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Advances in studies on potential toxicity of flavonoids

黄酮类化合物的潜在毒性作用



全 文 :·综述·
黄酮类化合物的潜在毒性作用
陆柏益,张 英,吴晓琴
(浙江大学 生物系统工程与食品科学学院,浙江 杭州 310029)
[摘要] 黄酮类化合物,包括黄酮、黄酮醇、黄烷酮、异黄酮、双黄酮、查尔酮等,广泛存在于膳食及植物中。大
量研究表明,黄酮类化合物具有抗氧化、清除自由基、抗癌、抑菌、消炎等功效,多年来黄酮类医药制剂已广泛应用
于心脑血管疾病和癌症治疗,近年来黄酮类保健食品也发展很快。文章综述了国内外各类黄酮类化合物的毒理学
研究进展,为合理应用黄酮类化合物提供一定的科学依据。
[关键词] 黄酮;毒理;安全;多酚
[中图分类号]R2851 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2006)07053305
[收稿日期] 20051001
[通讯作者] 陆柏益,Tel:(0571)86971388,Email:bylu@
zjueducn
黄酮类化合物属植物次生代谢产物,广泛分布于蔬菜、
水果及药用植物中,是一类具有共同母核(C6C3C6)的苯丙
吡喃酮衍生物,按其结构可分为黄酮、黄酮醇、黄烷酮、黄烷
酮醇、异黄酮、双黄酮、花青素、查耳酮及其苷等[1]。早期黄
酮粗制品仅仅作为天然黄色素在染料方面应用,20世纪 20
年代国外把槲皮素与芦丁应用于临床后,逐渐引起了人们的
关注。到2002年底,已鉴定的生物类黄酮有8000多个[1]。
流行病学调查、动物实验及临床研究结果表明,黄酮类化合
物具有抗氧化、清除自由基、抑菌、消炎、调节血脂、抗癌、抗
HIV等广泛的生物活性[2,3]。
一个有前途的生物活性成分应该满足以下几个原则[4]:
①对正常细胞没有毒性作用;②能够口服;③作用效果明显;
④作用机制明确;⑤成本低;⑥能够被人群接受。黄酮类化
合物要发展成一种有应用前景的生物活性成分,其安全性研
究是非常必要的。文章综述了国内外黄酮类化合物毒性机
制的研究进展,为合理摄取黄酮类化合物提供一定的科学依
据。
1 黄酮类化合物促氧化(产生自由基)的作用
国内外研究表明,黄酮类化合物能起抑制癌症、保护心
脑血管等药理作用,这主要是因为其具有抗氧化的生物活
性,能够清除过氧化氢、超氧阴离子、羟基自由基及单线态
氧[5,6]。而黄酮类化合物对正常细胞的毒性作用一般认为
是与其在高浓度时促氧化或产生自由基的作用相关。黄酮
类化合物具有促氧化和抗氧化的双重作用[7],黄酮/多酚的
还原形式主要起抗氧化的作用,而其氧化的形式(苯氧自由
基、苯醌等)具有非常强的促氧化作用,在人的日常生活中,
其氧化的作用往往会大于其还原作用[8]。Mitsuyoshi等实验
研究发现,高浓度的黄酮(芹菜黄素、木樨草素)和黄酮醇(槲
皮素、3羟基黄酮、芦丁)对正常细胞人体肺胚胎纤维原细
胞(TIG1)和人体脐带血管内皮细胞(HUVE)有毒性作用,并
呈剂量依赖关系;3羟基黄酮、木樨草素和芹菜黄素比其他
黄酮具有更高的 TIG1细胞毒害作用,而 3羟基黄酮、木樨
草素和槲皮素具有更高的HUVE细胞毒害作用;并发现这些
黄酮和黄酮醇化合物都能显著提高TIG1和HUVE细胞体内
活性氧自由基的水平,并与其毒害细胞的能力相关[9]。
11 过渡态金属导致的促氧化作用 在体系中有 Cu2+,
Fe3+等过渡态金属离子存在时,黄酮会起促氧化作用。在有
氧体系中,黄酮会被过渡态金属离子催化而氧化,产生活性
氧自由基(ROS)和羟基自由基(·OH),这些自由基会攻击
DNA、脂质等生物大分子[10]。
Sakihama等研究发现,儿茶酚会与 Cu2+反应产生半苯
醌,半苯醌与O2反应形成 O·2,O·2又能氧化儿茶酚产生半苯
醌和H2O2,H2O2会很快被Cu+氧化还原成OH[11]。Ahmad等
在研究黄酮醇抗氧化时发现,过渡态金属离子能催化黄酮醇
的自动氧化并产生活性氧自由基(ROS),加速低密度脂蛋白
的氧化[12]。Furukawa等发现儿茶酚、表没食子儿茶素没食子
酸酯(EGCG)也能被过渡态金属离子催化,产生H2O2,引起离
体或体内DNA的破坏[12]。EGCG也能显著地诱导白血病细
胞HL60的DNA氧化,而且在谷胱甘肽耗竭的细胞中,EGCG
的DNA氧化作用会成倍增加,但在 HP100细胞(其过氧化氢
酶的活性是HP60细胞的 18倍)中,这个现象没有出现[13],
所以可以推测 EGCG诱导产生的 H2O2参与了 DNA的氧化。
这也可以解释为什么 EGCG会加强二甲肼和亚硝胺的致癌
性[14]。
12 过氧化酶导致的促氧化作用 过氧化物酶是一组含有
亚铁血红素的酶系,主要通过氧化物来催化外源物的氧
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化[15]。髓过氧化物酶、嗜曙红细胞过氧化物酶、乳过氧化物
酶分别主要存在于嗜中性细胞、嗜曙红细胞的溶酶体及外分
泌腺的分泌细胞中。髓过氧化物酶和嗜曙红细胞过氧化物
酶能释放到血液和噬菌细胞的泡液中,而乳过氧化物酶则能
分泌到乳汁、唾液和眼泪中[16]。在血液或骨髓中蓄积的外
源物及其代谢产物能被有活性的白细胞氧化。使用表鬼臼
毒吡喃葡萄糖苷(一种拓扑异构酶的抑制剂)治疗癌症后,往
往会导致二级急性白血病的发生,以及长期暴露在苯下引起
的白血病,这些都是由于髓过氧化物酶/H2O2能形成促氧化
的苯氧自由基,进而损害DNA造成的[17]。
Galati等研究发现,含有苯环 B的黄酮(芹菜素、柚皮
素)易被过氧化物酶/H2O2氧化后产生苯氧自由基,而苯氧
自由基会诱导 GSH或 NADH的氧化,并产生活性氧自由基
(ROS)[18,19]。此外,他们还发现含苯环的黄酮类化合物及其
他多酚会引起大鼠离体肝细胞中 GSH的氧化[20]。Awad等
对过氧化物酶催化氧化含苯环 B的黄酮类化合物并形成苯
氧自由基的作用机制进行了探讨,发现这些黄酮的酶促氧化
首先产生半苯醌和苯醌的代谢物,这些代谢物或以亲电子试
剂的形式与细胞内的大分子结合,或通过氧化还原反应形成
活性氧自由基[21]。含有儿茶酚 B环的槲皮素,是人类膳食
中最丰富的黄酮类化合物,Galati,Awad等研究小组发现其
能被酪氨酸酶、过氧化氢、辣根过氧化物酶或其他过氧化物
酶氧化生成苯醌/甲基苯醌的中间产物,同时可能与 GSH反
应生成槲皮素谷胱甘肽加合物[18,22]。Wale等人证实,在人
体小肠Caco2细胞和肝HepG2细胞中槲皮素能够共价地结
合到细胞DNA和蛋白上[23],虽然槲皮素已经被广泛地认为
是一种抗氧化剂,能够清除细胞中的活性氧自由基,但是也
有研究显示,活性氧自由基能够代谢黄酮类化合物,生成的
产物会干涉体内关键大分子化合物的生理作用。
2 黄酮类化合物与药物代谢酶的相互作用
黄酮类化合物产生药理活性的一个重要作用机制,就是
能够通过多种途径与体内细胞色素 P450、葡糖苷酸转移酶、
代谢外源物的单氧酶等相互作用。黄酮可以通过诱导 DNA
的表达调控(抑制或活化)酶的活性,并参与其代谢活动,控
制某些致癌物质、自由基、药物等的产生和消除,从而产生解
毒、抗氧化、抗癌等有利于人体的作用[24]。但同时这些作用
并不都是有利的,有些黄酮也可能会导致一些致癌物质的活
化、有毒代谢产物的产生、药物的过度积累等有害影响。
21 与一相代谢酶的作用 细胞色素 P450、单加氧酶等一
相代谢酶是一组重要的酶系,在代谢疏水性内源底物(固醇、
前列腺素、脂肪酸)和吸收外源性物质(药物、致癌物、食品成
分、污染物)上具有重要的作用[25]。黄酮类化合物与细胞色
素P450等相互作用会产生一系列副作用,影响血液中药物
的浓度,引起药理作用过度或不足,甚至致毒。黄酮类化合
物也可能通过诱导CYPs的表达或激活CYPs的活性,从而增
加CYP致癌物的活性[26]。
黄酮类化合物可以通过多种途径诱导细胞色素 P450的
表达,最直接的就是通过与特殊受体结合或者通过稳定
mRNA,进而刺激基因的表达[27,28]。一些黄酮和 2,3,7,8四
氯代二苯并二恶英(TCDD)一样能够与芳烃受体结合(AhR,
一种转录因子),诱导细胞色素 P450。这就是某些黄酮能增
加CYP1酶系(CYP1A1,CYP1A2,CYP1B1)酶活性作用机制,
而CYP1A1,CYP1A2,CYP1B1负责苯并[a]芘、二甲基苯并蒽、
黄曲霉毒素B1、杂环香基胺等致癌物质的活化[29]。外源物
与AhR受体的亲和性很大程度上取决于外源物的结构,含
有较少取代基团的平面芳环化合物最容易与 AhR受体结
合,黄酮类化合物便是其中之一[30]。不同的浓度,黄酮类化
合物会显示不同的作用。低浓度时,黄酮类化合物作为 AhR
受体的拮抗剂,与受体结合而减少 DNA的表达;高浓度时,
同样的黄酮则作为 AhR受体的激动剂,与受体结合调节
DNA的表达。黄酮类化合物可以通过闭塞 AhR受体抑制
CYP1酶系的基因表达,这在癌症的化学防治上有重要的作
用,但黄酮类化合物也常常作为 AhR受体的激动剂,诱导
CYP1A1和 CYP1A2的活性表达。高良姜素、槲皮素、地奥
明、香叶木素能增加 CYP1A1基因的表达,橘皮素、β萘黄酮
能增加 CYP1A1/2,CYP2B1/2的水平[31,32]。黄酮类化合物
是否抑制或激活细胞色素P450的活性,取决于黄酮的结构、
浓度、环境等条件,比如α萘黄酮能抑制人体 CYP1A1和
CYP1A2的活性,但同时也是 CYP3A4的诱导剂[33,34]。一般
来说,带有羟基的黄酮会抑制 CYP的活性,而无羟基的可以
诱导其活性[24]。CYP3A4是人体肝和小肠中最重要的 CYP,
它负责体内50%药物的代谢,并能控制一些致癌物的活性。
4,5,7三羟黄烷酮,是葡萄汁中主要的黄烷酮,能抑制小肠
中CYP3A4的活性,减弱钙通道阻滞剂(非洛地平、尼群地
平、尼索地平等)等药物的代谢[35]。植物药的乱用也可能改
变某些药物的代谢动力学,增加药物的毒性,这个现象在评
价含有高蓄积性的黄酮类食品补充剂或植物药的安全性时
是非常重要的[24]。除了药物,黄酮类化合物对其他非治疗
成分也有影响,黄酮对 CYP的抑制会影响这些成分的代谢
和消除,从而增加它们的蓄积性,引起毒性[4]。
22 与二相代谢酶的作用 二相代谢酶代谢是人体解毒的
重要途径之一,它的抑制能直接导致外源物毒性的蓄积。黄
酮类化合物能抑制葡萄糖苷酸转移酶(UGTs)的活性,当其与
药物一起服用时,会引起药物的生物利用度下降。这是因为
黄酮类化合物可以与药物竞争性的结合到葡萄糖苷酸转移
酶上,抑制药物的葡萄糖醛酸化[4]。喹啉衍生物(RG12525)
是一种治疗2型糖尿病的新药,临床研究发现其口服后,血
液中主要的代谢产物是其四唑 N2葡萄糖醛酸的结合物。
4,5,7三羟黄烷酮是一种葡糖苷酸反应的底物,当与
RG12525同剂量服用时,可以竞争性地抑制其44%的葡糖苷
酸反应[36]。5,7二羟黄酮和芹菜素是人类膳食中常见的黄
酮,通过LCMS分析发现其能够在人体 Caco2细胞、HepG2
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细胞、大鼠离体肝细胞中葡萄糖醛酸化和硫酸化[37]。Galati
等发现4,5,7三羟黄烷酮和槲皮素能够通过抑制普鲁泊福
的葡萄糖醛酸反应,显著增加其麻醉时间和肝毒性[8]。
3 黄酮类化合物的类雌激素作用
黄酮类化合物,特别是异黄酮,由于在结构上与雌激素
非常相似,所以其具有类雌激素或抗类雌激素的生理作用,
它能够模拟天然的雌激素,与雌激素受体竞争性结合,调节
其活性[24]。因此黄酮类化合物对激素依赖性的癌症(如前
列腺癌、子宫癌、乳腺癌等)的防治特别有效,并能延缓或减
轻中老年妇女绝经期的各种症状[23]。但是过量或不当的摄
食黄酮类化合物,也会导致人体内激素代谢及内分泌的混
乱,从而产生各种不良后果。流行病学研究发现,人类男性
繁殖能力的下降,可能与环境中的一些化合物有关,这些化
合物能够模拟天然雌激素,导致人体内分泌混乱。大豆异黄
酮是一类植物雌激素,主要有染料木黄酮和黄豆苷元两种,
高剂量摄取黄豆苷元时,对雌性大鼠有一定的生殖毒性,动
物实验和人群试验也发现高剂量摄食染料木黄酮时,其雌激
素活性也会导致实验动物繁殖力的下降和性功能下降,会增
加人体乳腺癌和生殖管道癌症的高发[4]。HStopper等[38]综
述了植物雌激素的遗传毒性影响,认为在体外体系中染料木
黄酮、香豆雌酚、槲皮素和白藜芦醇有遗传毒性,木酚素、黄
豆苷元、花色素和漆黄素没有或有很小的遗传毒性,而黄豆
苷元代谢过程中产生的 O去甲基安哥拉紫檀素(ODMA)、
3′,4′,7三羟基异黄酮、4′,6,7三羟基异黄酮和雌马酚比黄
豆苷元母体具有较高的毒性[3941]。最近有研究发现一种富
含黄酮的植物 Vitexnegundo提取物对雄性大鼠具有显著的
生殖毒性,这种提取物中有acerosin,trimethoxywogonic,artemin
和isopyrenin4种黄酮被鉴别,每天给大鼠喂食15mg,连续15
d后,发现相关的性器官重量减轻,精子的数量明显减少和
活性降低,但在其他组织并没有影响,说明其虽然对其他组
织不起毒性作用,但会影响雄性大鼠的生殖系统[42]。
4 黄酮类化合物的安全摄食
黄酮类化合物具有悠久的食用历史,人类膳食中都含有
丰富的黄酮类化合物,如水果、蔬菜、坚果、茶及红酒等,如此
高的黄酮摄食量也没有引起任何副作用,因此能够引起突变
或细胞毒性的剂量不可能通过膳食获得。但是目前,国内外
已有多种黄酮类制剂被开发成药品、化妆品和保健食品,如
银杏黄酮、茶多酚和葛根素等。而在美国等国家,作为膳食
补充剂的黄酮制品的管理并不象药品一样严格,不需要通过
FDA的审评,其潜在的毒性也没有进行深入的评估。人们在
使用这类药品、化妆品或保健食品时,黄酮类化合物的推荐
摄食量远比日常膳食中要高得多,一般在克级(如槲皮素被
厂家推荐量是500~1000mg·d-1,是日常膳食中的量的10~
20倍)。因此,人们在额外补充黄酮制剂时,需要注意服用
剂量,以免引起不良反应。
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LUBaiyi,ZHANGYing,WUXiaoqin
(ColegeofBiosystemEngineeringandFoodScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China)
[Abstract] Flavonoids,includingflavones,flavonols,anthocyanins,flavanones,chalcones,flavan,proanthocyanidins,isoflavonoids
andbiflavonoids,etc,arenaturalcomponentsinourdietandplants.Severalbeneficialpropertieshavebeenatributedtothesecompounds,
includingantioxidant,antiinflammatoryandanticarcinogenicefects,etc.Flavonoidpreparationsaremarketedasherbalmedicinesordietary
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supplementsforavarietyofalegednontoxictherapeuticefects.However,theyhaveyettopasscontroledclinicaltrialsforeficacy,andtheir
potentialfortoxicityisanunderstudiedfieldofresearch.Thisreviewsummarizesthecurentstudiesonthetoxicityinducedbyflavonoidsand
givessomeadvicesforingestingflavonoids.
[Keywords] flavonoids;toxicity;safety;polyphenols [责任编辑 古云侠]
第九届国际传统药物学大会筹备工作新闻发布会在北京召开
2006年2月17日,中国广西壮族自治区人民政府、中国国家中医药管理局和国际传统药物学会在北京联合召开第九届国
际传统药物学大会筹备工作新闻发布会。传统药物学是全人类在和疾病作斗争中留下的宝贵财富,随着人类回归自然呼声
的日益高涨,传统药物学及其应用研究受到全世界医学界的关注。1990年,来自40个成员国的代表在法国的斯特利斯堡成立
了国际传统药物学会,并召开了首届国际传统药物学大会。国际传统药物学会还决定每两年举办一次国际传统药物学大会。
目前已在法国、瑞典、中国(北京)、瑞士、英国、美国、德国、南非等国家举办了八届国际传统药物学大会。现在,国际传统药物
学大会已经成为全世界各会员国竞相承办的盛会,被誉为世界传统药物界的“奥林匹克”。在中国政府的大力支持下,中国曾
于1994年成功主办了第三届国际传统药物学大会。2004年6月,在英国召开的第八届国际传统药物学大会上,中国、巴西和
泰国同时向大会提出申请主办第九届国际传统药物学大会。经大会全体代表投票,中国获得了2006年举办第九届国际传统
药物学大会的主办权。经过中国广西壮族自治区人民政府与国际传统药物学会协商,国际传统药物学会主席霍顿教授等在
2005年7月到广西南宁进行实地考察,一致同意在广西南宁举办第九届国际传统药物学大会。广西壮族自治区人民政府、国
家中医药管理局和国际传统药物学会共同作为大会的主办单位,中国医学科学院药用植物研究所、广西壮族自治区卫生厅、
广西壮族自治区人事厅、广西壮族自治区科技厅、广西中医学院、广西药用植物园作为共同承办单位。
第九届国际传统药物学大会将于2006年8月22日至26日在中国广西首府南宁举行,会议内容包括大会开幕典礼及主报
告、大会分组报告、墙报交流、天然健康产品研究与交流、传统药物及健康产品的展览、专业参观考察等等。大会以“传统药物
学与天然健康产品”为主题,分《传统药物的资源保护与可持续利用及传统药物的管理》、《传统药物的现代研究》、《传统药物与
天然健康产品开发及其知识产权保护》和《民族民间药物的研究与临床应用》等四个专题进行研讨与学术交流;国际传统药物
学会主席PJHoughton教授、澳大利亚的 TonyCunningham博士、南非的 JvanStaden教授、美国的 NinaEtkin教授以及中国科学
院、中国工程院部分院士应邀做专题报告;邀请与会的国内外代表和特邀嘉宾共1000余人。
广西是中国南部的美丽省份,世居有壮、汉、瑶、苗、侗、仫佬、毛南、回、京、彝、水、仡佬等12个主要民族,另有25个其他少
数民族成分。其中,少数民族人口1800多万人,占38.4%;壮族人口1500多万人,占全区少数民族人口的85.7%。他们紧紧
团结在以胡锦涛为总书记的党中央周围,在自治区党委和政府的直接领导下,坚持科学发展观,突出自主创新,将“科教兴桂”
和人才强桂战略决策的实施向前推进,为实现“富民兴桂”新跨越目标的早日实现,为建设富裕广西、文化广西、生态广西和平
安广西而努力。在过去的2005年里,广西GDP总额达到4063.30亿元人民币,比上年增长12.7%,这也是广西GDP实现连续
4年两位数以上增长;原定人均国民生产总值越过1000美元,人均财政收入越过1000元人民币的“双过千”目标也提前实现,
广西经济实力明显增强。加上广西独特的地理优势,是中国通往东南亚国家最便捷的陆上与海上通道,位于中国大陆东、中、
西三个地带的交汇点,处于华南经济圈、西南经济圈与东盟经济圈的结合部,是珠三角经济区的重要组成部分;广西也是中国
中药资源大省,已知中药材资源4623种,种数位居全国第二,广西中草药工业在全区医药工业中一直占居主导地位,目前已
形成许多驰名全国的中药品牌如“三金”、“玉林”、“天和”、“金嗓子”等以及三金片、湿毒清胶囊、西瓜霜系列、金嗓子喉宝等优
势品种,具有十分突出的资源优势、区位优势和产业优势;南宁作为广西的首府,是全自治区政治、经济、文化、科技、教育和信
息的中心,还是中国-东盟博览会的永久举办城市,已成功举办两届博览会,积累了较丰富的主办国际会议的经验。因此,主
办方表示有能力、有信心办好第九届国际传统药物学大会。
中国对传统药物的研究、开发、利用高度重视,“中西医并重”是新时期的卫生工作方针,国家制定了《中药现代化发展纲
要》,颁布实施了第一部中医药行政法规《中华人民共和国中医药条例》,并将开始起草《传统医药法(草案)》,标志着中国传统
医药事业开始走向规范化、法制化和标准化。
这次大会将会成为国际天然药物制造业和传统药物药界关注的一个聚焦点,成为一个集中药资源保存、研究开发、科普
教育、国际交流、产品展示于一体的国际传统医药交流平台,它必将有力地促进中国传统药物研发水平和产业能力的提高,提
升中国医药产品在国际上的知名度,也将进一步带动广西中草药产业的发展,变资源优势为产业优势,促进广西中药、民族
药、民间药走向世界。
会议有关信息可登录以下网址:Htp://www.implad.ac.cn;Htp://www.sctcm.com。
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第31卷第7期
2006年4月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol31,Issue 7
April,2006