摘要

近年来,天然抗氧化物已成为食品、药品以及化妆品等领域的研究重点,多种疾病都与自由基 ( free radical ) 对人体的氧化损伤有关。 但目前广泛被使用于食品上之抗氧化剂,如:BHA  ( butylated hydroxyanisole )、BHT ( butylated hydroxytoluene ) 等,被发现容易出现过敏反应、致畸胎及致癌性,因此如何从中草药中寻找更有效的安全性抗氧化物即更显得重要且深具开发潜力。 本文简要介绍中药中酚酸、类黄酮、多醣、皂甙、鞣质等五大类主要天然抗氧化剂及其作用机转。

前言

『自由基』及『抗氧化物』这两个名词是近年来医学界的热门焦点,许多疾病的发生都被认为与自由基的伤害有关。 极不稳定的自由基会攻击四周的有机大分子,如:蛋白质、细胞膜上的不饱和脂肪酸及细胞核中的 DNA 等,造成膜的变性、基因突变、恶性转化,甚至整个细胞的死亡,且自由基引起的一连串链锁反应又有放大作用,常使得伤害更为严重。 面对上述的情况,身体自然发展出一套抗氧化的防御系统。 但在某些时候,自由基的形成仍是压制不住地持续增加,就易导致细胞的损伤及死亡,为了防止这样的氧化伤害,在日常生活中适当的补充抗氧化物有其必要性。 如同许多药物的开发,目前除了合成物外也逐渐以天然物为筛选对象,而我国中医药本以天然物为主,因此取材于中草药以寻找具有抗氧化作用的临床用药,期能应用于相关疾病之预防与治疗上,进而能开发出相关药物,增进疾病之治愈率。

常见抗氧化中草药

㈠ 酚酸类 ( Phenolic acids )

酚酸是一种以酚羟基为基本结构的酚酸聚合物,如:咖啡酸 ( caffeic acid )、阿魏酸 ( ferulic acid )、没食子酸 ( gallic acid )、鞣花酸 ( ellagic acid )、水杨酸 ( salicylic acid ) 等,广泛分布在药用植物中,如:忍冬科的金银花,蔷薇科的托盘根,菊科的蒲公英、灯盏花,唇形科的鼠尾草,橄榄科的方榄, 缬形科的当归、川芎等,另外,红酒、咖啡、茶叶等亦是植物酚酸的重要来源。 由于酚酸类物质的分子中存在着较大的共轭系统,是稳定性低的分子,因此当它们与人体内的自由基相遇时,自由基能从酚酸类分子的羟基上夺取一个氢原子,形成稳定的分子和酚酸自由基,酚酸自由基的稳定性降低了氧化链锁反应的传递速度,从而抑制进一步被氧化。 简而言之,就是作为自由基吸收剂而产生抗氧化作用。

含阿魏酸 ( 图一 ) 中药,如:当归、川芎,其分子结构中含有增加中心原子负电性的共轭基团、增加水溶性的羟基基团,以及提供氢质子的羟基,故具有较强的抗氧化性,可清除自由基,抑制羟自由基诱导的脂质过氧化反应,保护细胞膜的结构和功能。 茶多酚具有抗氧化及启动体内抗氧化酵素系统,增强体内 SOD ( superoxide dismutase ) 活性,减少自由基代谢产物含量及提高自身抗氧化能力的作用,故是一种有效的抗氧化剂。 原花青素 ( proanthocyanidins ) 基本的结构是由儿茶素 ( catechin ) 及表儿茶素 ( epicatechin ) 为单体合成的二聚体、三聚体、四聚体等聚合物 ( 图二 ),结构因聚合方式分为 A-type 及 B-type,又以 2-10 聚体的寡聚合物 ( oligomeric proanthocyanidins,OPC ) 活性最佳, 它主要分布在银杏、葡萄子、大黄、山楂、五味子、姜黄、蔓越莓等,能捕捉细胞外液中的活性氧,抑制低密度脂蛋白的氧化,表现出抗动脉粥状硬化的活性。

图一 阿魏酸 ( ferulic Acid )

图二 原花青素 ( proanthocyanidin )

㈡ 黄酮类 ( Flavonoids )

黄酮其名称源自于拉丁语之 ” flavus ” 乃为黄色之意,为存在植物表皮的一种色素,具有遮断紫外线功能,在 1983 年 Waiter de Gruyter 学者将类黄酮物质定义为”自然界中一群含有苯基之有色物质”,其基本结构由二个苯环通过一个三碳链构成的环相连而成 ( C 黄酮其名称源自于拉丁语之 ” flavus ” 乃为黄色之意 ),为存在植物表皮的一种色素 ,具有遮断紫外线功能,在 1983 年 Waiter de Gruyter 学者将类黄酮物质定义为”自然界中一群含有苯基之有色物质”,其基本结构由二个苯环通过一个三碳链构成的环相连而成 ( C-C3-C6 ) ( 图三 ),根据其结构可分为 Flavone、Flavonol、Flavanone、Flavanonol、Isoflavone、Chalcone… 等,以豆科、芸香科、唇形科、菊科等含量较多。 黄酮类化合物具有广泛的生理活性及药理作用,例如:含芸香甙 ( rutin ) ( 图四 )、槲皮素 ( quercetin ) ( 图五 ) 之槐花、荞麦、银杏等,具有降低胆固醇、抗发炎及抗血小板凝集作用;黄芩甙 ( baicalin ) 有抗菌消炎作用;水飞蓟素 ( silymarin ) 则具有保肝活性等 …。

黄酮类中草药其抗氧化的作用机转至少有三种途径:透过还原作用直接给出电子而清除自由基,同时能提高 SOD 和 GSH-Px ( glutathione peroxidase ) 之活性,并可抑制 H2O2 的生成;透过对金属离子的结合,降低需金属离子催化的反应,进而间接达到抗氧化的作用;透过酚羟基与自由基进行抽氢反应生成稳定的半醌自由基, 从而中断链锁反应以完成抗氧化作用。

图三 flavonoid ( 2-phenyl-1,4-benzopyrone )

图四 芸香甙 ( rutin )

图五 槲皮素 ( quercetin )

㈢ 多醣类 ( Polysaccharides )

多醣广泛存在于植物、微生物和海藻中,来源很广,其中研究较早且最多的是从细菌中得到的各种莢膜多醣,它在医药上主要用于疫苗,近几十年来,人们发现从植物中抽取的多醣具有非常重要与特殊的生理活性,如参与生物体的免疫调节功能、降血糖、抗肿瘤、抗细菌、抗病毒、降血脂、抗衰老等,目前人们已成功地从近百种植物中抽取出多醣成份, 并广泛应用于医药和保健食品的研究和开发中。 多醣抗氧化机转主要是加强的 DNA 复制与合成,提供必需的微量元素与营养来延长动物的生长期;提高动物对非特异性刺激的抵抗能力;透过调节和增强免疫功能达到抗衰老作用;通过调节糖、核酸、脂质和蛋白质代谢,提高 SOD 活性、清除 LPO 和 MDA ( malondialdehyde )、抑制单胺氧化酶 B ( MAO-B ) 的活性作用,以发挥抗衰老功能。

黄精多醣、天冬多醣、沙参多醣等均能有效清除超氧阴离子和羟自由基。 黄精多醣可改善脑功能来达到延缓衰老的目的,增强大脑的学习记忆功能,另外它也会提高衰老小鼠组织端粒酶的活性,故可用于老年性痴呆的预防和治疗;天冬总多醣能降低衰老小鼠肝组织中 MDA 含量及提高小鼠对抗应激反应的能力。 枸杞多醣能提高衰老小鼠脑 NO 含量、一氧化氮合成酶 ( NOS ) 活性,延缓机体衰老。 女贞子多醣透过清除羟自由基,提高 SOD 及 GSH-Px 活性而发挥抗脂质过氧化作用,进而对炎症、免疫失调、恶性肿瘤及衰老有防治作用。 肉苁蓉多醣则有抗脂质过氧化功能,防止亚急性衰老小鼠的组织脂质过氧化损伤。 金樱子多醣能清除超氧阴离子、抑制超氧自由基对细胞膜的破坏而引起的溶血和脂质过氧化产物的形成,具有显著的抗氧化作用。

㈣ 皂甙类 ( Saponin )

皂甙 ( saponins ) 是广泛存在于植物界的一种特殊糖苷类的接性剂,它的水溶液振摇后可产生持久的肥皂样泡沫,因而得名。 其化学结构是由甙元 ( aglycone ) 骨架与醣基 ( glycosyl ) 通过醣甙键 ( glycosidic linkage ) 相连構成的醣甙类化合物 ( 图六 ),依其甙元的结构不同,可分为 Dammarane、Ocotillol、Oleanane 三大类,天然植物中的皂甙主要为 Dammarane 类型,而 Ocotillol 和 Oleanane 型含量较少;D ammarane 皂甙属四环三萜 ( triterpenoid saponins ) 结构,可分为二醇组 ( 母环结构为 protopanaxatriol ) 和三醇组 ( 母环结构为 protopanaxatriol ) 两个亚型,多存在于五加科或缫形科植物中。 近年来研究发现,皂甙多具有明显的抗氧化作用,其抗氧化作用是其延缓衰老,抗动脉粥状硬化,抗缺血再灌注损伤等药理作用的共同作用机转。

三七皂苷对 OH‧ 及 O2‧ 有较强的清除作用,尤其对 OH‧ 的清除作用更为显著。 人参皂甙 ( ginsenoside ) ( 图七 ) 可提高衰老模型小鼠血清中 SOD 及 GSH-Px 的活性,减少 LPO 及其代谢产物 MDA 含量,减少自由基对细胞的损伤,亦可减少脂褐质在脑、心肌中的沉积达到抗衰老的效果。 柴胡总皂甙明显升高肝组织活性、降低 MDA 含量,降低血清转氨酶 ( ALT、AST  ) 活性和甘油三酯 ( TC ) 含量。

图六 皂甙 ( saponin )

图七 常见人参皂甙之化学构造

㈤ 鞣质类 ( Tannin )

鞣质类 ( tannins ) 根据其结构可将之分为两类,水解鞣质 ( hydrolysable tannin ) 和缩合鞣质 ( condensed tannin ),约有 70% 以上的中药含有鞣质类化合物,如地榆、大黄、訶子、肉桂、赤芍及仙鹤草等。 水解鞣质具有酯式或甙式结构,大多数由没食子酸 ( gallic acid ) 或其衍生物与葡萄糖结合而成,糖上的每一个醇羟基都与没食子酸上的一个羟基结合成酯,可被酸、碱、酶水解。 含这类鞣质的中草药有五倍子、没食子、石榴果皮等,其在医药上已应用作为消炎收敛药,如鞣酸。 缩合鞣质一般由儿茶素组成,结构复杂,不能水解,加酸加热能产生一种缩合物质 – 鞣酐 ( 鞣红-phlobaphenes ),中草药中的鞣质多属于此类。

鞣质分子中众多酚羟基使其具有很强的还原性,对各种氧自由基、脂质自由基、含氮自由基都有较强的清除能力,其抗氧化性还表现在抑制肝脏粒线体的脂质过氧化作用;降低由于肝损伤引起的肝和血清脂质过氧化物的浓度以及用过氧化油喂养的大鼠之胆固醇、GPT ( ALT -Alanine aminotransferase ) 和 GOT ( AST- Aspartate aminotransferase ) 的浓度;抑制由肾上腺素引起的脂肪细胞之脂质分解作用;降低多种诱变剂的诱变性,并有抗病毒活性;降低血液中尿素氮浓度等。

结论

天然抗氧化剂种类众多,但所产生的作用并不完全相同,目前认为中草药成分对人体氧化损伤的保护作用,主要包括直接清除活性氧自由基、增强抗氧化酵素活性、螯合金属离子、抗脂质过氧化、减少 DNA 损伤… 等等,由于生物抗氧化剂在体内外的作用非常复杂,尽管一种抗氧化剂在某一种抗氧化系统中抗氧化效果好,但在另一种系统中效果不一定好,故在选择抗氧化中草药时不应过于局限和单一,而应该是全面抗氧化,多种混合搭配使用,才能达到最佳之抗氧化效果。

( 台北长庚纪念医院中药组药师 沈馨仙、张思平、钟佳玲、林依蓉 / 林口长庚纪念医院中医药剂部药师 杨荣季 )