萌动期的大豆胚轴.doc

资料汇编2003年全球华人保健(功能)食品科技大会论文集 (中国 深圳)71萌动期的大豆胚轴 高活性马雌酚的最佳来源袁建平 王江海 刘 昕(中山大学国家教育部食品工程研究中心 广州510275)摘要 萌动期的大豆胚轴因富含大豆异黄酮等多种活性成分而具有显著的药理活性。大豆胚轴中的异黄酮以大豆甙为主。当机体摄入大豆胚轴后在肠内微生物菌群的作用下，可产生具有更高药理活性的代谢产物马雌酚，表明萌动期大豆胚轴是高活性马雌酚的最佳来源。此外，萌动期大豆胚轴中的大豆蛋白和大豆低聚糖能影响人体肠内微生物菌群的构成，促进大豆甙代谢产物马雌酚的产生，显著提升大豆胚轴异黄酮的药理活性。因此萌动期的大豆胚轴在人体内能发挥显著的药理作用。关键词 大豆胚轴 萌动 马雌酚 异黄酮 大豆甙 代谢大量研究业已证实，对于日常饮食中经常摄入富含大豆异黄酮的人群，其乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、骨质疏松症和心血管疾病的发病率明显低于摄入较少大豆异黄酮的人群。流行病学研究显示，亚洲妇女乳腺癌的发病率仅为西方妇女的三分之一至二分之一，而亚洲妇女的更年期不适症也明显比西方妇女轻微。移居美国幷接受西方饮食方式的亚洲人，其乳腺癌和前列腺癌的发病率明显增高。亚洲人因摄入大量的大豆及其制品而使乳腺癌和前列腺癌的发病率和死亡率均低于西方人，这与摄入富含大豆异黄酮的食物有关。大豆异黄酮是以3-苯幷吡喃为母核的植物雌激素。当体内雌激素缺乏时，它可成为雌激素促效剂；当体内雌激素过多时，则可成为雌激素拮抗剂，因而具有弱雌激素和抗雌激素的双重活性，是一类天然的选择性雌激素受体调节剂。大豆胚轴中含有丰富的大豆异黄酮，其中糖甙型异黄酮约占总异黄酮的98 %。摄入人体后，大豆异黄酮糖甙(主要为大豆甙和染料木甙)在肠道细菌的作用下首先代谢为游离型大豆异黄酮(主要为大豆黄素和染料木黄酮)，也称糖苷配基或苷元(甙元)。大豆甙的代谢产物大豆黄素可在人体肠内微生物菌群的作用下进一步代谢，其最终代谢产物马雌酚具有比其母体异黄酮更高的药理活性。马雌酚所具有的较高抗氧化活性在预防癌症和阻止脂质过氧化等方面能发挥重要作用。研究发现，当摄入异黄酮后，其代谢产生马雌酚的量与乳腺癌发病危险的降低成正相关1。体内能产生马雌酚的人群可从富含异黄酮的膳食中获得最好的临床效果，显示出马雌酚是极其重要的代谢产物，能最大限度地发挥异黄酮的药理活性2-3。因此，提高人体肠内马雌酚的产率能显著提升异黄酮的预防和治病功效，即异黄酮在保持心血管、骨胳和更年期健康及预防癌症等的临床效果，与个体摄入异黄酮后在体内代谢产生具有更高活性的马雌酚的能力有关4。研究显示，在萌动期大豆胚轴中不仅含有丰富的能代谢产生马雌酚的大豆甙，更重要的是经萌动过程的生物转化，使大豆低聚糖、活性多肽和皂角甙等活性组分显著增加，这些活性物质能诱导和促进肠内厌氧菌群的增殖，显著提高乳酸杆菌和结肠厌氧菌群的数量，因而能促进代谢产物马雌酚的产生。实验表明，受试者血浆中的马雌酚浓度明显高于单一大豆异黄酮对照组，表明萌动期大豆胚轴是高活性马雌酚的最佳来源。本文将就该问题展开讨论。1 大豆异黄酮代谢产物马雌酚的产生1.1 大豆异黄酮糖甙的水解摄入的大豆异黄酮糖甙主要在人体肠道内代谢和吸收，再传递至肝脏幷进入肠肝循环5。异黄酮糖甙不能通过健康成年人的肠上皮细胞而被完整吸收，必须先经葡萄糖甙酶水解后才能被末梢循环所吸收。肠内微生物菌群对异黄酮的代谢起决定性作用5，幷明显影响异黄酮的生物利用率。已在健康人体内发现专门代谢异黄酮糖甙的肠道细菌，其中大肠杆菌HGH21和格兰氏阳性菌株HGH6均具有葡萄糖苷酶活性，能将异黄酮糖甙代谢为甙 元6，即游离异黄酮。大豆甙和染料木甙在空肠(位于十二指肠和回肠间)中葡萄糖苷酶的作用下7，能水解产生相应的甙元大豆黄素和染料木黄酮。当机体摄入异黄酮后，血浆中的染料木黄酮和大豆黄素浓度在12 h内迅速增加，幷达到一相对稳定的水平。随后浓度再次上升，幷在48 h内达到最高浓度，表明异黄酮存在肠肝循环。尔后，血浆异黄酮浓度开始下降，24 h后血浆异黄酮浓度下降至较低的水平，48 h后在血浆中已难以检测到异黄酮7。研究发现，服用等量的染料木黄酮和大豆黄素后，血浆中的染料木黄酮浓度始终高于大豆黄素，表明大豆黄素在体内的分布更广泛或能进行更进一步的代谢8。分析结果表明，血浆中存在的大部分异黄酮与葡糖苷酸配对生成共轭物，少量生成硫酸盐或以非结合的游离形式存在9。尽管所有异黄酮均能在肠道内被有效吸收，但异黄酮甙元和异黄酮糖甙的代谢时间却明显有别。当摄入异黄酮甙元后，血浆中染料木黄酮和大豆黄素浓度达到最高峰的平均时间分别为5.2和6.6 h；而当摄入相应的异黄酮糖甙后，血浆中染料木黄酮和大豆黄素的浓度达到最高峰的平均时间分别为9.3和9.0 h；延滞的时间即为异黄酮糖甙水解产生异黄酮甙元所需的时间8。 异黄酮糖甙的生物利用率是否比异黄酮甙元低一直有分歧。最新研究证实，将异黄酮糖甙预先水解幷不能提高其在体内的生物利用率7，即异黄酮甙元的生物利用率不比异黄酮糖甙高，而恰恰相反，由于异黄酮糖甙在肠内滞留时间较长，故在摄入异黄酮糖甙后，血浆异黄酮浓度曲线下的面积值大于摄入异黄酮甙元后的浓度曲线面积值，表明异黄酮糖甙的生物利用率高于异黄酮甙元7-8。1.2 马雌酚的产生及其体内分布在小肠内水解生成的异黄酮甙元既可被肠直接吸收，也可在吸收前在结肠微生物菌群的作用下进一步转化成特殊的代谢产物，即染料木黄酮转化为对乙基苯酚和4-羟苯基-2-丙酸，大豆黄素还原为异黄烷类化合物马雌酚(牛尿酚，Equol；约占70%)和开环化合物O-DMA(邻脱甲基安哥拉紫檀素，O-desmethylangolensin；约占520%)5,6。马雌酚、染料木黄酮和大豆黄素与雌激素受体有较强的亲合力，而O-DMA的亲合力很弱，对乙基苯酚则无雌激素活性5。马雌酚是大豆黄素在结肠微生物菌群作用下的代谢产物。因马雌酚在结肠中生成，故它被吸收进入血浆中的时间晚于染料木黄酮和大豆黄素。约在摄入大豆异黄酮后4 h，血浆中才开始出现马雌酚幷不断增加，24 h后达到峰值；随后，血浆中马雌酚的浓度开始下降，但在48 h后血浆中的马雌酚浓度仍保持较高水平(图1)，表明马雌酚在血浆中的滞留时间长于染料木黄酮和大豆黄素。由于大豆甙在肠内的滞留时间比大豆黄素长，故有更充分的时间在肠内微生物菌群的作用下代谢生成更多的马雌酚。从图1看出，在摄入大豆甙后48 h内，血浆中的马雌酚浓度均明显高于摄入大豆黄素后血浆中马雌酚的浓度7。图1 摄入大豆甙()或大豆黄素()后血浆中 马雌酚的平均浓度研究还表明，当摄入异黄酮后，在乳房组织中仅检测到少量的染料木黄酮和微量的大豆黄素；而马雌酚则是乳房组织中的主要代谢产物，其浓度明显高于血浆中的马雌酚浓度。尿和血浆中异黄酮及其代谢产物的分布类似，以染料木黄酮为主，大豆黄素次之，马雌酚含量最低。尿中染料木黄酮、大豆黄素和马雌酚的浓度最高，比血浆和乳房组织中的浓度至少高100倍(图2)10。图2中的尿液浓度值比其实际浓度缩小100倍。图2 异黄酮代谢产物在人体内的分布1.3 马雌酚的生理活性1 O马雌酚，化学名为7-羟基-3-(4-羟苯基)-苯幷二氢吡喃，其分子结构式如图3所示，是一种非甾族异黄酮类雌激素。马雌酚仅为膳食异黄酮在肠内细菌作用下的代谢产物，具有雌激素活性，能亲和ER-a和ER-b两种雌激素受体。HOCA2732B4564OH图3 马雌酚的分子结构马雌酚还是一种高效的抗氧化剂，其抗氧化活性高于母体异黄酮大豆黄素和染料木黄酮3，表明消除大豆黄素结构中C-2与C-3间的双键和C-4位的氧基能提升其抗氧化活性(该现象与黄酮类化合物截然不同)。马雌酚拥有的较高抗氧化活性与其分子的特殊空间结构有关。由于马雌酚的构象变化具有较强的柔性，使其比其它结构较刚性的异黄酮更易渗入细胞膜，从而显示出更显著的抗氧化活性。马雌酚通过抑制NADPH(磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)氧化酶的活性而抑制超氧自由基的产生，减少超氧自由基与游离一氧化氮之间的反应，从而提高具有防止LDL变性的游离一氧化氮的含量，故马雌酚能阻止LDL变性成为可导致动脉粥样化的粒子2。马雌酚具有比染料木黄酮和大豆黄素更高的药理活性，对良性和恶性前列腺上皮细胞有直接的抗增生作用11。异黄酮能降低乳腺癌的发病率，而体内能产生马雌酚的妇女，其乳腺癌的发病率明显更低。尿中马雌酚的排泄量与乳腺癌发病危险的降低成正相关1。马雌酚与低乳腺癌发病危险的关系表明，在摄入异黄酮幷能代谢生成马雌酚者的体内，有非常有益的激素分布。马雌酚可能是结肠细菌具有酶活性从而增加甾族化合物排泄的标记化合物，马雌酚本身也具有调节内分泌的作用1。尿中马雌酚的排泄量与循环游离雌二醇的浓度成反比，与性激素结合球蛋白浓度成正比，增加性激素结合球蛋白的合成可降低游离活性性激素的浓 度3。在产马雌酚者的体内一般有较低浓度的雌甾酮、硫酸雌甾酮、睾丸甾酮、雄甾烯二酮、脱氢异雄甾酮、硫酸脱氢异雄甾酮和皮质甾醇，以及较高浓度的性激素结合球蛋白和黄体中期孕酮。马雌酚在体内通过影响内源激素的水平和雌激素的代谢，可显著减少与性激素相关癌症如乳腺癌的发病危险1,3。人们早在上世纪70年代就提出雌激素代谢可能对乳腺癌发展有重要影响。体内雌二醇的两个主要代谢产物2-羟雌甾酮和16a-羟雌甾酮是通过两条竞争途径分别产生的，两者具有截然不同的特性。2-羟雌甾酮为弱雌激素(为有益雌激素)，可降低乳腺癌发病的危险；相反，16a-羟雌甾酮为雌激素，可与雌激素受体形成共价键，可能具有遗传毒性。当2-羟雌甾酮尿排泄量高于16a-羟雌甾酮时，乳腺癌的发病危险降低。美国学者对126位中青年妇女的研究结果显示，马雌酚可提高尿中2-羟雌甾酮与16a-羟雌甾酮的比值，表明马雌酚参与了雌激素的代谢，因而能降低乳腺癌的发病危险。当机体摄入异黄酮后，尿中2-羟雌甾酮与16a-羟雌甾酮比值的增加可能仅与代谢生成马雌酚的量有关，而与摄入异黄酮的量无关3，显示出马雌酚的生成对于提升异黄酮的药理活性意义重大。2 萌动期大豆胚轴是高活性马雌酚的最佳来源2.1 马雌酚产生的个体差异马雌酚是大豆黄素在体内进行生物转化生成的、具有较稳定化学结构的最终代谢产物，但幷非所有摄入异黄酮的健康成年人都能在体内产生马雌酚4。异黄酮的某些代谢产物，特别是马雌酚在不同个体间存在明显差异12。尿中总异黄酮排泄量的差异为16倍，而马雌酚排泄量的差异却高达664倍13。即使产马雌酚者摄入低剂量的异黄酮，其尿中的马雌酚含量也远高于非产马雌酚者摄入高剂量异黄酮后尿中的马雌酚含量1。马雌酚仅在部分人群的肠道内产生3，约有三分之一到二分之一的个体能将大豆黄素代谢为马雌酚。一项体外培养实验结果显示，产马雌酚者排泄物中的微生物菌群能将大豆黄素转化为马雌酚，而非产马雌酚者排泄物中的微生物菌群不能将大豆黄素转化为马雌酚3。显然，存在两种“细菌分型”的人群。部分人群不能产生马雌酚的主要原因是其肠内缺乏某些特定的微生物菌群，而马雌酚的生成与否取决于肠内微生物菌群的构成。链球菌属(Streptococcus intermedius sp.)、类杆菌属(Bacteroides ovatus sp.)和Rumino- coccus products sp.等肠内微生物菌群参与了将大豆黄素转化为马雌酚的过程3,9影响异黄酮肠内代谢和生物利用率的因素很多，主要包括饮食习惯、食物基质、年龄、种族背景、肠内微生物菌群及肠内滞留和作用时间等11。低脂肪和高碳水化合物的饮食、大豆低聚糖和大豆蛋白均有利于提高肠内微生物菌群生成马雌酚的能力12,13；由于灭滴灵、卡那霉素和万古霉素等抗生素能扰乱肠内微生物菌群的构成，从而明显降低血浆中马雌酚的浓度15。东西方人之间异黄酮的代谢能力也存在明显差异，亚洲人群能将异黄酮代谢为马雌酚的比例明显高于西方人11。2.2 萌动期大豆胚轴能促进马雌酚的生成大豆异黄酮是大豆生长过程中产生的一类植物雌激素，主要分布在大豆种子的子叶和胚轴中。不同部位的异黄酮组成和含量不同，如子叶中异黄酮含量为0.10.3%，而胚轴中异黄酮含量高达14%。因此，大豆胚轴的药理活性明显高于大豆子叶16。表1和2列出了大豆制品和胚轴中大豆甙和染料木甙的含量(%)。从表中看出，大豆或大豆子叶中染料木甙的含量高于大豆甙，而大豆胚轴中异黄酮则以大豆甙为主，大豆甙含量一般为染料木甙的57倍9,16。表1 大豆制品中大豆甙和染料木甙的相对含量大豆甙及大豆黄素染料木甙及染料木黄酮大豆胚轴571大豆子叶12.20大豆蛋白11.25粗大豆粉11.46细大豆粉11.30表2 大豆胚轴中的主要异黄酮的相对含量(%)大豆异黄酮相对含量 (%)大豆甙83.6大豆黄素1.5染料木甙14.5染料木黄酮0.4总异黄酮100大豆胚轴除含丰富的异黄酮外，还富含大豆皂甙、大豆低聚糖、植物甾醇、大豆蛋白和多种维生素等活性成分。大豆皂甙是存在于大豆中的一类五环三萜糖甙，由低聚糖与齐墩果烯三萜结合而成。大豆皂甙具有多种药理活性，如降低血中胆固醇含量、防治心血管疾病、抗病毒、抑制肿瘤细胞生长和抗血栓等。大豆胚轴中皂甙的含量是子叶的815倍，高达2%16。此外，大豆低聚糖也主要分布在大豆胚轴中，其主要成分水苏糖(71%)和棉子糖(20%)不能被人体消化吸收，可在回肠中被双歧杆菌利用幷促进肠道内有益细菌的活化和增殖，但很难被肠内有害菌如荚膜梭菌和大肠杆菌等利用。大豆进入休眠期后酶活性降低，生理活性较弱。萌动是将有生命力的大豆从休眠的静态跃升为生理活动频繁的动态的过程。此时大豆的呼吸作用增强，酶的种类和数量显著增加。酶活性的加强使大豆的新陈代谢能在较高水平上进行，同时启动大量酶促反应进行生物转化，大豆中储存的各种物质被转化和提升为可供新生命利用的高活性成分，使生物活性物质含量显著增加，幷可能产生新的高活性物质。因此，萌动过程的生物转化能显著提升大豆胚轴的药理活性。研究表明，大豆在萌动过程中，其胚轴中的大豆异黄酮、氨基酸、蛋白质和维生素等活性成分的含量均显著增加，脂类含量下 降17,18。异黄酮代谢产生马雌酚的速率受许多因素影响。不同个体间代谢生成马雌酚的量存在明显差异，而异黄酮组成不同的大豆制品或相关健康产品，其药理作用或保健功效也会有显著差异。由于萌动期的大豆胚轴富含多种活性组分，故能促进马雌酚的产生和异黄酮功效的发挥，主要表现在以下三个方面：(1)萌动期大豆胚轴富含大豆甙，幷可在肠内微生物菌群的作用下代谢产生大量的马雌酚，表明萌动期大豆胚轴是高活性马雌酚的最佳来源。(2)在萌动期大豆胚轴中不仅含丰富的大豆甙，更重要的是经萌动过程的生物转化，大豆低聚糖、活性多肽和皂角甙等活性组分显著增加。大豆低聚糖能影响肠内微生物菌群的代谢能力，提高盲肠b-葡萄糖苷酶和b-葡糖苷酸酶活性，幷能提高血浆中异黄酮的浓度和盲肠中异黄酮甙元的总 量14；而大豆蛋白与活性多肽能显著减少梭状杆菌数量和提高乳酸杆菌数量，影响肠内微生物菌群的构成，故能促进异黄酮的进一步代谢，显著提高血浆中马雌酚的浓度12。因此，萌动期的大豆胚轴能影响人体肠内微生物菌群的构成，显著提高乳酸杆菌和结肠厌氧菌群数量，促进大豆甙代谢产物马雌酚的生成，显著提高大豆胚轴异黄酮的药理活性。(3)萌动期大豆胚轴中的活性成分及其代谢产物马雌酚、染料木黄酮、大豆黄素、大豆皂甙、大豆低聚糖、植物甾醇、大豆蛋白和多种维生素等的协同增效作用，能显著提升萌动期大豆胚轴的生理活性，幷能在人体内发挥显著的药理功效。参 考 文 献1. Duncan A.M., Merz-Demlow B.E., Xu X. et al. Premenopausal equol excretors show plasma hormone profiles associated with lowered risk of breast cancer J. Cancer Epidemiology Biomarkers & Prevention, 2000, 9 (6): 5815862. Hwang J., Wang J., Morazzoni P., et al. The phytoestrogen equol increases nitric oxide availability by inhibiting superoxide production: an antioxidant mechanism for cell-mediated LDL modification J. Free Radical Biology & Medicine, 2003, 34 (10): 127112823. Atkinson C., Skor H.E., Fitzgibbons E.D. et al., Urinary equol excretion in relation to 2-hydroxyestrone and 16a-hydroxyestrone concentrations: an observational study of young to middle-aged women J. Journal of Steroid Biochemistry & Molecular Biology, 2003, 86: 71774. Setchell K. D. R., Brown N. M., Lydeking-Olsen E. The clinical importance of the metabolite equol - A clue to the effectiveness of soy and its isoflavones J. Journal of Nutrition, 2002, 132 (12): 357735845. Lhomme R., Brouwers E., Al-Maharik., et al. Time-resolved fluoroimmunoassay of plasma and urine O-desmethylangolensin J. Journal of Steroid Biochemistry & Molecular Biology, 2002, 81: 3533616. Hur H.G., Lay Jr. J. O., Beger R. D., et al. Isolation of human intestinal bacteria metabolizing the natural isoflavone glycosides daidzin and genistin J. Archives of Microbiology, 2000, 174 (6): 4224287. Zubik L., Meydani M. Bioavailability of soybean isoflavones from aglycone and glucoside forms in American women J. American Journal of Clinical Nutrition, 2003, 77 (6): 145914658. Setchell K.D.R., Brown N.M., Desai P. et al., Bioavailability of pure isoflavones in healthy humans and analysis of commercial soy isoflavone supplements J. Journal of Nutrition, 2001, 131 (Suppl.4): 1362S1375S9. Watanabe S., Uesugi S., Kikuchi Y. Isoflavones for prevention of cancer, cardiovascular diseases, gynecological problems and possible immune potentiation J. Biomedicine & Pharmacotherapy, 2002, 56: 30231210. Maubach J., Bracke M.E., Heyerick A. Quantitation of soy-derived phytoestrogens in human breast tissue and biological fluids by high-performance liquid chromatography J. Journal of Chromatography B, 2003, 784 (1): 13714411. Hedlund T. E., Johannes W. U., Miller G. J. Soy isoflavonoid equol modulates the growth of benign and malignant prostatic epithelial cells in vitro J. Prostate, 2003, 54 (1): 687812. Tamura M., Hirayama K., Itoh K., et al. Effects of soy protein-isoflavone diet on plasma isoflavone and intestinal microflora in adult mice J. Nutrition Research, 2002, 22 (6): 70571313. Rowland I.R., Wiseman H., Sanders T.A.B., et al. Interindividual variation in metabolism of soy isoflavones and lignans: Influence of habitual diet on equol production by the gut microflora J. Nutrition and Cancer-An International Journal, 2000, 36 (1): 273214. Tamura M., Hirayama K., Itoh K. Effects of soy oligosaccharides on plasma and cecal isoflavones, and cecal enzyme activities in mice J. Journal of Nutritional Science and Vitaminology, 2003, 49 (3): 16817115. Blair R.M., Appt S.E., Franke A.A., Clarkson T.B. Treatment with antibiotics reduces plasma equol concentration in cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis) J. Journal of Nutrition, 2003, 133 (7): 2262 226716. Zaizen Y., Tokuda H., Nishino H., Takeshita M. Inhibitory effect of soybean hypocotyls on Epstein-Barr virus early antigen induction and skin tumor promotion J. Cancer Letters, 1997, 121: 535717. 郭令鸟, 霍贵成. 发芽大豆生化特性及其营养变化J. 粮油食品科技, 2002, 10 (4): 81018. 徐茂军. 不同品种发芽大豆中异黄酮含量变化的比较研究J. 营养学报, 2002, 24 (4): 444446Germinating Soybean Hypocotyl: The Best Source