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大蒜和硒的抗氧化作用及其对防抗病功能的贡献
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| 大蒜和硒的抗氧化作用及其对防抗病功能的贡献
2006年8月17日
The contribution of antioxidation of garlic and selenium to prevention and treatment of diseases
杨文婕（中国疾病预防控制中心营养与食品安全所，北京 100050）
大蒜在我国栽培历史悠久，其作为民间用药的历史几乎与栽培食用时间相同，是民间公认的具有多重药用价值的食用植物和调味品，但对其活性成分和药学价值的科学研究历史仅短短数十年，大蒜的功效成分主要是其中的含硫化合物。相比之下，对硒的营养和药用价值的认识和研究时间均很短， 1957 年， Schwarz 和 Foltz 首次证实硒是动物必需的微量营养元素。而硒作为人体必需微量营养元素的一个重要证据来自我国科学家在 20 世纪 70 年代的贡献 ? 证实克山病只发生在低硒地区，补硒能够遏止缺硒人群中爆发的克山病。近十多年 ，随着研究的深入，硒防治多种疾病（心血管疾病、癌症、微生物感染和变态反应性疾病等）的作用或潜能逐渐被挖掘出来。由于硒和硫的化学生化性质和生理功能的相似性，赋予大蒜和硒某些功能的雷同性，抗氧化作用是二者共有的最重要的功能之一。
大蒜中含硫化合物的抗氧化作用
大蒜及其制品发挥抗氧化作用最重要的含硫成分是蒜氨酸（ alliin ）及其分解产物。蒜氨酸本身活性并不高，它是大蒜活性和气味含硫物质的前体化合物，它被蒜氨酸酶催化分解生成的小分子含硫化合物具有较高活性。蒜氨酸分解产物的种类和含量因分解条件（提取液、制备条件、提取和保存时间等）不同而差别很大，主要种类包括大蒜辣素（ allicin ）、 dithiin 类、 ajoene 类以及多种烷（烯）基硫化物。据报道，大蒜油主要含烷（烯）基二硫和三硫化物，水溶性提取物以 dithiin 和 ajoene 类为主，而经高温处理制备的蒜产品主要含蒜氨酸。这些含硫化合物都具有抗氧化作用。近年，大蒜中的一类半胱氨酸衍生物及其二肽化合物的活性也倍受关注，如： S- 甲基半胱氨酸、 S- 乙基半胱氨酸、 S- 烯丙基半胱氨酸、 S- 烯丙基巯基半胱氨酸、 g - 谷氨酸胺半胱氨酸，它们也被证明具有抗氧化功能。
人和动物体内 DNA 、蛋白质和脂类等生物物质经活性氧自由基氧化修饰或与其它形式的自由基结合或交联能导致衰老和多种疾病，如：心血管病、神经变性、炎性疾病和癌症等。大蒜中的抗氧化成分可通过捕获自由基、提高组织细胞抗氧化酶活性和抗氧化剂水平等多种途径，防止生物物质的氧化损伤。
大蒜中含硫化合物具有直接清除自由基的作用。如：二烯丙基硫化物、二烯丙基二硫化物和烯丙基硫醇能够捕获三氯甲基、三氯甲基过氧化氢和乙酰氨基苯酚产生的自由基，防止 CCl 4 和乙酰氨基苯酚等对实验动物肝和其他组织的损害 [1] 。烯丙基甲基硫化物能直接破坏脂质过氧化中间产物 4- 羟基壬烯醛，抑制脂质过氧化作用（ Fanelli 等， 1998 ） [2] 。
谷胱甘肽过氧化物酶（ GSH-Px ）、过氧化氢酶 (CAT) 和超氧化物歧化酶 (SOD) 是细胞中最重要的抗氧化酶，细胞内还存在一系列抗氧化物质，如：谷胱甘肽（ GSH ）、维生素 A 和维生素 C 等，大蒜提取物能提高和维持组织和细胞中这些酶活性和化合物水平，防止机体过氧化损伤。 Helen 等（ 2003 ）报道蒜氨酸可抑制尼古丁诱导的大鼠过氧化损伤作用。他们给大鼠口服 0.6mg/kg 尼古丁，同时给予 100mg/kg 的蒜氨酸，连续处理 21 天，检测发现大鼠肝中 CAT 和 SOD 活性显著提高，同时发现肝中维生素 A 、维生素 C 和维生素 E 含量和所有组织中 GSH 含量明显提高 [3] 。
细胞色素 P450 是外源性化学物质体内生物转化最主要的代谢酶系统，它们通过对致癌物的环氧化、羟化、脱烷基化、氧化、还原、结合以及水解，从而使致癌物活化或代谢成水解产物排出体外，因此该酶系统对化学致癌物的代谢具有双重性。一些外源性化学物质药物、杀虫剂和间接致癌物经细胞色素 P450 酶氧化而活化，对机体产生毒副作用或诱发癌症发生，二烯丙基二硫化物等小分子硫化物能够调节肝微粒体中催化这些外源物质氧化的 P450 酶活性，切断这些外源性物质氧化活化途径，减低其毒副作用或抑制癌症发生（ Sheweita 等， 2001 ） [4] 。
Munday 等 [5] （ 1999 ）采用体外实验证实大蒜水溶性提取物能抑制人体低密度脂蛋白氧化。愈来愈多的实验结果支持低密度脂蛋白氧化是动脉粥样硬化发生发展的重要原因之一，由此推断大蒜水溶性提取物具有预防动脉粥样硬化的潜力。
大蒜及其制品中各种含硫化合物活性不同，一般认为烯丙基类衍生物活性最高。 Imai 等 [6] （ 1994 ）通过三种体外实验，对比分析了 S- 烯丙基半胱氨酸和 S- 烯丙基巯基半胱氨酸的抗氧化作用，结果证明 S- 烯丙基半胱氨酸活性显著高于 S- 烯丙基巯基半胱氨酸。 烷（烯）基硫化物中，也以烯丙基硫化物活性最高，典型代表是二烯丙基二硫化物和二烯丙三硫化物。
硒形态和抗氧化作用
目前认为生物体内发挥生理功能的硒形态主要是以硒半胱氨酸为活性中心的硒蛋白。已在人体内发现 15 种硒蛋白，其中 4 种谷胱甘肽过氧化物酶（ GSH-PX ）和 3 种硫氧还蛋白酶均被证明主要执行抗氧化酶功能，而硒蛋白 P 和 W 被推测具有防御氧化损伤作用。
研究表明动物体内硒的功能活性和作用机制与摄入硒的化学形态密切相关。人体主要从膳食中获取硒营养，先前认为膳食硒形态主要是硒蛋白、硒半胱氨酸和无机的亚硒酸盐和硒酸盐。这些膳食硒进入人体后，有两种代谢途径，或进入硒储备库（只有硒蛋白）或参入硒代谢库用于合成硒蛋白。然而，近几年在可食生物材料中检测到多种其它形态的含硒化合物，如： Se- 腺苷 - 硒半胱氨酸、 Se- 甲基 - 硒半胱氨酸、 Se- 胱硫醚、 g - 谷氨酰胺 -Se- 甲基 - 硒半胱氨酸、植物硒蛋白、真菌硒多糖等。有些新发现的含硒化合物是某些可食生物材料的主要硒种类，它们在实验动物中利用率低，但富积它们的生物材料或它们本身已被证明具有较高的防抗病活性（ Ip 等， 2000 ； Finley 等 , 2001 ） [7,8] 。因而，可食生物材料中这些新发现的含硒化合物进入人体后，其生化代谢和生理功能是否同传统概念上的膳食硒一致，它们是否主要通过抗氧化作用或主要通过其它机制发挥功能活性均待进一步探讨。
大蒜中硒的功能
大蒜具有富积硒的能力，研究者已经注意到普通大蒜及其制品中硒的潜在作用，但由于普通大蒜含硒量极低，无法作为硒载体进行硒功能探讨，富硒大蒜为研究大蒜中硒的形态、功能及其与含硫化合物关系提供了理想材料。
从 1994 年起，我们依据硒易取代硫在富硫植物中积累的基础理论，在我国栽培获得富硒大蒜，并 先后 独立和合作 完成了富硒大蒜体外抑癌作用、体内预防 N- 甲基 -N'- 硝基 -N- 亚硝基胍（ MNNG ）诱发大鼠胃癌、防治裸小鼠和大鼠移植性胃癌、胃腺癌和高血脂症效果的研究，证明硒的掺入显著提高大蒜防抗病活性，富硒大蒜中硒的活性高于亚硒酸钠（杨文婕等， 1997 ） [9] 。之后，我们检测发现大蒜中主要含 Se- 甲基硒半胱氨酸和 g - 谷氨酰胺 -Se- 甲基硒半胱氨酸，不同于传统概念上的膳食硒形态（杨文婕， 2002 ） [10] 。
Ip 等 [7] （ 2000 ）比较了富硒大蒜和硒酵母对 7,12- 二甲基苯蒽（ DMBA ）和甲基亚硝基脲（ MNU ）诱发的乳腺癌的抑制效果，硒酵母主要含硒蛋氨酸，结果证明富硒大蒜比硒酵母能更有效抑制乳腺癌的发生和发展，在 DMBA 和 MNU 模型中， 饲料中补充含硒为 3 m g/g 的富硒大蒜粉，肿瘤抑制率分别达 66% 和 70% ，而补充同样硒量的硒酵母，肿瘤抑制率仅分别为 34% 和 31% 。此外，他们检测还发现 食用富硒大蒜大鼠的 肝、肾、乳腺、肌肉和血浆 中累积的硒含量显著低于食用硒酵母的，避免了因组织累积过量硒而导致硒中毒现象。
Finley 等 [8] （ 2001 ）证实大鼠分别摄入以 Se- 甲基硒半胱氨酸和硒蛋氨酸为主的饲料，前者大鼠血清 GSH-Px 活性显著低于后者，但前者预防结肠癌的活性则显著高于后者，提示 Se- 甲基硒半胱氨酸的抗氧化功能不及硒蛋氨酸， Se- 甲基硒半胱氨酸至少部分地通过其它作用机制发挥较高防癌活性。
Ip 和 Dong [11] 证实 Se- 甲基硒半胱氨酸调节大鼠乳腺癌癌前病变损伤细胞的生长和凋亡， g - 谷氨酰胺 -Se- 甲基硒半胱氨酸和 Se- 甲基硒半胱氨酸具有极其相似的生物活性。最近， Block 等 [12] （ 2001 ）比较了 6 种合成的 Se- 烷基硒代半胱氨酸及其衍生物对两种小鼠乳腺上皮细胞株生长、细胞凋亡和 DNA 损伤的影响，结果认为 Se- 甲基硒代半胱氨酸活性最高。
可见， 富硒大蒜 是高效硒和硫化合物的载体植物，其中的含硒化合物是目前在生物材料中发现并证实的活性最高的硒种类， 大蒜中含硒化合物不仅具有抗氧化功能，还可通过其它作用机制发挥功能活性，在某些疾病的防治过程中，富硒大蒜中硒是否主要是通过非抗氧化作用发挥活性，还有待进一步探讨。
研究不足之处和建议
加强综合研究
营养学家侧重于探讨膳食功能成分的营养价值，但研究功效成分的最终目标是利用它们为人类健康服务，所以，科学研究不仅应揭示其有利的一面，还应了解其可能的毒副作用。如大蒜油含有预防慢性病的多种硫化物，一般认为它们的活性高于其它大蒜制品中的含硫化合物，但前者半致死剂量低，所以应慎重食用。另外发现 S- 烯丙基巯基半胱氨酸也有一定的毒副作用。尽管目前的研究资料都支持大蒜含硒化合物具有低毒性，但如过量食用也难以避免硒中毒现象。确切地讲，无论是把含硫化合物、含硒化合物，还是以它们为主要功能成分的制剂作为营养强化剂和药物使用，都要强调用量适度，而“度”的确定必须在获取大量有关它们的活性和毒性两方面科学实验数据基础上来完成。
加强人体实验
随着对大蒜及其制品的防抗病高活性研究证据的积累，人们对大蒜及其制品的认可和接受程度不断提高，但迄今为止以防抗病为目的的大规模人群干预实验很少，对新发现的“高效态硒”的人体实验尚未开始。由于大蒜活性硫和硒成分的低毒性或无毒性，使它们具备了优于许多目前用于预防和治疗多种疾病的药物的独特优势，应加强人体实验，提供直接的科学依据，公正评价它们的应用价值，合理利用它们，保障人民身体健康。
参考文献：
1.Kalantari H, Salehi M. The protective effects of garlic oil on hepatotoxicity induced by acetaminophen in mice and comparision with N-acetylcysteine. Saudi Med J, 2001, 22(12):1080-1084.
2.Fanelli SL, Castro GD, de Toranzo et al. Mechanisms of the preventive properties of some garlic components in the carbon tetrachloride-promoted oxidative stress. Diallyl sulfide;diallyl disulfide; allyl mercaptan and allyl methyl sulfide. Res Commun Pathol Pharmacol, 1998, 102(2):163-174.
3.Helen A, Krishnakumar K, Vijayammal PL et al. A comparative study of antioxidants S-allyl cysteine sulfoxide and vitamin Ee on the damages induced by nicotine in rats. Pharmacology, 2003, 67(3):113-117
4.Sheweita SA,El-Gabar MA and Bastawy M. Carbon tetrachloride changes the activity of cytochrome P450 system in the liver of male rats:role of antioxidants. Toxicology, 2001, 169(2):83-92.
5.Munday JS, James KA, Fray LM et al. Daily supplementation with ages garlic extract, but not raw garlic protects low density lipoprotein against in vitro oxidation. Atherosclerosis, 1999, 143:399-404.
6.Imai J, Ide N,Nagae S et al. antioxidant and radical scavenging effects of aged garlic extract and its constituents. Planta Med, 1994,60:417-420.
7. Ip C.; Birringer M.; Block E. et al. Chemical speciation influences comparative activity of selenium-enriched garlic and yeast in mammary cancer prevention. J Agric Food Chem, 2000, 48(6): 2062-70
8. Finley I.W. and Davis C.D. Selenium (Se) from high-selenium broccoli is utilized differently than selenite, selenate and selenomethionine, but is more effective in inhibiting colon carcinogenesis. BioFactors. 2001, 14: 191-196.
9. 杨文婕，夏弈明 . 富硒大蒜含硒粗组分体外抑制人体癌细胞株作用初探 . 见：李春海等主编，北京：肿瘤生物学研究进展 . 北京：军事医学科学出版社 , 1997: 159-161.
10. 杨文婕。富硒大蒜和洋葱中功能含硒化合物的稳定性研究 . 卫生研究 .2002 ， 31(4): 252-255.
11. Ip C and Dong Y. Methylselenocysteine modulates proliferation and apoptosis biomarkers in premalignant lesions of the rat mammary gland. Anticancer Res, 2001, 21(2A): 863-867
12. Block E.; Birringer M.; Jiang W. et al. Allium chemistry: synthesis, natural occurrence, biological activity, and chemistry of Se-alk(en)ylselenocysteines and their ? -glutamylderivatives and oxidation products. J Agric Food Chem, 2001, 49:458-470.
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