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【摘要】 综述了植物抗氧化剂及其有关活性成分主要有黄酮类、酚类、多糖类、维生素、生物碱类、酶类、蛋白质类和氨基酸类等类型，在生物体内通过电子转移、络合金属品等方面将有广泛应用，并提出了存在的问题和研究方向。
【关键词】 中药材;抗氧化剂;抗氧化活性;自由基
自由基生命科学的研究自20世纪70年代以来迅猛发展，相关文献大量涌现，1998年以来的诺贝尔医学奖更是授权了研究一氧化氮自由基的3位美国药学家。事实上由于器官的正常活动或氧化压力过剩，体内可产生活性氧(ROS,reactive Oxygen species)和活性氮(RNS,reactive nitrogen species)等自由基，当体内自由基超出一定量后就会产生连锁反应，自由基将不断产生并由此引起一系列的生物学反应，最终导致疾病的发生。同自由基反应损伤相关的疾病有：动脉粥样硬化、高血压、白内障、癌症、心肌缺血灌注损伤、关节炎和类风湿症等[1]，中药材的独特疗效与其作为抗氧化剂，高效清除体内自由基作用密切相关。目前在医疗和食品领域使用较多的是合成抗氧化剂，而最近的动物实验研究表明，合成抗氧化剂BHT、BHA等对生物体有潜在的毒副作用，因此，众多研究者瞩目于从我国丰富的中药材资源中来寻求高效、低毒的天然抗氧化剂，其开发研究也必将对医药，营养和食品工程产生极其重要的影响。本文就近年来中药材抗氧化作用机制及其评价方法，中药材抗氧化性有效成分和中药材抗氧化剂的应用研究进展做一综述。
1 中药材抗氧化活性成分的主要类型
1.1 黄酮类 目前已有报道的天然黄酮类化合物有9大类，各类间以及每一类中不同的黄酮单体其抗氧化活性有较大差异[2，3]，这是因为黄酮类化合物清除自由基的能力有化学结构所决定。实验证明[4]，黄酮类物质在抗氧化反应中不仅能清除链引发阶段的自由基，而且可以直接捕获自由及反应链中的自由基，阻断自由基反应，起到预防和断链的双重作用，是优良的天然抗氧化剂，其具体反应机制可能是酚羟基与自由基反应生成共振稳定的半醌式自由及结构，从而终止自由基链式反应。其反应可以表达为：[flavone-OH]+R-InavoIIle-O’]+RI-I;众多研究也表明[2，4]，B环上邻二酚羟的存在，极大增强了其抗氧化活性，可认为是高效黄酮类抗氧化剂的基础结构，具有强抗氧活性的此类化合物一般都有邻苯二酚结构。当B环上酚羟基数目相同时，3’，4’邻位羟基比2’，4’间位羟基更容易受到电子的攻击，因而活性更强，如槲皮素抗氧化活性高于桑色素。理论上分析认为，邻位羟基在形成半醌式自由基后含有分子内氢键，使体系能量降低[3，5];其次，C环上3-OH，2’，3’之间的双键以及毗邻的4-羰基对抗氧化活性都有较大影响。A环上的5位和7位常被羟基化，以前人们普遍认为A环是不易被氧化的，因而不直接参与抗氧化反应。但是，近年的一些研究表明[6]，A环在抗氧化、清除自由基的过程中也起一定作用，因为这两处的酚羟基易于过渡金属络合，而且7位羟基又有较强的酸性，这些都有利于抗氧化活性。
1.2 酚类 中药材的抗氧化活性与其总酚含量有着密切关系，植物多酚的抗氧化活性随着分子量的增大而增强，在于酚羟基的数量和位置有很大关系[7]。酚类化合物是当前研究较深入的一类天然抗氧化剂[8，9]。植物多酚以大量的酚羟基作为氢供体，对多种活性氧有清除作用，对于氧化酶存在的系统，如体内主要的氧自由基生成XOD，多酚对其有显著的抑制能力。实验发现，原花青素及山葡萄素的抗氧化活性强于维生素E，且这类多酚的抗氧化活性强弱与取代类型及聚合方式密切相关，茶多酚具有抗氧化剂激活机体内部分抗氧化酶系，增强机体内SOD活性，减少自由基代谢产物含量，提高自身抗氧化能力的作用，是一种有效的抗氧化剂[10]。植物多酚还能与维生素E等抗氧化剂产生协同效应，具有增效剂作用。
1.3 多糖类 多糖是生物体内除蛋白质与核酸外又一类中药的生物大分子，在控制细胞的分裂分化，调节细胞的生长，延缓衰老和维持新陈代谢等方面发挥着重要作用。多糖与蛋白质和核酸相比是最理想的生物信息载体，因为糖基可以在多个羟基上以两种可能的键相连，而氨基酸只有一种连接方式，可见糖是以最小的结构单元承载最大的生物信息量。多糖类成分广泛存在于中药材中，其抗氧化作用日益受到人们的关注[11，13]。其中螺旋藻多糖(PSP)就是一种从螺旋藻中提取的酸性多糖，由于具有广泛而复杂的活性作用而成为研究热点之一[14]。有研究指出[15]，该多糖分子量为12500，基本骨架是由鼠李糖、半乳糖、木糖、葡萄糖、阿拉伯糖和葡萄糖醛酸等多种不同单糖组成的多糖。它的生物活性与其结构，特别是三维生物空间构象、分子量、分支度及溶解度等理化性质有关[16];也有人认为，螺旋藻多糖和蛋白质，酶一样存在1个或多个寡糖片段的活性中心，如不均一多糖肝素(heparin)抗凝血的活性只需要5个寡糖片段。因此，具有BETA-1，3葡聚糖结构的多糖一般具有较强的生物活性[17]。
1.4 维生素 维生素E、维生素C及其衍生物，既是食品营养素，又可以作为抗氧化剂。维生素E是脂溶性小分子抗氧化剂代表性物质，可通过清除羟基自由基而中断链式反应，与一些植物抗氧化剂具有协同作用[18]。类胡萝卜素的抗氧化活性会因为氧压力的不同而改变，低压时是高效抗氧化剂，而在高压时成为氧化强化剂[19]，BETA-胡萝卜素或番茄红素可与氧化氢自由基反应生成碳自由基而稳定下来。维生素C与尿酸是人体血浆中的主要水溶性低分子抗氧化剂，维生素C在血液中是一种强的抗氧化剂，并与其他抗氧化剂具有协同作用[20]，尿酸是嘌呤的代谢产物，在水中对ROS也具有很强的抗氧化活性。
1.5 生物碱类 影响生物碱抗氧化活性的结构因素主要是立体结构和电性效应，杂环中氮原子“裸露”在外有利于充分地接近活性氧并与之发生反应，使其具有抗氧化作用。生物碱中的供电子基团或可使氮原子富含电子的结构因素均可增加其抗氧化活性，正如有文献报道[21]，防己诺林碱、厚果糖松草碱可以通过阻断钙通道而抑制自由基生成。小檗碱、麻黄碱和粉防己碱也有强抗氧化活性[22]。
1.6 酶类、植物蛋白类、多肽类和氨基酸类 植物酶的活性很强，并影响植物的生长和抗逆性，但离体提取较为困难。其中过氧化歧化酶(SOD)可通过清除氧化剂或将ROS/RNS转为相对稳定的化合物，减少自由基的产生，谷胱甘肽过氧化酶(GPx)可将多聚不饱和脂肪酸(PUFAs)氧化产生的脂质过氧化物还原成一种稳定的无毒的羟基脂肪酸，与磷脂酶共同发挥作用，还能将磷脂氢过氧化物(PL-OOH)转变为磷脂氢氧化物(PL-OH)[23]。氨基酸和蛋白质在植物体内可以游离形式存在，更多的是以多糖、酚类化合物等结合的形式存在，从蓝绿藻提取得到的藻蛋白和藻清蛋白，大蒜提取的S-烯丙基半胱氨酸，S-烯丙基巯基半胱氨酸[24]和从竹叶提取的DELLTA-羟基赖氨酸等均有抗氧化活性，单宁-蛋白质复合物也可清除自由基[25]。植物蛋白、多肽和氨基酸与多糖、酚类化合物等形成的复合物具有生物亲和力大，活性强等优点，已成为医药、保健品等的研究重点之一。
上述单离组分的抗氧化活性已较明确，但同时也要注意植物提取物中皂苷、萜类，以及含硫、氮化合物等其他生物活性成分的抗氧化能力研究。
2 中药材抗氧化剂在生物体内的作用机制及评价方法
2.1 中药材抗氧化剂在生物体内的作用机制 抗氧化剂在生物体内有两种作用机制：第一种为链中断机制，原生抗氧化剂在脂质自由基体系中供给自由基一个电子使链式反应中断;第二种机制则是通过促使链引发催化剂失活而消除ROS/RNS的引发剂，有些抗氧化剂能与其他组分构成联合抗氧化剂，阻止其他氧化剂前导物质引发的自由基反应，有些抗氧化剂还能影响体内组织中基因的表达。
2.1.1 金属离子络合作用 过渡金属离子可引发脂质过氧化反应，生成比起始物质活性更高的物质。例如，在铜或铁的不同氧化态离子的催化下，脂质氢过氧化物可分裂为烷氧自由基(RO),进而引发脂质过氧化反应，或被催化生成醛类化合物。大分子蛋白质与金属离子结合，可抑制金属离子催化自由及反应的生成。多酚类等小分子具有转移氢原子的能力，可作为链断裂抗氧化剂，也能因络合过渡金属离子而抑制自由基的形成[23]。Brown等研究了槲皮素与铜离子的相互作用，当槲皮素与过渡金属离子作用时，类黄酮的氧化发生于游离的C3-OH基，并伴随CH-OH基的氧化。
2.1.2 电子转移 原生抗氧化剂能快速向自由基提供一个氢原子，形成一个更稳定的新自由基。生命组织中的亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等PUFAs,主要以磷酸酯、甘油酸三酸脂或胆固醇脂等酯的形式存在，PUFAs能像抗氧化剂一样给出一个电子而中断脂质过氧化反应，类黄酮化合物、维生素E、维生素C等原生抗氧化剂可通过向过氧化氢自由基提供一个电子中断链式反应，从而终止其增殖步骤。GPx等酶类可将脂质氢过氧化物(ROOH)和PL-OOH还原生成相应的醇类化合物(ROH,PL-OH)而成为抗氧化剂。
2.1.3 联合抗氧化剂 Golumblc 和Mottill在60年前就发现维生素C单独存在时抵抗猪油氧化的作用很小，当混入维生素E时抗氧化效应大大增强。而其他研究者在含有维生素C和维生素E混合物的生物体内试验研究中也发现维生素C可减少维生素E的氧化反应。在水相引发的脂质过氧化反应中，维生素C和维生素E共存具有较好的联合抗氧化作用，而在有机相引发的过氧化反应中，维生素C可作为极好的联合抗氧化剂，且与维生素E的确有协同作用。
此后，又相继发现了许多可与维生素E产生相似联合抗氧化效应的化合物。例如，对多种自由基清除剂联合抗氧化活性的检测，胆红素、氨基酸衍生物、儿茶酚衍生物、各种对苯二酚和6-水杨酸基棕榈醇酯等，也像维生素C一样具有主效协同抗氧化作用。有趣的是，雄性荷尔蒙雌二醇本身并不具有联合抗氧化作用，但雌二醇的代谢产物2-羟基雌二醇，由于芳香环上增加了一个羟基而形成了类似儿茶酚的结构，其联合抗氧化活性几乎也与维生素C一样。
2.1.4 影响基因表达 许多基因是通过改变细胞氧化还原态发挥调节作用，而细胞的氧化还原取决于组织中ROS/RNS，抗氧化剂的种类与浓度等因素，因此抗氧化剂也能直接或间接地影响组织中的基因[26，27]。
2.2 抗氧化活性评价 基于抗氧化作用机制，建立了大量的方法体系并用于中药材抗氧化活性的评价。
2.2.1 体外试管法 主要通过测定样品抑制脂类物质氧化的能力和对自由基的清除能力来评价待测物的抗氧化活性[28]。猪油、豆油等食用油脂或富含油脂的食物常使用作为被氧化底物，来测定样品的抗氧化活性[29，30]。同时，研究者们也通过对自由基的清除能力来考察样品的抗氧化活性。徐向荣等以Fenton试剂作为OH源，用二甲亚砜做分子探针，在420nm下比色测定几种天然食物水提取物清除OH的能力。DPPH和DMPD自由基是两种人工合成的自由基，用于抗氧化活性的评价，方法简单迅速，在中药材抗氧化剂筛选中得到了广泛应用[31～34]。
2.2.2 动物实验法 考虑到生物体内抗氧化作用与体外测试的差异性，研究者们进行了大量的动物实验包括天然抗氧化剂在大鼠(家兔)老化，脑再灌注损伤，挤压伤，急性缺氧以及肝和肾的再灌注损伤中的作用研究等[35]。动物实验中主要通过测量血液中和组织匀浆中脂质过氧化物(LPO)和SOD活性及含量来评价其抗氧化活性[36]。
2.2.3 人体研究 人体研究主要是考察一些已经批准生产的中药制剂如复方丹参、降脂中药片、何首乌片等在疾病治疗中对氧化作用的影响。已经研究的疾病包括冠心病，动脉粥样硬化，高血压症等。除必要的临床指标外，测定的与氧化损害有关的生化指标包括血液中LPO及SOD活性及含量测定[37]。
3 中药材抗氧化剂的应用
3.1 食品添加剂 化学合成抗氧化剂价格低廉，一直为人们普遍使用，但在20世纪70年代以来，大量研究发现，在食品中广泛应用的合成抗氧化剂BHA、BHT等具有潜在的毒性和致癌作用，一些国家已经相继对它们的使用做了限制，随着人们生活水平的提高，对天然产品日渐推崇，中药材抗氧化剂正在逐渐受到重视。寻找天然、高效、低毒的抗氧化剂已经成为一种必然趋势。
3.2 化妆品 自由基是皮肤衰老的重要原因，抗氧化剂可以阻断蛋白酶和胶原蛋白的产生使皮肤保持光滑且富有弹性。另外，植物多酚在紫外光区(200～300nm)有很强吸收，具有“紫外线过滤器”的功能，通过几种多酚的复配，利用其在紫外光区最大吸收峰的差异，可起到光谱防晒的作用，减少因日晒引起的皮肤黑色素形成，起到保护皮肤的作用[38，39]。谨慎使用一些经过严格科学实验证明的自由基清除剂，可维持皮肤中自由基的平衡，延缓皮肤衰老。
3.3 医学与保健 抗氧化剂具有的强大清除自由基的能力正是它具有防病保健功效的基础。同时，天然抗氧化剂具有很好的生物利用度，易与胶原蛋白结合，稳定细胞膜以及抗酶活性(组胺脱羧酶)，这些特点与其抗氧化能力协作，是抗氧化剂成为一种基于清晰的理论基础和严格的试验结果之上的保健功能食品。抗氧化剂有助于预防60多种与自由基有关的疾病，包括癌症、心脏病、过早衰老和关节炎等。
4 存在的问题和展望
以天然抗氧化剂取代合成抗氧化剂是食品、医疗保健行业发展的一种趋势，但在其开发过程中也存在很大的问题。
4.1 中药材中往往含有多种抗氧化活性成分，而不同的萃取溶剂、方法和条件将使成分、含量不同，导致评价效果的差异。
4.2 采用单一的抗氧化活性评价方法进行抗氧化剂的筛选不能全面反映中药材的抗氧化活性。
4.3 生物体系和食品中的抗氧化作用有所差异，故应区别对待，对各自抗氧化的检测体系，生物体内的抗氧化剂的吸收代谢研究还需加强。
中药材抗氧化活性的研究在过去的几十年里取得了飞速发展，但真正能商品化生产的天然抗氧化剂很少，在以下几个方面尚有待于进一步研究：(1)注意各抗氧化组成分在不同提取过程的情况，加强植物原料提取，有效成分离纯化工艺研究;(2)抗氧化剂的抗氧化机制，抗氧化成分的化学结构与抗氧化活性剂稳定性的关系;(3)抗氧化剂的协同作用和复合抗氧化剂的研究开发;(4)已知高效抗氧化成分进行专项深入研究，开展动物实验和临床试验研究，开发医疗保健产品和添加剂。
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