄酮反应，生成亚铜离子，从而启动自由基反应，导致动脉粥样硬化等病变。另一方面，黄酮在发生自氧化时，表现出的促氧化作用也离不开过渡金属的作用。Hajji等[25]表明，槲皮素在中性pH和过渡金属离子的存在下能够发生自氧化反应，且伴随着H2O2的快速积累。(4)黄酮苯氧基自由基的生成。黄酮类化合物可以清除ROS，反应生成的黄酮苯氧基自由基，化学性质十分活泼，可发生进一步氧化反应，生成相对更稳定的黄酮醌。黄酮醌仍可通过与亲核试剂(如谷胱甘肽、半胱氨酸和DNA)结合达到更稳定的状态。

3　研究展望

3.1正确认识天然抗氧化剂的两面性

近年来，国内外学者对天然抗氧化剂的抗氧化作用给予了极大关注。大量的试验研究表明，抗氧化剂既可作为还原剂，又可作为氧化剂来参与体内或体外的氧化还原反应。适量的抗氧化剂可以清除体内过多的ROS，但过量的抗氧化剂能够引起体内“抗氧化应激”，对生物大分子造成损伤，诱发相关疾病。然而，如果一味地认为抗氧化剂的促氧化作用对人体不利，这是对抗氧化剂的误解，因为ROS本身也具有两面性[26]。

3.2加强对天然抗氧化剂的促氧化作用与人类健康的研究

最近的一些研究结果表明，抗氧化剂的促氧化活性在抗癌作用和诱导癌细胞凋亡方面起着重要作用，而非抗氧化作用[27]，未来关于天然抗氧化剂的促氧化研究任务依然艰巨。◇

[1]PoljsakB，MilisavI.Oxidizedformsofdietaryantioxidants：Friendsorfoes?[J].TrendsinFoodScience&Technology，2014，39(2)：156-166.

[2]BastA，HaenenGRMM.Tenmisconceptionsaboutantioxidants[J].TrendsinPharmacologicalSciences，2013，34(8)：430-436.

[3]DayBJ.Antioxidanttherapeutics：Pandora’sbox[J].FreeRadicalBiologyandMedicine，2014，66：58-64.

[4]HalliwellB.Biochemistryofoxidativestress[J].BiochemicalSocietyTransactions，2007，35(5)：1147-1150.

[5]KhlebnikovAI，etal.Improvedquantitativestructure-activityrelationshipmodelstopredictantioxidantactivityofflavonoidsinchemical，enzymatic，andcellularsystems[J].Bioorganic&MedicinalChemistry，2007，15(4)：1749-1770.

[6]PadayattySJ，etal.VitaminCasanantioxidant：evaluationofitsroleindiseaseprevention[J].JournaloftheAmericanCollegeofNutrition，2003，22(1)：18-35.

[7]TraberMG，AtkinsonJ.VitaminE，antioxidantandnothingmore[J].FreeRadicalBiologyandMedicine，2007，43(1)：4-15.

[8]StahlW，SiesH.Antioxidantactivityofcarotenoids[J].MolecularAspectsofMedicine，2003，24(6)：345-351.

[9]ProcházkováD，etal.Antioxidantandprooxidantpropertiesofflavonoids[J].Fitoterapia，2011，82(4)：513-523.

[10]孙宝国.食品添加剂(第二版)[M].北京：化学工业出版社，2013.

[11]RietjensIMCM，BoersmaMG，HaanL，etal.Thepro-oxidantchemistryofthenaturalantioxidantsvitaminC，vitaminE，carotenoidsandflavonoids[J].EnvironmentalToxicologyandPharmacology，2002，11(3)：321-333.

[12]KangMJ，LeeSS，KohHC.ProoxidantpropertiesofascorbicacidinthenigrostriataldopaminergicsystemofC57BL/6mice[J].Toxicology，2012，294(1)：1-8.

[13]HiningerI，WatersR，OsmanM，etal.AcuteprooxidanteffectsofvitaminCinEDTAchelationtherapyandlong-termantioxidantbenefitsoftherapy[J].FreeRadicalBiologyandMedicine，2005，38(12)：1565-1570.

[14]VillanuevaC，KrossRD.Antioxidant-inducedstress[J].InternationalJournalofMolecularSciences，2012，13(2)：2091-2109.

[15]BakirT，etal.Antioxidantandprooxidanteffectsofα-tocopherolinalinoleicacid-copper(II)-ascorbatesystem[J].EuropeanJournalofLipidScienceandTechnology，2013，115(3)：372-376.

[16]BakirT，etal.Antioxidant/prooxidanteffectsofα-tocopherol，quercetinandisorhamnetinonlinoleicacidperoxidationinducedbyCu(II)andH2O2[J].InternationalJournalofFoodSciencesandNutrition，2014，65(2)：226-234.

[17]NadeemN，WoodsideJV，KellyS，etal.Thetwofacesofα-andγ-tocopherols：anin vitroandex vivoinvestigationintoVLDL，LDLandHDLoxidation[J].TheJournalofNutritionalBiochemistry，2012，23(7)：845-851.

[18]BöhmF，EdgeR，TruscottG.Interactionsofdietarycarotenoidswithactivated(singlet)oxygenandfreeradicals：potentialeffectsforhumanhealth[J].MolecularNutrition&FoodResearch，2012，56(2)：205-216.

[19]PalozzaP，SeriniS，DiNicuoloF，etal.Prooxidanteffectsofβ-caroteneinculturedcells[J].Molecularaspectsofmedicine，2003，24(6)：353-362.

[20]JomovaK，ValkoM.Healthprotectiveeffectsofcarotenoidsandtheirinteractionswithotherbiologicalantioxidants[J].EuropeanJournalofMedicinalChemistry，2013，70：102-110.

[21]SiemsW，etal.β-Carotenebreakdownproductsmayimpairmitochondrialfunctions—potentialsideeffectsofhigh-doseβ-carotenesupplementation[J].TheJournalofNutritionalBiochemistry，2005，16(7)：385-397.

[22]KalariyaNM，etal.Carotenoidderivedaldehydes-inducedoxidativestresscausesapoptoticcelldeathinhumanretinalpigmentepithelialcells[J].ExperimentalEyeResearch，2008，86(1)：70-80.

[23]AlijaAJ，etal.Cytotoxicandgenotoxiceffectsofβ-carotenebreakdownproductsonprimaryrathepatocytes[J].Carcinogenesis，2004，25(5)：827-831.

[24]YenGC，etal.Pro-oxidativepropertiesofflavonoidsinhumanlymphocytes[J].Bioscience，Biotechnology，andBiochemistry，2003，67(6)：1215-1222.

[25]HajjiHE，NkhiliE，TomaoV，etal.Interactionsofquercetinwithironandcopperions：complexationandautoxidation[J].FreeradicalResearch，2006，40(3)：303-320.

[26]PaivaCN，BozzaMT.Arereactiveoxygenspeciesalwaysdetrimentaltopathogens?[J].Antioxidants&RedoxSignaling，2014，20(6)：1000-1037.

[27]郑丽芳.酚类抗氧化剂的结构修饰和促氧化机制研究[D].兰州：兰州大学，2007.

(责任编辑李婷婷)

Anti-oxidation and Pro-oxidation Function of Natural Antioxidants

WANG Shu-hui1，2，ZHU Jun-xiang1，ZHANG Li1，WANG Dong-feng1(1College of Food Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266003，China；2Qingdao Municipal Center for Disease Control and Prevention，Qingdao 266033，China)

Recentlysomeresultsshowedthatsomenaturalantioxidantsmightexhibitpro-oxidantactivitywhichwasharmfultohumanbodybecauseofitsstructure，doseandexistingenvironment.Thispaperreviewedresearchadvancementsofanti-oxidationandpro-oxidationofnaturalantioxidantstoprovidereferenceforpromtingfurtherresearchforthecorrectuseofnaturalantioxidantsandrelatedproducts.

naturalantioxidant；pro-oxidation；vitaminC；vitaminE；carotenoid；phenoliccompound

国家自然科学基金(项目编号：31371731)；教育部博士点基金项目(项目编号：20110132110007)。

汪曙晖(1986—)，女，博士，讲师，研究方向：食品营养。

汪东风(1956—)，男，博士，教授，研究方向：食品化学与营养。

FoodandNutritioninChina