FSHW | 甜菜素通过抗氧化和抗炎症途径保护各种身体器官

本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。

Introduction

甜菜素是天然存在的红紫色酪氨酸衍生色素，属于石竹目植物。甜菜根或石竹目家族中的任何其他植物的颜色受甜菜红素/甜菜黄素比值的影响很大，通常为1～3。除了颜色性质外，甜菜色素还具有多种生物活性，包括抗氧化、抗炎症、抗肥胖、抗菌、抗癌、抗糖尿病、抗高血压等。甜菜色素的这两个特性使其成为功能性食品生产和其他工业应用的天然营养品和着色剂。摄取甜菜色素可以调节多种信号通路，从而保护器官免受病理条件下的损害。除抗氧化剂外，甜菜色素还能调节炎症过程，如调节核因子κB（NF-κB），减弱促炎细胞因子，刺激抗炎介质。

大多数关于甜菜素健康潜力的报告都专门阐述了体外研究及其作为功能成分或疾病治疗推测的相关性。然而缺乏从体内研究和甜菜素的功能功效的见解。即使一些综述涉及体内和体外研究，但通过这些途径的抗氧化和抗炎机制和器官保护的全面阐述仍然缺乏。因此，本综述旨在提供全面细致的甜菜素及其衍生物的体内器官保护作用，特别是对心脏、肝脏、肾脏、神经元、肺、生殖和肠道的保护作用。典型的是，记录甜菜素器官保护特性的研究，无论是在细胞系还是在体内，都得到了全面的评估，重点是抗炎症和抗氧化调节过程以及所涉及的机制。

甜菜素的化学成分

甜菜素的生物合成始于酪氨酸羟基化形成甜菜酰胺酸，随后与亚胺酸或氨基衍生物环化缩合形成甜菜黄素或甜菜红素。此外，这两种颜料根据其化学部分与核心结构的缩合程度被分为其他几种。其中，据报道主要的甜菜红色素有甜菜红素、异甜菜红素和新甜菜红素，而甜菜黄素已知由仙人掌黄质I、仙人掌黄质II和梨果仙人掌黄质组成（图1）。

甜菜素的抗氧化活性

当羟基位于糖基的C-5位点时，甜菜素的抗氧化能力增强，而对于甜菜黄素，它可以从共轭π轨道转移一个电子。一些体内和离体研究集中在甜菜素及其衍生物的抗氧化作用上（表1）。三种主要甜菜素化合物（甜菜素、仙人掌黄质I和梨果仙人掌黄质）影响Nrf2信号通路酶和Nrf2调控的谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基（GCLC）和谷氨酸半胱氨酸连接酶修饰亚基的表达，这些亚基支持谷胱甘肽生物合成的关键酶。甜菜素具有抗氧化作用，而化合物的功效因类型而异。一般来说，甜菜红素比甜菜黄素更有效。

甜菜素的抗炎活性

甜菜素及其衍生物已被证明具有多器官保护特性，首先是减少促炎细胞因子，如IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α，这些因子可上调炎症反应（表1）。在探究甜菜根提取物的作用时，通常降低了培养细胞中促炎细胞因子TNF-α和IL-6的水平，而在肝组织中，则降低了NF-κB信号通路的表达和TNF-α的水平。

表1 不同来源甜菜碱的抗氧化和抗炎机制

甜菜素的器官保护作用

甜菜素因其各种生物活性和促进健康的益处而得到广泛研究（表2）。此外，该生物活性化合物通过抗氧化和抗炎活性保护多种人体器官（图2）。

表2 甜菜素通过不同机制在动物模型中的器官保护能力

心脏保护效应

甜菜素可以通过促进抗氧化酶系统、增加血流量和减少炎症来支持心脏健康，从而增强心肌功能和结构。

肝脏保护作用

甜菜根汁可以通过代谢改变来预防肝脏损伤。研究表明甜菜素可以被认为是治疗性化合物，以治疗氧化应激升高，从而保护肝脏免受损害。

肾脏保护

甜菜素通过降低诱导NOS和环氧合酶的表达，减弱NF-κB的活化，降低溶酶体蛋白酶活性来抑制百草枯诱导的炎症。甜菜素可以改善百草枯致急性肾损伤的组织学指标，降低血清和尿液中肾损伤的标志物。甜菜素具有增强肾功能、保护肾脏的抗氧化和抗炎作用。

神经保护作用

甜菜素作为神经保护化合物，因为它可以减少由神经毒素、淀粉样蛋白-β聚集、线粒体功能障碍、大脑小胶质细胞激活引起的炎症和氧化应激，从而防止神经退行性变。

肺保护

在哮喘条件下，摄取甜菜素导致肺重量减少，这是由于粘膜引流、支气管肺泡灌洗液中的炎症细胞浸润以及IgE和细胞因子水平降低所致。在哮喘小鼠中，它通过降低氧化应激、NO水平、TGF-β调节Smad蛋白的基因表达和信号转导来改善肺力学。可以清楚地了解到甜菜素及其衍生物具有有效的肺保护特性。

肠道保护作用

几项细胞和体内研究表明，甜菜素具有保护胃和肠道免受疾病相关炎症和损伤的潜力。此外，粘膜促炎复合物（细胞质BCL10）、NF-κB-p65和κ轻多肽基因增强子核因子在b细胞抑制剂α、p指示磷酸化（p-κbα）中的表达均有所降低，而抗炎细胞因子（IL-10）的表达显著升高，表明β素具有肠道保护作用。

重复保护作用

生殖器官负责产生配子、性激素和受精部位。接触不同的毒物可引起配子产生减少和其他功能畸形。生殖毒性相关的炎症和氧化损伤很可能发生，甜菜素及其衍生物对这种炎症和自由基相关的损伤显示出保护作用。迄今为止，关于甜菜素对生殖组织和器官的保护作用的研究还很缺乏，但这为甜菜素对生殖器官的潜在抗炎和抗氧化作用提供了证据。

Conclusion

本文就甜菜素及其衍生物通过抗氧化和抗炎途径的多器官保护作用的最新研究进展进行了综述。这一信息可用于了解甜菜素及其衍生物如何在损伤期间上调人体器官的功能。同时，这也为甜菜素及其衍生物下调炎症和氧化应激介质的作用机制提供了新的思路，为制药和营养保健行业提供了新的思路。因此，本文概述的结果表明甜菜素及其衍生物在医疗和功能食品方面具有广阔的应用前景。然而，有必要考虑到，动物研究并不能完全再现人类生理。除非在有大量人口的医疗部门对甜菜素的保护作用进行充分的探索，否则这种在细胞系和动物模型中证实的甜菜素的器官保护作用仍然局限于实验室研究。因此，建议今后的研究重点放在甜菜素及其衍生物的应用及其对人群的影响上，通过抗氧化和抗炎标志物的调控，有效了解甜菜素的调控机制。

Betalains protect various body organs through antioxidant and anti-inflammatory pathways

Nilesh Prakash Nirmala,*, Seema Medhea, Merina Dahalb, Pankaj Koiralaa, Siriwan Nirmalc, Fahad Al-Asmarid, Baojun Xue,*

a Institute of Nutrition, Mahidol University, Nakhon Pathom 73170, Thailand

b Department of Nut r ition and Dietetics, Central Campus of Technology, Tribhuvan University, Kathmandu 46000, Nepal

c Department of Adult Nursing, Faculty of Nursing, Burapha University, Chonburi 20131, Thailand

d Department of Food Science and Nutrition, College of Agriculture and Food Sciences, King Faisal University, Al-Ahsa 31982, Saudi Arabia

e Food Science and Technology Program, Department of Life Sciences, BNU-HKBU United International College, Zhuhai 519088, China

*Corresponding author.

Abstract

Betalains are natural coloring pigments with betalamic acid as the core structure of all subclasses. Besides their coloring properties, betalains exhibit various biological activities, including antioxidant and anti-inflammatory properties, which are highly imperative. Further in-vivo studies reported that betalains protect various body organs, leading to health enhancement. Body organs, including the heart, liver, kidney, lung, etc., are important for a healthy life. However, these organs can be affected or damaged by various stress factors, toxicants, and harmful substances. Recent studies have claimed that betalains could protect all vital organs of the body through antioxidant and anti-inflammatory mechanisms. This review article described the in-vivo antioxidant and anti-inflammatory activities of betalains in various cell-line or animal models. A comprehensive discussion has been provided on the mechanism of action of betalains in protecting various body organs, including cardio-protective effect, hepato-protective ability, renal protection capacity, repro-protective ability, neuro-protective effect, lung protection, and gut protection ability. Finally, future research directions and conclusions have been outlined.

Reference:

NIRMAL N P, MEDHE S, DAHAL M, et al. Betalains protect various body organs through antioxidant and anti-inflammatory pathways[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(3): 1109-1117. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250093.

翻译：王止箭（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与陕西师范大学、新疆农业大学、浙江海洋大学、甘肃农业大学、大连民族大学、西北大学于2024年10月14-15日在陕西西安共同举办“2024年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。

长按或微信扫码了解详情

为加强企业主导的产学研深度融合，促进食品科研成果转化和服务地方经济产业，由全国糖酒会主办，北京食品科学研究院、中国食品杂志社和中粮会展（北京）有限公司承办的“食品科技成果交流会”将于2024年10月29-31日糖酒会期间在深圳国际会展中心举办 ，以当前食品科技发展趋势和食品产业发展的重点科技需求为导向，针对食品产业发展面临的重大科技问题，交流和借鉴国外经验，为广大食品科研工作者和生产者提供新的思路，指明发展方向。

长按或微信扫码进行注册

会议招商招展

联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）