黑米花青苷的功能研究进展

孙泽，邵梦丽，陈思敏，胡颖俊，周宝龙，周佳，李新生，，郑红星，，祁珊珊，*

（1.陕西理工大学生物科学与工程学院，陕西 汉中 723000；2.陕西省黑色有机食品工程技术研究中心，陕西 汉中 723000；3.陕西双亚粮油工贸有限公司，陕西 汉中 723000）

黑米又称血糯米或紫糯米，是中国古老而珍稀的稻米资源。与普通白米相比，黑米不仅含有丰富的膳食纤维、植物性蛋白质、人体必需的多种氨基酸、维生素以及铁、铜、锌等矿物质，还含有功能性成分——花青苷。黑米花青苷是从黑米的麸皮中提取出的天然黄酮类化合物，因其具有较强的抗氧化活性和清除自由基能力，在促进人体健康方面显现出了潜能，因此黑米花青苷的理化性质和功能作用引起科研工作者的广泛关注。本文主要综述黑米花青苷在抗氧化、抗炎、降血脂、抗糖尿病并发症、抗癌以及抗衰老等方面的药理作用和功能，揭示其在功能食品、医药领域的应用前景，为黑米花青苷在大健康产业中的应用提供参考。

1 黑米花青苷的组分

黑米花青苷是黑米麸皮的提取物，主要以糖苷形式存在于植物中，其中的花青苷组分较单一，黑米花青苷主要组分有矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3，5-二葡萄糖苷、矢车菊素-3-鼠李糖苷、天竺葵-3，5-二葡萄糖苷、芍药素-3-葡萄糖苷、芍药素-3-阿拉伯糖苷、锦葵素-3-半乳糖苷等8种，其中矢车菊素-3-O-葡萄糖苷占到了花青素总成分含量的95%以上[1]。有研究表明，采用盐酸甲醇溶液超声可高效提取黑米花青苷，可有效避免花青苷水解问题，且提取出的花青苷中矢车菊素-3-O-葡萄糖苷占到了样品总含量的57.3%～74.5%[2]。

2 黑米花青苷的药理学作用

2.1 抗氧化作用

石娟等[3]采用灌胃的方式喂养小鼠，分别设置低、中、高剂量组（50、100、200 mg/kg），喂养相应浓度的黑米花青苷粗品，30 d后发现小鼠的脾和胸腺指数增加，肝脏、肾脏、心脏及血清中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、总抗氧化能力（total antioxidant capacity，T-AOC）和谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）活性显著增加，丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量有所下降，氧自由基的清除能力明显提高。李雯等[4]比较了黑米花青苷、西洋参皂苷、灵芝多糖以及二苯乙烯苷单一组分的抗氧化活性，结果表明黑米花青苷的抗氧化活性优于西洋参皂苷、灵芝多糖以及二苯乙烯苷。梁引库等[5]通过体外抗氧化实验，发现黑米花青苷对羟基自由基、超氧阴离子的抑制率和总抗氧化活性随着其浓度的增大而增强。

2.2 降血脂作用

许多学者研究发现黑米花青苷具有调节血脂的作用。张名位等[6]研究发现，给予高血脂大鼠黑米花青苷可以降低高脂血症大鼠的血脂水平，改善体内的氧化应激状态，并且发现黑米皮中的花色苷和不饱和脂肪酸是其发挥抗氧化和降血脂作用的主要物质基础。徐惠龙[7]研究发现，黑米花青苷能够明显降低血清总胆固醇（total cholesterol，TCHO）、甘油三酯（triglyceride，TG）、动脉硬化指数（arteriosclerosis，AS）、载脂蛋白 B（apolipoprotein-B，ApoB）水平，增加高密度脂蛋白胆固醇（high density liptein cholesterol，H-DLC）、载脂蛋白AI（ApoA-Ⅰ）含量，并且与剂量呈正相关，表明黑米皮可明显改善高脂血症大鼠的脂代谢异常，具有调节高脂饮食引起的脂质代谢紊乱的作用。WANG等[8]通过给予小鼠高脂高胆固醇饲料构建高胆固醇模型小鼠，并每日给予黑米花青苷进行治疗，结果表明补充黑米花青苷可有效缓解小鼠体质量、肝质量、肾周脂肪质量和附睾脂肪质量的增加。卓学铭等[9]给高血脂小鼠饲喂黑米花青苷15周后，通过检测总胆固醇（total cholesterol，TCHO）含量、低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）含量、高密度脂蛋白胆固醇（high density liptein cholesterol，H-DLC）含量、甘油三酯（triglyceride，TG）含量，研究花青苷的抗血脂作用，结果表明，黑米花青苷具有调节血脂的作用。Liu等[10]通过给予高胆固醇饲料建立高胆固醇模型，在饲料中加入黑米花青苷饲喂12周，结果发现黑米花青苷可通过调控相关基因的表达水平，降低胆固醇在肠道中的吸收，促进胆固醇在肠道中的反向转运。此外，黑米饮食还可以修复因高胆固醇饮食而受损的肠道组织，增加肠道有益菌的比例。

2.3 抗糖尿病及其并发症作用

2.3.1 降血糖作用

2019年中国患糖尿病人数约为1.16亿人，据统计，中国已成为全球糖尿病患病人数最多的国家[11]。因此糖尿病的治疗逐渐进入人们的视野，通过膳食改善糖尿病症状更符合人们在日常生活中的需要。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷是黑米花青苷中的重要活性单体，郑红星等[12]发现，黑米花青苷中的矢车菊素-3-O-葡萄糖苷可降低糖尿病大鼠血糖，通过给予链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠矢车菊素-3-O-葡萄糖苷8周，可显著降低糖尿病大鼠血糖，改善糖尿病大鼠“三多一少”，其降血糖作用与临床一线药物二甲双胍无显著性差异。厉成玲等[13]通过给予小鼠腹腔注射四氧嘧啶构建糖尿病大鼠模型，并分组给予黑米提取物黑米多酚灌胃4周，发现黑米提取物对四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠血糖升高趋势具有抑制作用。Bhuyan等[14]发现，黑米提取物中的矢车菊素-3-O-葡萄糖苷可有效与6-磷酸果糖转氨酶结合，产生显著的降血糖作用。

2.3.2 抗糖尿病性骨质疏松症作用

糖尿病性骨质疏松症（diabetic osteoporosis，DOP）是糖尿病并发症之一，主要表现在骨量减少及骨骼微结构破坏、骨骼脆性增加，骨折风险提高，致残、致死率高[15]。祁珊珊等[16]通过链脲佐菌素注射法建立了糖尿病大鼠模型，并灌胃给予糖尿病大鼠黑米花青苷提取物给药8周后发现，黑米花青苷可增加糖尿病大鼠骨密度，降低血清骨周转标志物，高剂量组骨微结构和破骨细胞数目恢复正常，同时黑米花青苷提取物可抑制糖尿病大鼠骨髓脂肪生成，治疗组大鼠骨组织中成骨特异性转录因子（RUNX2）明显升高。其他天然产物如杜仲总黄酮、番茄红素等对糖尿病诱导的骨质疏松症也具有改善作用，其作用机制与黑米花青苷一致[17]。上述结果表明，黑米花青苷以及同类花青素提取物可以改善糖尿病引起的骨丢失，具有抗糖尿病性骨质疏松症的作用，其主要机制是通过抑制骨转换、抑制骨髓脂肪生成、上调RUNX2表达来实现的。

2.3.3 抗糖尿病肾病作用

糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病的严重并发症，约30%的糖尿病患者有肾病、蛋白尿等严重症状，最终发展为糖尿病肾病，是造成糖尿病患者死亡主要原因之一，53%的DN患者死于肾衰竭[18]。糖尿病肾病作为一种危害人类健康的慢性疾病，已成为一个重要的公共卫生和社会问题。祁珊珊等[19]研究发现，黑米花青苷的主要活性成分矢车菊素-3-O-葡萄糖苷可以修复糖尿病肾病引起的肾功能紊乱、肾足细胞损伤、抑制肾小球细胞外基质聚集和肾纤维化，同时，在该研究中还比较了黑米矢车菊素-3-O-葡萄糖苷与临床一线药物赖诺普利在抗糖尿病肾病方面的功效，发现黑米矢车菊素-3-O-葡萄糖苷与赖诺普利在抗糖尿病肾病方面无显著性差异。黑米花青苷抗糖尿病肾病的机制与其他天然产物如三七总皂苷抗糖尿病肾病的机制类似，均是通过抗氧化、抗炎、抑制肾脏纤维化来实现的。

2.3.4 抗糖尿病视网膜病变

糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy，DR）是一种具有特异性改变的眼底病变，是糖尿病性微血管病变中重要并发症之一。在高糖状态下，机体通过葡萄糖自氧化、多元醇途径和蛋白质糖化等过程产生氧化应激，诱导过氧化物过度表达，使抗氧化机制紊乱，引发视网膜细胞变性，导致视网膜损伤。祁珊珊等[20]用腹腔注射链脲佐菌素的方法构建了糖尿病模型大鼠，并灌胃给予糖尿病大鼠黑米花青苷提取物200 mg/（kg·d），给药8周后，通过病理组织学方法观察了视网膜组织结构及其形态计量学参数、超氧化物歧化酶活力、丙二醛含量变化，研究发现，与模型组比较，黑米花青苷给药组大鼠视网膜结构形态明显好转，视网膜内界膜连续性较好，内核层以及外核层细胞排列整齐，视网膜总厚度、内核层厚、外核层厚度均较模型组显著增厚，单位距离神经节细胞数目较模型组显著增多，表明黑米花青苷具有改善糖尿病大鼠视网膜结构，改善糖尿病性视网膜病变的作用，同时，该研究发现黑米花青苷可改善糖尿病大鼠的脂质氧化。

2.4 抗炎作用

Zhao等[21]通过使用黑米花青苷提取物与迷迭香酸治疗葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎小鼠发现，黑米花青苷与迷迭香酸混合治疗对结肠炎疾病活动指数、一氧化氮（Nitric Oxide，NO）含量、血清白细胞介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）的表达呈现很强的抑制作用，其中黑米花青苷提取物对结肠炎小鼠肠道组织的修复作用、肠道中NO含量、血清IL-6水平及IL-6和诱导型一氧化氮合成酶（iNOS mRNA）表达的抑制作用强于迷迭香酸。结果表明，黑米花青苷提取物可用作治疗人类炎症性肠病的功能性食品或营养制品。Wu等[22]通过使用高脂饲料喂养小鼠构建肥胖小鼠模型，并使用黑米花青苷给予治疗，发现黑米花青苷治疗组肝脏中 TNF-α、IL-6、核因子 κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）和一氧化氮合成酶（iNOS）基因的表达水平显著降低，表明黑米花青苷可以减轻高脂饮食引起的肝脏炎症。Tancharoen等[23]以5-氟尿嘧啶诱导构建口腔黏膜炎大鼠，用黑米花青苷治疗1个月后发现，黑米花青苷通过抑制NF-κB信号通路活化，对5-氟尿嘧啶诱导的口腔黏膜炎具有良好的抗炎作用。

2.5 抑制肿瘤细胞增殖

疾病动物模型的实验研究表明，长期膳食黑米产品或黑米提取物可以通过抑制肿瘤细胞磷酸化或其上游信号通路来防治某些类型的癌症。Teng等[24]通过皮下注射小鼠乳腺癌细胞构建肿瘤模型小鼠，在瘤内注射50 μL黑米花青苷溶液（20 mg/mL），结果发现黑米花青苷可以通过抑制上皮细胞向间质细胞的转变来提高局部热疗和转移，从而显著抑制肿瘤生长，并且黑米花青苷具有良好的光热稳定性和光热转换效率，可使黑米花青苷温度升高，达到足以诱导肿瘤细胞死亡的效果。姜伟伟等[25]研究发现，黑米花青苷可以抑制人前列腺癌细胞（PC-3）细胞增殖，其作用机制可能是通过上调活性氧（ROS）和NO的水平导致线粒体损伤，细胞色素C释放到细胞浆，促使p38和应激活化蛋白激酶（JNK）磷酸化，激活JNK和p38信号传导通路，从而诱导PC-3细胞凋亡。人表皮生长因子受体-2（human epidermal growth factor receptor-2，HER-2）过量表达会导致乳腺癌患者的癌细胞增殖快，易发生转移，罗丽萍等[26]的研究发现黑米花青苷能通过下调HER-2磷酸化水平，抑制HER-2阳性乳腺癌细胞的生长、增殖，并促进癌细胞凋亡。刘春远等[27]研究发现，黑米花青苷可以抑制结肠癌细胞（SW480）的增殖、阻滞细胞周期的进展、促进结肠癌细胞的凋亡。

2.6 抗衰老作用

机体衰老虽然是不可避免的，但是通过合理饮食、平衡营养等方式延缓衰老却是有可能的。Li等[28]研究发现，黑米花青苷可作为膳食抗氧化剂的来源，通过野生果蝇进行实验，将黑米花青苷加入果蝇的食物中，最终发现通过补充黑米花青苷可以调节果蝇谷胱甘肽代谢，神经活性配体-受体相互作用，以及叉形头转录因子（FOXO）信号通路和雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号传导途径来延长果蝇的寿命并改善运动功能的损伤。Lu等[29]研究结果表明，黑米花青苷具有抗衰老作用，其抗衰老机制与黑米花青苷能增强脑、肝、肾的抗氧化活性，提高衰老相关酶活性以及改变基因表达等作用密切相关。

2.7 抑制脑缺血引发的脑梗死及记忆力衰退

Wattanathorn等[30]通过高脂肪饲料喂养大鼠诱导代谢综合症，以黑米花青苷与草茴香的联合提取液饲喂模型大鼠21 d，研究结果表明，黑米花青苷可降低MDA、IL-6和NF-κB水平、提高额叶皮质抗氧化酶活性和一氧化氮合成酶的表达，同时增加了大鼠血管管腔直径，减少了颈总动脉内膜和中膜的厚度，研究表明，黑米花青苷对脑梗死具有改善作用。Hwang等[31]通过采用假手术建立脑缺血模型小鼠，并给予模型小鼠黑米花青苷灌胃治疗21 d后发现，小鼠海马神经元死亡明显减少，反应性星形胶质细胞增生显著抑制，在Morris水迷宫试验中，黑米花青苷显著改善了动脉闭塞诱导的记忆损伤，上述结果表明补充黑米花青苷对脑缺血有显著抑制作用。

2.8 抗雌激素过低引起的骨质疏松症

绝经后骨质疏松症（postmenopausal osteoporosis,PO）常见特征为骨量减少，骨微结构破坏，骨密度降低，给绝经后女性生活带来不便[32]。Lee等[33]通过切除大鼠卵巢诱导大鼠骨质疏松模型，并给予大鼠每日灌胃黑米提取物，发现黑米提取物可防止卵巢切除诱导的骨丢失，其通过调节骨代谢，缓解绝经后骨质疏松，在绝经后骨质疏松治疗方面具有很大潜力。Shimizu等[34]研究发现，富含花青苷的欧洲越橘提取物也对去卵巢大鼠骨质疏松症具有治疗作用，欧洲越橘提取物给药8周后大鼠的骨体积分数（bone volume fraction，BV/TV）、骨密度（bone mineral density，BMD）、骨小梁密度（trabecular thickness，Tb.Th）和骨小梁数量（trabecular number，Tb.N）水平升高，骨小梁分离度（trabecular separation，Tb.Sp）水平降低，表明富含花青苷的欧洲越橘提取物可缓解骨质疏松，其与黑米花青苷的作用效果类似。

2.9 抗肝损伤

路宏朝等[35]通过给予小鼠50%酒精灌胃11 d，建立酒精性肝损伤小鼠模型，治疗组进行黑米花青苷灌胃治疗，结果发现小鼠肝脏中的SOD、GSH活力增高、MDA含量显著降低，说明黑米花青苷可通过清除体内自由基、防止脂质过氧化达到改善酒精性肝损伤的效果。王治博等[36]通过对大鼠腹腔注射四氯化碳，建立大鼠急性肝损伤模型，给予黑米花青苷灌胃7 d，每天1次，发现黑米花青苷能够有效缓解四氯化碳诱导的肝损伤。Jiang等[37]研究发现，每日摄入矢车菊素-3-O-β-葡萄糖苷可通过抑制肝星状细胞活化来预防四氯化碳诱导的小鼠肝纤维化进展，这为临床预防肝纤维化提供了依据。

2.10 其他作用

除了上述功能作用，黑米花青苷还具有其他的药理作用。Sunarti等[38]研究发现，添加黑米提取物的羊奶可通过改善糖尿病大鼠的血脂水平和抑制视黄醇结合蛋白的表达来降低胰岛素抵抗。Ona Kevin等[39]研究发现，黑米中的粗花青素提取物能够缓解急性铅中毒，为急性铅中毒的治疗提供了新的方法。

3 小结与展望

当前大众对于食品的安全以及营养方面需求不断增高，黑米花青苷具有抗氧化、抗炎、降脂、抗衰老、抗癌等功效，是健康科学的膳食营养补充剂。此外，黑米花青苷对糖尿病、心血管疾病、骨质疏松症等慢性疾病以及其他非传染性疾病具有防治作用。黑米花青苷在疾病防治和慢性疾病营养干预中发挥了重要作用。我国黑米资源丰富，黑米花青苷在食品、功能食品和医药产业中具有较好的应用前景。