全 文 ：万寿菊叶黄素及其生理功能研究概况
李浩明
(青岛大学天然色素研究所 ,青岛　266071)
摘要:本文综述了近十年来万寿菊叶黄素及其生理功能的研究成果 ,包括叶黄素的生物利用率 、抗氧化作用
以及对疾病的防治功能。
关键词:叶黄素 , 类胡萝卜素 ,万寿菊
Lutein and its Biological Functions
Li Haoming
(Natural Pigment Institute ,Qingdao University ,Qingdao 266071)
Abstract:Lutein is a major caro tenoid found in plants(such as Marigold).Studies show ed that Lutein have specific
biological functions in decreasing the incidence of major clinical diseases such as cancer , cardiovascular disease and age-
related macular degeneration.
Key words:Lutein , Carotenoids ,Marig old
　　万寿菊叶黄素是由万寿菊属植物金盏花(亦称
万寿菊 , Tagetse erecta)的花在常温下用已烷浸提
而得的叶黄素类(Xanthophylls)混合物 ,包括叶黄
素(lutein)、叶黄素的二棕榈酸酯(helenien)以及其
他胡萝卜素的羟基化衍生物和环氧化衍生物 。作
为着色剂使用的商品尚可含有抽提时带出的原料
中原有的油脂和蜡质及抽提后加入的植物油 。
叶黄 素 (Xanthophy lls)是 类 胡 萝 卜 素
(carotenoids)中的一大类 。类胡萝卜素为萜类化合
物的衍生物 , 根据化学结构可分为胡萝卜素
(carotene)和叶黄素(Xanthophylls)两大类 ,根据生
物特性可分为(1)具有维生素 A(VA)功能的非色
素类胡萝卜素 ,如α-胡萝卜素 , β-胡萝卜素;(2)无
VA 功能的非色素类胡萝卜素 ,如 violaxanthin ,番
茄红素(lycopene);(3)色素类胡萝卜素 ,如隐黄质
(crytox anthin)、叶黄素(lutein)、玉米黄质(zeaxan-
thin)、辣椒红素(capsanthin)和辣椒玉红素(cap-
sorubin)等。
叶黄素因其独特的生物活性而倍受关注 ,本文
就近年来有关叶黄素研究的几个活跃方向作一简
要的介绍 。
一 、叶黄素的生物利用率
叶黄素的生物利用率与其存在形式 、食品基
质 、生物个体特征 、营养状况及遗传背景等密切相
关[ 1] 。
在植物界叶黄素主要以脂肪酸酯的形式存在 ,
叶黄素在被动物吸收前须经消化液水解才能被肠
道有效吸收利用。目前 ,万寿菊叶黄素的主要用途
之一是作为家禽的饲料添加剂 ,而在典型的家禽饲
养中 ,家禽消化道功能成熟前就已达到上市的体重
及大小 ,所以并不允许家禽有效利用叶黄素酯 ,为
了促进吸收并达到良好的着色效果 ,需要提供游离
态的叶黄素。研究表明家禽对叶黄素酯的吸收率
仅为 35 —38%,而对游离态叶黄素的吸收率可高
达 90%[ 2] 。
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食物中叶黄素的利用率与食品加工状态 、细胞
结构的破坏与否密切相关 。在食物原料中 ,叶黄素
被包埋在细胞结构之中 ,因此破坏细胞结构的加工
方式 、烹饪方式均能改善其生物利用率[ 3] 。
叶黄素脂肪酸酯的生物利用率与膳食中的脂
肪量有着密切的关系 ,适量的膳食脂肪有利于叶黄
素脂肪酸酯在肠道的吸收 ,这是因为叶黄素脂肪酸
酯的水解是由酯酶或脂肪酶催化完成的;这些酶由
胰腺分泌 ,并受胃及十二指肠中脂肪的诱导 ,而且
这些酶的活性也受十二指肠中脂肪的促进 ,所以适
量的膳食脂肪对叶黄素酯的吸收利用是必要的 ,游
离叶黄素的生物利用率与膳食脂肪无必然关
系[ 4] 。
二 、叶黄素的抗氧化性能
人体内氧自由基是导致许多与年龄相关病变
的重要原因 。叶黄素在防止自由基对生物膜的损
害 、淬灭单线态氧及捕获氧自由基方面具有独特的
效果[ 5—6] 。
类胡萝卜素 Car(Carotenoid)是单线态氧的有
效淬灭剂:Car+1O2※3Car＊+O2 ,反应产生的三线
态类胡萝卜素3Car＊寿命短 、能量很低 。单线态氧
可与不饱和脂类反应产生脂氢过氧化物 ROOH ,
在Fe3+-复合物存在下可生成脂过氧化物自由基
ROO·而引发脂类的链式过氧化反应 。
类胡萝卜素可以消除羟自由基 OH·:Car +
OH
·※Car+·+OH - ,羟自由基是活性氧中最活泼
的一种自由基 ,它可引发不饱和脂类 RH 的链式过
氧化反应 ,产生的脂自由基 R·和脂过氧化自由基
将继续与其它脂类进行反应 ,使脂类发生过氧化反
应 ,从而损害细胞膜和细胞器的正常功能。
类胡萝卜素与超氧阴离子自由基的反应如下:
Car+O2-· ※Car-·+O2 , 超氧阴离子自由基在
Fe3+-螯合物存在下可反应生成羟自由基 。
类胡萝卜素与三线态分子反应:Car+3ES＊※
3Car＊+ES ,生成能量低 、寿命短的三线态类胡萝
卜素 ,多余的能量以热量形式放出 。在光合作用
中 ,类胡萝卜素可做为天线色素吸收光能 ,转给叶
绿素分子 ,同时 ,也能通过淬灭单线态氧和三线态
叶绿素3CH1＊而保护光合作用器官不受过量光能
造成的损害。这里3CH1＊即相当于3ES＊。
类胡萝卜素可与脂自由基 R·反应而成为脂类
过氧化反应的断链抗氧化剂 , Car +R· +H+※
Car++RH 。在细胞中类胡萝卜素与细胞膜中脂
类结合而有效地抑制脂类的氧化 。
三 、叶黄素在疾病防治方面的功能
1.年龄相关性视黄斑退化(Age-related macu-
lar degeneration ,AMD)
视网膜与氧反应时易受到伤害 ,原因是(1)光
经过晶状体聚焦于光线接受器 ,(2)在体外 ,脊椎动
物视网膜比其它组织消耗氧多 ,(3)视网膜细胞中
有丰富的线粒体可渗透活性氧 ,(4)光接受膜有高
浓度的二十二碳六烯酸(22∶6 ,ω-3),是人体内最高
不饱和度脂肪酸 ,从而易受过氧化脂类的影响 ,(5)
光和氧结合将产生活性氧类如过氧化基 、OH 基及
单线态氧产生毒害作用 ,推测这些特性使视网膜易
感受过氧化物 ,诱导视网膜退化。人类视网膜的总
类胡萝卜素含量在 20 —250ng 之间 。在视网膜中
心的后部有小的黄色聚焦点即视网膜黄斑 ,该斑富
含抗氧剂色素 ,它的黄色是由高浓度的玉米黄素和
叶黄素产生的 ,它们是 β-胡萝卜素的羟基同系物 ,
不是视黄醇的前体 ,它们被认为可以滤除有光毒害
作用的蓝光 ,并可淬灭单线态氧。
流行病学研究表明 ,经常食用富含类胡萝卜素
尤其是叶黄素和玉米黄质的食品 ,能够预防年龄相
关性视黄班退化(AMD)[ 7] 。叶黄素积聚在视网
膜 ,增加视黄斑颜色 ,防止光诱导的氧化作用对视
网膜的损伤 ,通过闪烁光度法(flicker photometry)
测定视网膜光密度[ 8] 研究表明 ,食用富含叶黄素
的食物或纯化的叶黄素均能在 8个星期内使视黄
斑色素(macular pigment ,MP)明显增加[ 9] 。
晶状体蛋白的氧化是年龄相关白内障的形成
的主要原因之一 ,许多研究者发现叶黄素的摄入量
和血液叶黄素量与白内障的发生呈负相关[ 10—12] 。
哈佛医学院的 Lisa C.T .等跟踪调查了 761762 人
(年龄 45—71岁)12年内的饮食情况 ,发现叶黄素
与玉米黄质高摄入量的人群患白内障的危险性比
一般情况人群低 22%[ 13] 。
全世界每年有数百万 65岁以上的老人因视网
膜的退化引起视觉障碍或失明 ,视黄斑退化与其它
与年龄相关的疾病如心血管硬化 、冠心病 、肿瘤疾
病及免疫力下降一样 ,在很大程度上都是因为人体
代谢过程中产生的自由基对生物分子 、细胞及器官
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的损伤造成的。近二十年来的研究表明 ,类胡萝卜
素 ,尤其是叶黄素 ,是一种性能优良的抗氧化剂 ,能
有效清除体内的自由基 ,改善人们的健康状况 。
2.癌症
叶黄素是人体血液中主要的类胡萝卜素之一 ,
它在抑制肿瘤生长方面有着特殊的生物学功能 ,体
外研究表明 ,叶黄素在抑制细胞膜脂质自氧化和氧
化诱导的细胞损伤方面比 β-胡萝卜素更有效[ 14] 。
在饲料中添加叶黄素能抑制小鼠可转移乳腺肿瘤
的生长并促进淋巴细胞增长[ 15] 。
Pork J.S.等研究了万寿菊提取物对小鼠乳腺
癌的抑制作用 , 他们用含 0 , 0.002 , 0.02 , 0.2 ,
0.4%万寿菊叶黄素的饲料饲养小鼠 , 14天后给小
鼠接种乳腺癌细胞 ,并在 70天内每天监测肿瘤的
生长情况 ,发现低水平的膳食叶黄素(0.002%和
0.02%)即能降低乳腺癌的发生率 、抑制癌生长 、脂
质过氧化和增长癌的潜伏期[ 16] 。
叶黄素可能是通过其抗氧化功能而表现抗癌
活性 ,在体外实验中 ,发现叶黄素能使人肝细胞免
受氧化诱导的损伤[ 14] ,叶黄素可淬灭单线态氧 、防
止脂质过氧化的发生 ,从而抑制肿瘤的生长。除了
抗氧化功能外 ,叶黄素还可通过其它机制如免疫调
节[ 17] 、细胞间通讯而发挥抗癌作用[ 18] 。
最近 ,Slat tery 等的研究表明叶黄素还能降低
结肠癌的发病率[ 19] ,他们研究分析了食用α-胡萝
卜素 、β-胡萝卜素 、番茄红素 、叶黄素 、玉米黄质 、β-
隐黄质对结肠癌发病率的影响 ,发现叶黄素能明显
降低结肠癌的发病率 ,而其它几种胡萝卜素的抗结
肠癌作用不明显 。
类胡萝卜素可分为碳氢类胡萝卜素(如α-胡萝
卜素 、β-胡萝卜素 、番茄红素)和含氧类胡萝卜素
(如叶黄素 、玉米黄质 、β-隐黄质等)。有些类胡萝
卜素如α-胡萝卜素 、β-胡萝卜素和 β-隐黄质是维生
素A的前体 ,在体内可能转化为视黄醇。不同类
型的类胡萝卜素具有不同的生物活性 ,因此 ,其抗
癌种类也不尽相同 ,如 β-胡萝卜素能有效地防止自
由基对脂质生物膜的损伤 ,番茄红素淬灭单线态氧
的能力比其它类胡萝卜素强 ,而叶黄素与玉米黄质
是最有效的氧自由基捕获剂[ 20] 。研究显示 ,类胡
萝卜素的作用方式与其在细胞膜中的位置有
关[ 20] ,例如 , β-胡萝卜素和番茄红素只对膜内侧的
自由基有效 ,而叶黄素和玉米黄质的疏水性较弱 ,
能与膜内自由基反应 ,在清除膜内自由基 、维持生
物膜的完整性方面比 β-胡萝卜素和番茄红素更有
效 ,同时还能改善膜对氧和其他分子的通透性。
Pool-Zobel等研究发现 ,富含叶黄素的饮食能
显著降低 DNA的损伤[ 27] ,他们以 23位 27—40岁
的不吸烟男性为研究对象 ,每天补充高类胡萝卜素
含量(叶黄素含量为 11.3mg)的食物 ,每周收集外
周血进行检测 ,发现其淋巴细胞中 DNA 的断链损
伤和 DNA碱基的氧化损伤都明显降低 ,说明叶黄
素能有效地防止因 DNA损伤而导致的细胞癌变 。
3.心血管疾病
LDL 的氧化修饰是动脉粥样硬化的重要病因
之一[ 21] 。
最近 ,Waart FG De等发表了他们研究荷兰老
年人血液类胡萝卜素含量与死亡率之间的相关性
的研究结果 ,发现类胡萝卜素 ,尤其是叶黄素与死
亡率呈现明显的负相关关系[ 23] 。Steinberg 的研究
表明 ,叶黄素和玉米黄质水平低时 ,患动脉粥样硬
化的可能性就大[ 24] ,血液低密度脂蛋白 LDL 的氧
化是导致动脉粥样硬化的重要原因之一。叶黄素
可能通过防止 LDL 的氧化而降低动脉粥样硬化和
冠心病的发病率[ 25] 。 James等进行的流行病学研
究 、体外实验和动物模型研究结果都表明 ,增加叶
黄素的摄入能防止动脉粥样硬化的发生[ 26] 。
在对动脉粥样硬化病的研究中发现 ,动脉粥样
硬化病灶中有氧化修饰低密度脂蛋白(oxLDL)的
沉积 , oxLDL 可快速地被吞噬细胞吞噬 ,导致脂质
在血管壁的沉积 , oxLDL 还可通过其它细胞生物
学反应促进冠心病的发生发展 。经饮食摄入的叶
黄素在 LDL 颗粒中可保护 LDL 免受单线态氧中
介的氧化作用 ,从而预防心血管疾病的发生[ 22] 。
总之 ,万寿菊是一种富含叶黄素的植物 ,由万寿
菊花制得的叶黄素产品不仅可以用作着色剂 ,而且
在预防视黄斑退化 、肿瘤的发生与发展 、心血管疾
病 ,增强机体免疫力等方面都有着广泛的生物活性。
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国卫生部通告食品添加剂使用卫生标准的增补品
种中将花生四烯酸正式列为婴幼儿配方奶粉的营
养强化剂。为花生四烯酸的应用提供了理论和事
实依据。目前 ,青岛圣元乳业及上海光明乳业已准
备将花生四烯酸作为新一代婴幼儿配方奶粉的营
养强化剂 ,并很快投入市场。为了提高国民的健康
水平 ,增强婴幼儿及青少年的智力发育 ,增加食品
的科技含量 ,提高产品竞争能力 ,我国的研究单位
和各商家 、企业应携起手来 ,为微生物油脂的开发
和应用 ,共同开拓美好天地。
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