红花中抗氧化活性成分及其作用机制

互推小编 2023-05-16

红花为菊科植物红花Carthamus tinctorius Linn.的干燥管状花，在世界各国都有广泛的分布，为活血化瘀类中药，临床上多用于治疗心脑血管疾病，具有降血压、抑制血栓形成、抗肿瘤、抗氧化、免疫调节等作用，应用相当广泛[1]。氧化应激的增加会改变脂质、DNA和蛋白质，导致细胞炎症和细胞程序性死亡，在生理病理状况中起着不可替代的作用[2]。这是由于活性氧（ROS）产生过量，包括自由基和非自由基中间体，大量的自由基损伤将导致人体的氧化作用。研究表明，体内的氧化损伤与多重疾病的发生密切相关，如癌症、衰老、心血管疾病、老年痴呆症、帕金森病、糖尿病等都与DNA氧化损伤相关[3-5]。

因此适宜的抗氧化物质可以有效地消除过多自由基，对于各种氧化应激相关疾病的治疗具有重要意义。目前关于红花的抗氧化作用少有研究，因此本文归纳了红花中的抗氧化活性成分黄酮类、多糖类和生物碱类成分，并对其抗氧化酶、清除自由基、拮抗一氧化氮（NO）的作用机制进行总结，以期为红花更好的临床应用提供参考。

1 抗氧化活性成分

红花中含有多种活性成分，主要通过黄酮类、多糖类、生物碱类成分来发挥抗氧化作用。

1.1 黄酮类成分

红花中的主要活性成分为黄酮类成分，与红花的药理作用密不可分。黄酮类中发挥主要药效的为黄酮醇和查耳酮类，如山柰酚糖苷、槲皮素、6-羟基山柰酚、红花黄色素、羟基红花黄色素等[6-7]。目前红花中分离的黄酮类成分高达50种，其中常用的成分有12种，基本母核都具有C6-C3-C6结构，在查耳酮类的A环被氧化成醌式或醌式的类似物的一类黄酮被称为醌式查耳酮，并以碳苷化为主，是红花中特有的黄酮类化合物[8]。红花中黄酮类化合物的药效作用较为复杂，对机体的炎症、免疫调节、肿瘤生长均有显著的抑制作用，且与氧化作用有密切联系[9]。红花中对机体氧化作用有效的主要黄酮类成分见表1。

1.2 多糖类成分

天然多糖具有多种生物活性，作为机体最主要的供能物质，广泛参与多种生理活动，受到了越来越多的关注[16]。红花多糖是红花中主要有效成分之一，为均一的杂多糖，主要由两种组分构成[17]，其中SPS-1由甘露糖、葡萄糖、半乳糖组成，SPS-2由葡萄糖、甘露糖、木糖、鼠李糖组成，具有三螺旋结构，葡萄糖是其主要组成部分[18]。红花多糖具有抗肿瘤、免疫调节、抗氧化等活性，其中抗氧化作用的同时无细胞毒性，具有良好的应用前景[19]。

1.3 生物碱类成分

生物碱类化合物是红花中第二大类活性成分。红花中生物碱以吲哚类生物碱衍生物5-羟色胺为主，分子中含有吲哚环和对羟基桂皮酰胺基团[20]。红花中生物碱多以单倍体形式存在，大多存在于红花的油、籽中。研究发现，生物碱类化合物是天然抗氧化物质，具有清除自由基、抑制脂质体过氧化作用[21-22]。红花中主要的抗氧化生物碱类成分为N-阿魏酰基-5-羟色胺、N-(p-香豆酰基)-5-羟色胺[23]。

2 抗氧化作用机制

2.1 抗氧化酶

核因子相关因子2（Nrf2）以其抗氧化和抗炎特性而闻名，是一种碱性亮氨酸氧化还原敏感转录因子，其他细胞保护基因的主要调节因子，是抗氧化剂机制的主要调节剂，可在全身器官中表达[24]。一般情况下，Nrf2会与Keap1相互作用，处于一种静止状态，维持较低水平，在遇到氧化应激和药物作用时，Nrf2就会从Keap1中释放出来，并进入细胞核内激活表达几十个细胞保护基因，与抗氧化反应元件（ARE）相互作用，调节抗氧化酶的表达，以消除氧化应激反应。Nrf2/ARE通路图见图1。槲皮素可通过调节Nrf2信号通路诱导Nrf2的mRNAN和蛋白的表达，导致过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化剂含量增加，保护胚胎免受氧化应激反应，从而提高胚胎活力[25]。

Nrf2/ARE通路调节抗氧化酶活性，在体内组成抗氧化的第一道防线，为内源性酶类抗氧化系统，可有效清除体内ROS，降低机体氧化应激水平。主要为SOD、CAT、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）等体内自生的抗氧化酶。机体可通过该抗氧化酶系统来阻断自由基反应，依次清除超氧自由基、羟自由基、过氧化氢等自由基，三者是相互作用、缺一不可的，其中SOD的活性可直接反映机体清除自由基的能力[26]。万亚菲[27]研究发现，红花多糖135 mg/kg可明显抑制H22小鼠血清丙二醛（MDA）水平，升高SOD、CAT、GSH-Px活性，进一步降低肿瘤细胞中ROS、MDA水平，推测红花多糖抗氧化作用具有剂量相关性，可在一定程度上抑制ROS产生、降低机体内SOD消耗，起到抗脂质氧化的作用。

过氧化氢（H2O2）会导致MDA、ROS含量升高，SOD、GSH-Px活性降低，而红花黄色素B可显著抑制H2O2损伤，可增加Nrf2的表达，提示红花黄色素B对细胞的保护作用是通过抗氧化作用进行的[28]。红花中黄酮类物质，尤其是槲皮素、木犀草素、杨梅素具有明显的抗氧化酶活性作用，黄酮类物质参与生长过程中盐诱导的氧化损伤[29]。Duan等[30]研究发现，用80 nmol/L红花黄色素A处理心肌细胞产生的保护作用与200 μmol/L抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸处理心肌细胞产生的作用相当，红花黄色素A能通过降低MDA含量、增强SOD、CAT、GSH-Px活性以及提高谷胱甘肽（GSH）水平来产生抗氧化活性，以此保护心肌细胞死亡。

研究发现，羟基红花黄色素A能提高SOD、CAT活性、GSH水平和GSH/氧化型谷胱甘肽（GSSG）值，并且降低MDA、GSSG水平，提示羟基红花黄色素A可以通过抗氧化作用来保护创伤性脑损伤，还可以增加细胞活力减少氧化应激反应，抑制神经细胞元凋亡[31]。氧化应激可以诱导肝星状细胞（HSCs）活化和增殖，导致肝纤维化。羟基红花黄色素A作为具有抗氧化活性能力的天然活性成分，通过提高SOD和谷胱甘肽过氧化物酶的活性、降低ROS水平，上调PPARγ和MMP-2表达，下调TGF-β1和TIMP-1表达，并降低α-SMA水平，能够有效减轻氧化应激介导的肝损伤[32]。红花籽油能够显著提高血清和肝脏中的SOD、GSH-Px水平，降低MDA含量，保护乙醇导致的过氧化性损伤[33]。

上述结果均表明红花中黄酮类成分、红花多糖以及红花籽油通过增加抗氧化酶活性、减少氧化产物生成来抑制氧化应激损伤，主要的机制与调节抗氧化酶Nrf2/ARE通路相关。

2.2 清除自由基

体内抗氧化作用的另一种途径是通过降低自由基产生途径中过渡金属离子的氧化还原能力和过氧化物的程度来完成的[34]。ROS包括羟基自由基（·OH）、超氧阴离子自由基（O2）以及它们衍生的H2O2、脂质过氧化物等，除此之外，自由基还有1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基[35]。

自由基是细胞代谢过程中产生的活性物质，能够诱导氧化反应，是生物膜中许多不饱和脂类发生超氧化变性形成脂质过氧化物，在人体正常状态下可被体内自由基清除系统捕获并清理，但是受到外界物质污染时，会诱导异常自由基反应，导致自由基堆积，引起细胞功能和多种生物大分子的损伤，从而导致器官组织的损伤[36]。机体清除自由基是通过抗氧化酶氧化还原作用将氧化物转化成低毒或无害物质，但过量的自由基会导致机体的损伤，因此清除减少过多自由基的产生是机体抗氧化的有效机制[37]。

红花具有调节增强抗氧化酶的活性，能够有效清除体内过量自由基，抑制自由基导致的脂质过氧化损伤，保护细胞膜。自由基的过多产生不仅会引起机体缺血再灌注损伤，还会直接诱导炎症反应，导致白细胞介素-8（IL-8）的合成和释放，IL-8会促进自由基的产生，进而加重炎症反应，形成恶性循环[38]，然而羟基红花黄色素A能够显著拮抗H2O2诱导的氧化损伤，减轻自由基诱发的炎症反应，同时减少IL-8的含量，从而阻断恶性循环，来减轻机体缺血再灌注损伤[39]。研究发现脊髓损伤后SOD活性减低、MDA活性升高，自由基过度生成并伴有脂质过氧化损伤，而红花黄色素可以增高SOD活性，降低MDA含量，减少自由基生成和脂质过氧化[40]。

机体发生创伤性脑损伤后会形成大量的自由基，导致脑组织缺氧、抗氧化能力弱，进一步引发脑组织氧化应激损伤[41]，张欢等[42]研究发现红花黄色素可以抑制羟基自由基介导的2-脱氧核糖氧化降解和清除DPPH自由基，其中主要有效成分羟基红花黄色素A和红花黄色素B对DPPH清除的IC50值分别为55.18、41.25 μg/mL，还可通过与Fe2+离子络合阻断羟基自由基的产生，具有明显的体外抗氧化活性。高浓度的红花多糖对DPPH自由基和·OH自由基都具有明显的清除能力，并对铜离子有较强的还原能力[43]。

红花中生物碱类成分N-阿魏酰基-5-羟色胺、N-(p-香豆酰基)-5-羟色胺具有较强的清除氧自由基活性的作用[44]。红花籽中5-羟色胺衍生物对DPPH自由基清除作用很强，对·OH和O2也有一定的清除作用[45]。但是红花中化学成分很复杂，具体是单一成分的作用还是整体互相作用尚不可知，化学成分与活性量效关系尚不完全明确。于是研究发现，采用制备高效液相色谱剔除主要有效成分的方法，对剔除后的样品进行抗氧化活性贡献度的评价，来反向证明红花中主要有效成分的抗氧化活性。如王林艳等[46]从红花中剔除羟基红花黄色素A、脱水红花黄色素B之后，红花DPPH自由基清除率、ABST自由基清除率、Fe3+还原能力大小均有明显的降低，证明该有效成分不仅在抗氧化效应上直接发挥作用，还通过影响其他成分间接发挥作用，为红花抗氧化活性研究做出了重要贡献。

中药“谱效关系”的研究能够使中药活性成分整体特征精细表达与多指标多靶点的作用机制紧密联系，符合中药作用特点，为研究中药药效物质基础起到促进作用，基于此，王金梅等[47]通过HPLC法测定差异化处理的红花特征图谱对其抗氧化活性行研究，结果发现从27个特征图谱中确定了红花抗氧化活性物质羟基红花黄色素A与DPPH自由基、ABST自由基、Fe3+还原能力都呈正相关，羟基红花黄色素A为红花水煎液抗氧化活性的主导成分。

另有研究发现，红花的提取物及其主要抗氧化活性成分6-羟基山柰酚的3种苷类成分（6-羟基山柰酚-3,6二葡萄糖苷、6-羟基山柰酚-3,6,7-三葡萄糖苷和6-羟基山柰酚-3芸香糖-6-葡萄糖苷）的自由基清除能力并不强，然而这3种苷类物质通过在体内释放黄酮苷元（6-羟基山柰酚）则显示出了较强的清除DPPH自由基的活性，因此推测红花提取物主要是通过在体内释放相应的黄酮苷元来显示出抗氧化活性[48]。

不同的提取方式也会在一定程度上影响红花的抗氧化活性，冯涛等[49]通过超声波和离心结合的方式，采用不同浓度的试剂提取红花抗氧化成分，结果发现利用95%乙醇提取红花黄色素对·OH清除效率可高达98.31%，与维生素C相当，同时70%乙醇提取红花黄色素对O2的清除效果是最佳的，说明红花具有抗氧化活性，其作用机制为清除羟基自由基和超氧阴离子自由基，尤其是对羟基自由基有较好的效果。

2.3 拮抗NO

NO是一种重要的活性氧分子，化学性质很活跃，并且极其不稳定，拮抗NO也是一种抗氧化机制。NO的生成主要是一氧化氮合酶（NOS）利用L-精氨酸为底物，在四氢生物蝶呤辅助下合成的。NOS有3种亚型：诱导型（iNOS）、内皮型（eNOS）、神经型（nNOS），NOS过表达会产生大量NO[50]。NO在正常情况下是参与心血管、神经和免疫系统的调节的[51]，但是当NO合成过多时，会与超氧自由基反应生成过氧化亚硝酸根离子，从而破坏蛋白质、造成细胞膜脂质过氧化、阻断DNA复制、加速线粒体损伤、促进细胞凋亡[52]。因此减少NOS表达、抑制NO的浓度能减少氧化应激损伤。

大多数脑缺血缺氧损伤、心肌缺血、血管病变、内毒素肝损伤等疾病都与NOS增强有一定的关联。脑缺血缺氧后的能量耗竭导致氧化应激，增加自由基的产生，最终细胞中iNOS的活性增加，结果进一步导致超氧化物和过氧化硝酸盐的产生，并损害了神经元、蛋白质、脂质和DNA[53]。关于缺血缺氧性脑损伤作用机制有的认为是激活nNOS产生NO，诱导GluR6亚硝基化，进而激活GluR6/PSD95/ MLK3信号模式和JNK通路[54]。

红花黄色素能够显著降低海马区NOS的过表达，从而对缺血缺氧性脑损伤有一定的保护作用[55]。研究表明幼鼠缺氧后，脑内NO含量表达上升，预先给予红花黄色素后能够通过清除自由基间接抑制NO的产生，对脑损伤有一定的保护作用，并且红花黄色素可明显减少缺氧复氧后iNOS和nNOS的mRNA表达，可明显在基因表达水平上产生抑制NOS的作用，减低NO水平，减少脂质过氧化作用，保护缺氧的脑损伤[56]。不只是幼鼠，成年大鼠缺氧后，脑组织中iNOS活性明显增加，对其应用羟基红花黄色素A，结果表明羟基红花黄色素A高、中剂量能明显抑制脑缺血后高度表达的iNOS含量，同时减轻大鼠脑梗死面积和功能障碍[57]。

心肌梗死是由于血氧供应不足引起的，可通过改善血管舒缩和循环功能来治疗，主要是通过内皮素和NO来调节[58]。羟基红花黄色素A 4、8 mg/kg可以逆转急性心肌梗死中的循环水平，抑制肌酸激酶（CK-MB）和MDA活性、降低eNOS、NO活性、提高SOD含量，从而提高心肌血氧供应，减少急性心肌细胞损伤[59]。研究发现羟基红花黄色素A是通过降低血浆中和组织中内皮素-1（ET-1）、NO、iNOS的表达以及小鼠血浆中MDA含量以及提高SOD活性来发挥保护心肌缺血的作用[60]。

由此可见羟基红花黄色素A改善心血管疾病主要机制可能是通过抗氧化和神经保护作用来实现的。当iNOS介导释放高浓度NO时，是导致血管炎症和内皮功能障碍等血管病变的重要因素，而脂多糖可以激活、损伤血管内皮细胞，导致血管内皮细胞功能失调，同时还能诱导iNOS生成，影响细胞的氧化应激，王银光等[61]在细胞水平上观察羟基红花黄色素A对脂多糖诱导人脐静脉内皮细胞株HUVECs细胞iNOS变化的调节作用，结果表明0.01、0.1 mmol/L羟基红花黄色素A对iNOS升高无明显作用，但高剂量1 mmol/L羟基红花黄色素A能够明显抑制脂多糖作用后高度表达的iNOS量，减少NO的生成，抑制细胞的氧化应激，为治疗血管炎症提供了新的思路。

大量研究表明，分布于肝细胞、肝窦内皮细胞中的iNOS、NO共同参与了各种原因引起的急性肝损伤的病发过程，急性肝损伤时肝细胞损伤产生TNF、IL-1等细胞因子作用于肝细胞、促进iNOS诱导NO大量生成。基于此，费娅丽等[62]以红花注射液进行干预，探讨对急性肝损伤大鼠的影响，结果发现给药组大鼠血清ALT、AST含量均明显下降，同时血清中iNOS表达也下降，与保肝药还原型谷胱甘肽效果相当，表明红花对肝组织的保护作用机制可能是降低组织中iNOS活性表达和NO的含量，减轻氧化应激反应来减轻肝损伤。

综上可知，氧化应激与多种疾病都有密切关系，红花中抗氧化活性成分主要是基于Nrf2/ARE通路调节抗氧化酶表达、清除自由基、拮抗NO等机制发挥效应。

3 结语

近年来，有上百种药物进行了抗氧化作用的研究，甚至大多数都明确了具体的化学成分，如黄酮类、多糖类都有很强的抗氧化活性。红花作为传统中药，现代药理作用十分广泛、疗效显著，红花抗氧化作用活性成分是单一的物质还是多种物质协同作用还需要大量研究进一步解释。目前，研究红花抗氧化作用的单一的活性成分主要是黄酮类、多糖类和生物碱类成分，而抗氧化机制具有多种途径、靶点、多种效应的特点，主要是通过氧化应激通路Nrf2/ARE通路来调节抗氧化酶基因的表达，以此来阻断自由基链式反应，减少自由基的生成，其次是直接清除自由基，再则是通过抑制NOS mRNA的表达、拮抗NO的生成来增加抗氧化能力，减少氧化应激。

现有研究发现，红花抗氧化方面研究已经有很多，但仍存在或多或少的问题，不同研究人员评估红花抗氧化的活性成分具有一定的差异，对相同的抗氧化作用结果所表现出来的活性成分不一样，所用的实验方法中关于细胞、动物和人体的实验数据较为匮乏，导致虽然研究结果支持红花具有良好的抗氧化功能，但是具体作用于人体的功效还有待探讨研究。红花自然资源丰富、药理活性广泛涉及的机制多样且复杂，是一种开发天然抗氧化剂的重要资源，在治疗相关疾病中具有明显优势，不同产地红花的抗氧化活性也有所差异，这一方面还有待继续深入研究，并且关于红花抗氧化作用于哪些生物信号通路、分子机制、基因表达都有待进一步研究阐释。虽然红花抗氧化活性方面仍然存在很多未知和需要探索的地方，但随着对红花抗氧化作用的不断深入，红花抗氧化活性将会有很大的应用前景。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献（略）

来源：李娅兰，白皓天，梁霄，张筠昊，孙淑慧，杨婧，王锐．红花中抗氧化活性成分及其作用机制的研究进展 [J]. 现代药物与临床, 2022, 37(8): 1879-1885 .

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