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氧化应激胁迫是广泛存在的健康威胁,主要由自由基积累与清除的不平衡导致,科学摄入适宜的天然产物是应对氧化应激损伤的有效措施。柑橘(Citrus reticulata)作为一种日常消费水果,富含天然产物,尤以黄酮类化合物为代表。本文针对柑橘果实黄酮类化合物的成分含量检测、分离纯化工艺、氧化应激调控及其机理展开了研究,主要结果如下:
1.柑橘果实黄酮类化合物的分布具有品种特异性和组织特异性。从6类35个柑橘品种的果实中鉴定出39种黄酮类化合物,包括4种黄酮糖苷、9种黄烷酮糖苷和26种多甲氧基黄酮(PMFs)。对黄酮类化合物进行定量分析发现,柑橘果实不同部位间黄酮类化合物的种类和含量存在差异,其中PMFs仅能在油胞层中被检测到,而在果实的其他部位未被检测到;柑橘果实品种间黄酮类化合物组成和丰度也不同,如5,7,3,4,5-五甲氧基黄酮仅存在于‘爱媛27’中,‘瓯柑’果皮油胞层中的PMFs含量最高,可达141.95mg/g DW。
2.使用分段富集和高速逆流色谱体系(HSCCC)纯化得到3种PMFs单体。选取油胞层PMFs含量最高的‘瓯柑’作为原料,经超声波辅助提取和固相萃取得到PMFs富集组分,筛选到可以同时纯化瓯柑中3种主要PMFs的两相溶剂系统,由HSCCC纯化得到3种PMFs单体。经鉴定和标准品比对分析得出3种黄酮类化合物及其纯度分别为:川陈皮素(99.87%)、橘皮素(99.76%)和5-去甲基川陈皮素(98.75%)。
3.PMFs在化学和细胞评价体系中表现出不同的抗氧化能力。建立H2O2诱导的细胞氧化应激模型,评价了瓯柑黄酮类化合物组分和单体的抗氧化活性,并将其与化学抗氧化能力进行比较,发现黄烷酮组分和单体在两种评价体系下均表现出了抗氧化能力,而PMFs组分和单体仅在细胞评价体系下表现出氧化应激损伤抵御能力。两种黄酮类化合物在细胞评价体系中的有效浓度范围不同,PMFs代表性物质橘皮素的最佳有效浓度仅为黄烷酮代表性单体新橙皮苷的1/250。对两类化合物单体在细胞中的含量进行测试发现,PMFs单体在细胞中的积累量超过20%,而新橙皮苷在L02细胞中的含量仅为4.87%。
4.PMFs通过抑制Cul3介导的Nrf2泛素化发挥细胞抵御氧化应激的能力。当PMFs预处理被去除后的一段时间内,细胞仍具有抵御H2O2诱导的氧化应激损伤的能力,而黄酮类化合物不具备这种保持能力。两类黄酮类化合物均表现出了对抗氧化酶的诱导作用,而橘皮素还保持了抗氧化酶的活性和表达。通过对Nrf2-Keap1-Cul3抗氧化通路的基因和蛋白表达检测发现,新橙皮苷和橘皮素均可以上调Nrf2的表达、抑制Keap1的表达,并诱导Nrf2蛋白的入核转运。PMFs还可以抑制Cul3的表达,从而抑制Nrf2的泛素化水平,在去除PMFs后,Nrf2的蛋白表达还可以保持约2h,而黄烷酮不能调控Cul3。使用Cul3基因沉默和过表达对以上机理进行了验证。
5.橘皮素可以激活并保持小鼠肝脏抗氧化酶活性。橘皮素和新橙皮苷在ICR小鼠动物模型中的研究发现,两种黄酮类化合物在小鼠肝脏中的代谢时间相同,均在2h时达到积累高峰,在5h时代谢结束,但二者的积累量不同,橘皮素在肝脏中的积累量高于新橙皮苷,两者相差约40倍。与细胞模型类似,两种黄酮类化合物均表现出了对抗氧化酶的促进作用以及对抗氧化通路的调节作用。橘皮素在小鼠肝脏中也表现出了保持抗氧化能力的作用,橘皮素通过抑制Cul3的表达减缓了Nrf2的泛素化,调控抗氧化酶在橘皮素代谢结束后的1h时仍保持活性,而新橙皮苷在小鼠肝脏中不具备保持抗氧化活性的功能。
本研究为特色柑橘种质资源利用提供了理论依据,为PMFs的高效分离纯化提供了技术支撑,且首次发现多甲氧基黄酮类化合物可以保持细胞氧化应激抵御能力,并从诱导激活和抑制降解两个层面对其机理进行了探究,为黄酮类化合物在氧化应激保护理论研究方面提供了新思路。
1.柑橘果实黄酮类化合物的分布具有品种特异性和组织特异性。从6类35个柑橘品种的果实中鉴定出39种黄酮类化合物,包括4种黄酮糖苷、9种黄烷酮糖苷和26种多甲氧基黄酮(PMFs)。对黄酮类化合物进行定量分析发现,柑橘果实不同部位间黄酮类化合物的种类和含量存在差异,其中PMFs仅能在油胞层中被检测到,而在果实的其他部位未被检测到;柑橘果实品种间黄酮类化合物组成和丰度也不同,如5,7,3,4,5-五甲氧基黄酮仅存在于‘爱媛27’中,‘瓯柑’果皮油胞层中的PMFs含量最高,可达141.95mg/g DW。
2.使用分段富集和高速逆流色谱体系(HSCCC)纯化得到3种PMFs单体。选取油胞层PMFs含量最高的‘瓯柑’作为原料,经超声波辅助提取和固相萃取得到PMFs富集组分,筛选到可以同时纯化瓯柑中3种主要PMFs的两相溶剂系统,由HSCCC纯化得到3种PMFs单体。经鉴定和标准品比对分析得出3种黄酮类化合物及其纯度分别为:川陈皮素(99.87%)、橘皮素(99.76%)和5-去甲基川陈皮素(98.75%)。
3.PMFs在化学和细胞评价体系中表现出不同的抗氧化能力。建立H2O2诱导的细胞氧化应激模型,评价了瓯柑黄酮类化合物组分和单体的抗氧化活性,并将其与化学抗氧化能力进行比较,发现黄烷酮组分和单体在两种评价体系下均表现出了抗氧化能力,而PMFs组分和单体仅在细胞评价体系下表现出氧化应激损伤抵御能力。两种黄酮类化合物在细胞评价体系中的有效浓度范围不同,PMFs代表性物质橘皮素的最佳有效浓度仅为黄烷酮代表性单体新橙皮苷的1/250。对两类化合物单体在细胞中的含量进行测试发现,PMFs单体在细胞中的积累量超过20%,而新橙皮苷在L02细胞中的含量仅为4.87%。
4.PMFs通过抑制Cul3介导的Nrf2泛素化发挥细胞抵御氧化应激的能力。当PMFs预处理被去除后的一段时间内,细胞仍具有抵御H2O2诱导的氧化应激损伤的能力,而黄酮类化合物不具备这种保持能力。两类黄酮类化合物均表现出了对抗氧化酶的诱导作用,而橘皮素还保持了抗氧化酶的活性和表达。通过对Nrf2-Keap1-Cul3抗氧化通路的基因和蛋白表达检测发现,新橙皮苷和橘皮素均可以上调Nrf2的表达、抑制Keap1的表达,并诱导Nrf2蛋白的入核转运。PMFs还可以抑制Cul3的表达,从而抑制Nrf2的泛素化水平,在去除PMFs后,Nrf2的蛋白表达还可以保持约2h,而黄烷酮不能调控Cul3。使用Cul3基因沉默和过表达对以上机理进行了验证。
5.橘皮素可以激活并保持小鼠肝脏抗氧化酶活性。橘皮素和新橙皮苷在ICR小鼠动物模型中的研究发现,两种黄酮类化合物在小鼠肝脏中的代谢时间相同,均在2h时达到积累高峰,在5h时代谢结束,但二者的积累量不同,橘皮素在肝脏中的积累量高于新橙皮苷,两者相差约40倍。与细胞模型类似,两种黄酮类化合物均表现出了对抗氧化酶的促进作用以及对抗氧化通路的调节作用。橘皮素在小鼠肝脏中也表现出了保持抗氧化能力的作用,橘皮素通过抑制Cul3的表达减缓了Nrf2的泛素化,调控抗氧化酶在橘皮素代谢结束后的1h时仍保持活性,而新橙皮苷在小鼠肝脏中不具备保持抗氧化活性的功能。
本研究为特色柑橘种质资源利用提供了理论依据,为PMFs的高效分离纯化提供了技术支撑,且首次发现多甲氧基黄酮类化合物可以保持细胞氧化应激抵御能力,并从诱导激活和抑制降解两个层面对其机理进行了探究,为黄酮类化合物在氧化应激保护理论研究方面提供了新思路。