刘力源 1 ，陈 敏 1 ，赵海田 1, *，姚 磊 2,3, *
关键词： 天然产物；抗辐射；多糖；多酚；生物碱；皂苷
电离辐射是一切能引起物质电离的辐射总称，人工辐射已遍及各个领域，不仅存在于核工业，还存在于与人类密切相关的农业和医疗业中。例如农业照射培育新品种，医疗上的X射线透视、电子计算机断层扫描（computed tomography，CT）、肿瘤的放射治疗等。随着放射技术的发展，未来人们接触电离辐射的机会将越来越多，包括癌症病人的放射治疗，核泄漏事故的隐患以及载人航天工程中，宇航员会遭受空间环境的辐射等。电离辐射对机体造成损伤主要包括两种途径：一是直接作用于生物大分子，如DNA、RNA、蛋白质等 [1] ，导致细胞乃至组织、器官的损伤，如溶酶体蛋白酶从溶酶体腔到胞质溶胶，导致细胞死亡，DNA单链断裂或双链断裂也可引起细胞的损伤甚至死亡；二是间接作用于生物体内的水分子，激发大量自由基，与体内其他物质作用引起细胞凋亡，继而损伤造血系统、免疫系统、神经系统等，造成机体损伤 [2] 。由此可见，辐射防护剂对人们来说是非常重要的。现在的抗辐射药物主要包括巯基化合物、激素、细胞因子等，其中代表药物有氨磷汀，其抗辐射效果比较好，但是副作用较大，可导致如头晕、呕吐、嗜睡、轻度皮疹等现象，由此限制了它在临床上的应用 [3] 。天然产物作为有效的辐射防护剂，具有安全、无毒、可靠等优点，有广阔的发展前景。本文综述了近几年研究较多的具有抗辐射活性的天然产物的最新研究进展，为未来天然产物的研究与开发提供参考。
多酚类化合物是指分子结构中有若干个酚羟基的植物成分的总称。它是一类植物次级代谢产物，来源广泛，按照化学组成可分为：黄酮类、花色苷类和酚酸类等 [4] 。多酚类化合物中含有多个酚羟基，具有显著的清除自由基能力，能减轻自由基对机体的伤害，从而起到辐射防护作用 [5] ；另有报道，某些多酚可通过调节蛋白激酶及抗氧化酶的表达，从而发挥抗氧化、抗辐射的作用 [6] 。
黄酮类化合物泛指两个具有酚羟基的苯环（A-环与B-环）通过中央三碳原子相互连结而成的一系列化合物，其基本母核为2-苯基色原酮 [7] 。此类化合物来源非常广泛，主要存在于植物中，抗氧化能力非常显著，能够清除自由基，减少DNA损伤，抑制细胞凋亡，提高机体免疫功能，进行辐射防护。Begum等 [8] 研究发现，芹菜素能降低γ射线辐射导致的淋巴细胞脂质过氧化指数，增加淋巴细胞中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和过氧化氢酶（hydrogen peroxidase，CAT）的活性，表明芹菜素对辐射诱导的氧化应激具有良好的防护作用。Dixit等 [9] 令雄性Wistar大鼠口服大豆异黄酮21 d，随后进行γ射线照射。结果发现，大豆异黄酮处理组与未处理照射组相比存活率提高，脂质过氧化产物（lipid peroxide，LPO）降低，抗氧化酶的活性增强。表明大豆异黄酮具有强大的抗氧化活性，可作为γ射线辐射损伤的防护剂。Xu Ping等 [10] 对刺梨中的黄酮类化合物（flavonoids extracted from Rosa roxburghii Tratt，FRT）的抗辐射活性进行了研究，结果表明，FRT作为抗氧化剂，能够减少DNA损伤，纠正组织病理变化，促进脾结节的形成，抵抗精子畸变，保护胸腺。包俊等 [11] 利用鱼腥草醇提黄酮对小鼠进行灌胃处理，研究其对 60 Co-γ射线辐射的防护作用。结果表明，经照射后，鱼腥草预处理实验组中的白细胞和淋巴细胞明显高于对照组；与此同时，还抑制了辐射引起的体质量下降，促进机体机能。表明鱼腥草醇提黄酮对辐射有一定防护作用。李宗生等 [12] 对大鼠进行X射线照射，发现鱼腥草可提高大鼠的胸腺和脾脏指数，降低骨髓细胞微核率，提高大鼠免疫力。
茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称，其主要成分为儿茶素（占60%～80%），此外还包括黄烷醇类、花色苷类、黄酮类、黄酮醇类和酚酸类等。研究表明茶多酚具有良好的抗辐射、抗氧化活性 [13] 。Tiwari等 [14] 利用表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）对C57BI/6小鼠进行灌胃，1.5 h后接受 60 Co-γ射线辐射，结果发现，与辐射对照组相比，EGCG能显著恢复机体造血功能，降低辐射对骨髓细胞造成的遗传损伤。Modak等 [15] 将红茶提取物溶解在磷酸盐缓冲液里，对红细胞进行培养后进行不同剂量（4、10、20、50 Gy）的 60 Co-γ射线辐射，结果表明，红茶提取物显著降低了γ射线辐射引起的硫代巴比妥酸反应物质（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）；红茶提取物可以清除自由基，减轻γ射线辐射所造成的血液电解质紊乱，改变红细胞膜总三磷酸腺苷酶的活性，抑制辐射造成的DNA损伤，从而起到辐射防护作用。Richi等 [16] 研究发现，EGCG可以保护小鼠脾细胞，使其DNA链在辐射条件下不发生断裂，可以清除自由基，有良好的抗氧化功能，是一种有效的辐射防护剂。郝述霞等 [17] 研究了茶多酚对辐射损伤小鼠的防护作用。小鼠经大剂量辐射后，茶多酚可延长小鼠的平均存活时间和提高其存活率，加快造血系统的再生。
花色苷是花青素和糖以糖苷键结合而成的一种化合物，广泛存在于有色水果、蔬菜中，如蓝莓、树莓、紫甘蓝、紫薯等中。研究表明花色苷具有清除自由基、抗肿瘤、抗癌、抗辐射等活性，被广泛应用于医疗保健行业中。张玉彪等 [18] 利用蓝莓花色苷对SD大鼠进行灌胃，7 d后通过直线加速器对大鼠进行全胸X射线照射（15 Gy）。实验发现，与辐射对照组相比，蓝莓花色苷保护组谷草转氨酶、肌酸激酶、乳酸脱氢酶和谷丙转氨酶活力显著降低，白细胞介素1（interleukin-1，IL-1）和转化生长因子β表达量降低，表明蓝莓花色苷在放射性心脏损伤中可以保护器官、减轻损伤，具有抗辐射功能。Targhi等 [19] 用200 mg/kg m b 桑葚提取物对Wistar雄鼠进行灌胃，再用 60 Co-γ射线远距放射（3 Gy和6 Gy）处理大鼠，结果发现，桑葚提取物可减少丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量，降低肝脏脂质过氧化物浓度，使大鼠骨髓细胞和肝细胞基因毒性和细胞毒性减轻，有明显的抗辐射效应。Liu Yun’en等 [20] 用蓝莓花色苷对Spraguee-Dawley大鼠进行灌胃，可明显降低LEKTA精确线性加速器照射（20 Gy）引起的肺炎症，通过调节Bcl-2、Bax和Caspase-3的表达，显著提高细胞生存率。
白藜芦醇是一种生物活性很强的多酚类物质，又称芪三酚，主要来源于花生、葡萄、桑葚等植物。Sebastià等 [21] 研究了白藜芦醇的辐射防护功能，发现白藜芦醇能减轻辐射引起的染色体损伤。白藜芦醇可通过调节蛋白激酶C，调节抗氧化酶的转录发挥其抗氧化性能。肉桂酸是一种从肉桂油和香脂中提取的天然多酚类物质，可以抗肿瘤、抗氧化。Cinkilic等 [22] 利用肉桂酸处理健康供体中分离的淋巴细胞，研究发现，肉桂酸可以减轻X射线引起的DNA损伤、清除自由基、降低活性氧簇水平，有显著的辐射防护效果。辣椒中提取的酚类糖苷，其中含有芥子酰基-E-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-鼠李糖苷-7-O-葡萄糖苷、槲皮素-3-鼠李糖苷和木犀草素-7-O-（2-阿扑酰基）-葡萄糖苷。Materska等 [23] 研究发现辣椒果实提取物对淋巴细胞有很好的X射线辐射防护活性，能有效清除自由基，减轻辐射诱导的氧化损伤。
多糖是由许多单糖分子通过糖苷键连接而成的多于20 个糖基的糖链。天然多糖按照来源可分为：植物多糖、动物多糖、微生物多糖。研究发现，多种多糖不仅可作为人体内代谢的基本物质和能量物质，而且还具有提高机体免疫功能、抗肿瘤、抗病毒和抗辐射等活性 [24] 。
植物多糖来源广泛，研究显示，许多植物多糖具有免疫调节、抗肿瘤、降血糖、抗辐射等生物活性。Liu Yao等 [25] 使用Balb/c小鼠模型探讨了黄芪多糖在 60 Co-γ射线辐射诱导中的作用。研究表明，黄芪多糖能显著降低小鼠体内丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、乳糖脱氢酶的水平。高剂量的黄芪多糖还可以减轻肝和肺的损伤。Zhao Lianmei等 [26] 研究了五味子多糖（schizandrae polysaccharide，SP）对Balb/c小鼠的辐射防护作用。结果发现，SP可以通过保护免疫球蛋白、抑制淋巴细胞凋亡来预防免疫系统的损伤，表明SP可能作为一种临床和临床前应用的新型潜在药物，可减少放射治疗引起的副作用。刘爱萍 [27] 利用柳茶中提取的水溶性多糖对清洁级昆明种小鼠进行灌胃，再进行X射线（10 Gy）全身照射，结果发现，多糖处理组与辐射对照组相比，小鼠外周血白细胞、血小板数量明显增加，自由基、MDA含量降低，表明柳茶中水溶性多糖可以有效保护造血系统、免疫系统，具有辐射防护作用。李刚强等 [28] 研究当归多糖对 60 Co-γ射线辐射C57BL/6J小鼠损伤的防护作用。结果发现，柳茶中水溶性多糖通过改变血液microRNA的表达，促进辐射小鼠的损伤修复。
国内外学者从动物中提取出不同种类的多糖，尤其是海洋动物，如虾蟹动物的甲壳质、河蚌多糖、鲍鱼多糖等，具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗辐射等生物活性。Li Na等 [29] 构建了Balb/c雄鼠 137 Cs-γ射线辐射（4.0 Gy）损伤模型，使用星虫多糖（siphon worm polysaccharide，SNP）处理小鼠，研究发现，SNP使骨髓细胞中的DNA增加，微核率降低，有明显的抗氧化能力和骨髓损伤保护能力。刘凯丽等 [30] 研究发现，星虫多糖可以清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基和羟自由基，具有显著的抗氧化能力。郭剑平等 [31] 使用6 周龄雄性SX1近交系小鼠，口服灌胃低聚壳聚糖，7 d后对小鼠进行 60 Co-γ射线全身照射（7 Gy），研究发现，低聚壳聚糖能抑制P53蛋白、Bax、Caspase-3的表达，抑制辐射引起脾组织的细胞凋亡，增强机体免疫功能，表明低聚壳聚糖有良好的辐射防护作用。
研究发现，许多微生物多糖都有明显的辐射防护作用。Lee等 [32] 在斑马鱼模型中研究褐藻发酵产生的多糖对γ射线辐射的防护作用。结果发现，乳酸菌多糖可以提高斑马鱼的存活率，减少体内死亡细胞数，降低斑马鱼中活性氧和一氧化氮的产生，有良好的辐射防护和抗氧化活性。他们同时研究了短乳杆菌发酵的卡巴氏菌多糖的辐射防护作用 [33] ，发现这种多糖显著增强了β射线照射后脾细胞的存活率，减少了DNA损伤和活性氧簇的产生，调节p53、Bax和Bcl-2的表达水平，具有辐射防护的作用。Li Xiaoyu等 [34] 用SPF级昆明雄鼠研究黄蘑多糖（neutral polysaccharides from Hohenbuehelia serotina，NTHSP）对 60 Co-γ射线辐射（6 Gy）的防护作用，发现NTHSP可以有效增加骨髓DNA的数量，显著抑制Bax蛋白的表达，促进Bcl-2蛋白的表达，进而抑制细胞色素c的释放，促进Caspase-3的表达，从而阻断小鼠脾细胞的线粒体凋亡途径。表明NTHSP是一种天然辐射防护剂。付青姐等 [35] 研究了香菇多糖对昆明种小鼠脾脏的辐射防护作用，发现香菇多糖可以促进脾脏组织形态恢复正常，减少脾脏淋巴细胞的凋亡和坏死，对辐射造成的免疫损伤有一定的保护作用。
生物碱是存在于自然界的一类含氮的有机化合物，有似碱的性质、复杂的环状结构和显著的生物活性，是中草药的有效成分之一。某些生物碱具有抗肿瘤、抗炎、抗辐射、抗高血压等生物活性，在医疗保健方面有着巨大的潜力。下面主要介绍一下研究较多的苦参碱、川芎嗪。
苦参碱作为传统的中药之一，是一种主要的生物碱代表，它的临床应用较为广泛，有抗病毒、抗肿瘤、抗炎症、抗辐射等生物活性，不良反应较弱，能提高机体免疫功能 [36] 。Li Hongbo等 [37] 观察苦参碱对 192 Ir射线低剂量照射的人骨髓造血功能及细胞凋亡的影响。结果发现，人员经过 192 Ir射线照射后，骨髓细胞均见形态异常，苦参碱治疗后各异常指数趋于正常，表明苦参碱有抗辐射及改善机体骨髓造血机能的功能。另据报道，高剂量苦参碱（8 mg/kg）可以显著抑制小鼠骨髓细胞端粒酶的表达，诱导骨髓细胞凋亡，可作为有效的天然辐射防护剂 [38] 。陈延群等 [39] 用X射线（10 Gy）单次照射SD大鼠腹部，12 h后对大鼠腹腔注射苦参碱，研究发现，苦参碱可缓解胃肠道反应，减少急性辐射下肠道的病理形态变化，修复肠黏膜，可作为放射性肠炎防护剂。
川芎嗪，是川芎中主要的活性生物碱，有多种药理活性，可以清除自由基、增强造血机能、抗肿瘤、抗氧化；其中，清除自由基功能最显著，尤其是对羟自由基、超氧阴离子自由基有直接的清除作用 [40] 。彭洁等 [41] 建立 60 Co-γ射线辐射（5 Gy）BABL/c小鼠损伤模型，在照射前后腹腔注射川芎嗪（130 mg/kg），研究发现，川芎嗪使SOD活力和GSH含量升高，显著降低辐射引起的肾脏损伤。Zheng Hong [42] 等用 60 Co-γ射线全身照射C57BL/6小鼠，研究发现，川芎嗪处理组与辐射对照组相比，DNA损伤减轻，细胞凋亡和炎症因子减少，表明川芎嗪的抗辐射作用和抗氧化作用显著，是一种良好的天然辐射防护剂。郭平等 [43] 研究发现，川芎嗪可以促进IL-6和IL-8基因在骨髓中的表达，减轻 60 Co-γ射线辐射产生的伤害，增加外周血白细胞数和脾脏指数，增强机体免疫功能，具有辐射防护作用。曾洁等 [44] 研究发现，川芎嗪可以减轻辐射诱导的放射性肺炎患者的肺损伤，可以预防急性放射性肺炎。
β-咔啉类生物碱存在于食品和植物中，还出现在生物组织中，具有多种生物活性，研究显示，这种生物碱可以抗肿瘤、抗病毒、抗微生物，一些实验还证明，其还具有清除自由基的功能。Herraiz [45] 等在Fenton系统中证实了β-咔啉类生物碱是一种很好的羟自由基清除剂。Sverdlov等 [46] 发现β-咔啉类生物碱可以减少氧中心自由基，抑制辐射诱导的乙醇转化，起到抗氧化剂和辐射防护剂的功能。徐文慧 [47] 建立Balb/c小鼠 60 Co-γ（5 Gy）射线辐射损伤模型，研究发现，小檗胺能恢复小鼠体质量和胸腺指数，可以保护淋巴细胞，减少细胞凋亡，增强机体造血和免疫功能，表明小檗胺是一种良好的辐射防护剂。荷叶药食兼用，有良好的功效，其中荷叶生物碱是荷叶发挥功效的有效成分，有研究表明，它具有降血脂、抗病毒、抗氧化的生物活性。肖桂清 [48] 研究发现，荷叶生物碱对超氧阴离子自由基、羟自由基都有一定的清除能力，其中，对羟自由基的清除能力最强，是VC的11 倍，是一种很好的抗氧化剂。
皂苷是苷元为三萜或螺旋甾烷类化合物的一类糖苷，大部分分布在高等植物中，也有少量存在于海洋植物中。许多中草药如人参、桔梗、刺五加等都含有皂苷，研究表明，皂苷具有祛痰止咳、抗菌抗癌、抗氧化、增进DNA修复，提高机体免疫功能的生物活性。下面主要介绍一下人参皂苷和刺五加皂苷。
人参是一种抗肿瘤的天然草本药物，有很多药理和生物活性，人参皂苷是人参中主要的药理活性成分，有很强的抗氧化和抗辐射作用，可以有效抑制细胞凋亡。Kim等 [49] 用高丽参提取物对C56BL/6小鼠进行腹腔注射，4 d后在15 Gy的X射线下照射，发现高丽参提取物可以缓解辐射诱导的肝损伤，有效减少细胞凋亡，可以作为抗辐射的功能食品。易剑峰等 [50] 建立Wistar大鼠γ辐射损伤模型，研究发现，人参总皂苷能直接抑制P450酶，保证小鼠体内环境稳态，减轻辐射造成的损伤，表明人参总皂苷具有良好的辐射防护作用。Raghavendran等 [51] 在急性SD大鼠癫痫模型中研究了高丽参对X射线辐射诱发的呕吐的预防作用，发现高丽参提取物能保护大鼠免受X射线造成的损伤，改善大鼠的进食行为。陈萃等 [52] 用6.5 Gy的X射线对C57BL/6小鼠进行全身一次性辐射，照射前7 d起对小鼠腹腔注射人参皂苷Rg1，结果发现，人参皂苷Rg1可以减轻DNA损伤，抑制自由基引起的细胞衰老，表明人参皂苷Rg1对辐射诱导的氧化应激具有良好的防护作用。
刺五加，又称刺拐棒，为五加科植物，刺五加皂苷是刺五加的主要活性成分，在根茎叶中均存在。研究证明，刺五加皂苷可以清除自由基，提高SOD水平，减轻辐射对机体造成的损害，增强免疫功能 [53] 。李勇等 [54] 创建X射线（2 Gy）昆明小鼠损伤模型，研究刺五加皂苷对其的防护作用，发现刺五加皂苷能增强小鼠免疫系统功能和造血系统功能，显著恢复SOD、谷胱甘肽过氧化酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）水平，具有抗辐射和抗氧化的作用。杨平等 [55] 通过研究也发现，刺五加皂苷能提高脑组织SOD、GSH-Px活性，降低机体MDA含量，增强抗氧化酶的活力，阻断自由基的损害。郝述霞等 [17] 建立SPF级昆明小鼠γ射线损伤模型，研究发现，刺五加皂苷可以有效清除自由基，其能力高于枸杞多糖和螺旋藻，具有很好的辐射防护作用。
孙耀贵等 [56] 用15 Gy 60 Co-γ射线对昆明小鼠进行一次性全身照射，辐射后，对小鼠连续灌胃党参总皂苷2 周。研究发现，党参总皂苷能降低小鼠体内MDA含量，增强SOD和GSH-Px活性，具有较强的抗氧化能力，可以有效清除体内自由基，降低机体脂质过氧化水平，表明党参总皂苷对辐射所致损伤有良好的防护作用。Xiao Zhenyu等 [57] 研究了商陆皂苷甲对辐射诱导的皮肤损伤的防护作用，结果发现，该物质可通过抑制上皮细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和皮肤组织中几种促炎细胞因子和炎症介质的产生，保护软组织免受辐射毒性。Arunachalam等 [58] 建立了 60 Co-γ射线辐射损伤淡水鱼苏氏园腹芒模型，发现匙羹藤甙可以增高体内CAT和SOD的水平，减轻辐射引起的DNA损伤，有良好的抗辐射功能。
近年来的研究表明，多酚类、多糖类、生物碱类、皂苷类化合物等天然产物活性成分能够显著清除自由基，提高机体免疫功能，对辐射造成的机体损伤有一定的保护作用。天然产物活性成分作为一种辐射防护剂，无毒副作用。但是，这种研究大都仅仅停留在体外或体内实验阶段，真正进入临床应用的产品很少，而且大部分都作为保健品为人们食用，价格昂贵。这主要是由于现阶段天然产物的提取和纯化非常困难等原因造成的。但是，随着分离和纯化技术的逐步提高，越来越多的天然活性成分会被分离出来，也越来越容易被分离出来，天然产物辐射防护剂的研究与开发将具有非常广阔的前景。
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LIU Liyuan 1 , CHEN Min 1 , ZHAO Haitian 1, *, YAO Lei 2,3, *
(1. Department of Food Science and Engineering, School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology,Harbin 150000, China; 2. National Soybean Engineering Technology Research Center, Northeast Agricultural University,Harbin 150000, China; 3. Heilongjiang Green Food Science Research Institute, Harbin 150027, China)
Abstract: With the development of nuclear industry, radiation technology has been increasingly widely used in medical diagnosis and treatment, and radiation has become increasingly close to people’s lives. However, radiation is greatly harmful to the hematopoietic, immune, and nervous systems. As non-toxic and harmless radiation protection agents, natural products have great application prospects. In this paper, we review the recent progress made in understanding the radoiprotective effect of natural products such as polyphenols, polysaccharides, alkaloids and saponins, which will provide valuable information for studying the radiation protection of natural products.
Keywords: natural products; radioprotective; polysaccharides; polyphenols; alkaloids; saponins
Recent Advances in Understanding the Radioprotective Effect of Natural Products
LIU Liyuan, CHEN Min, ZHAO Haitian, et al. Recent advances in understanding the radioprotective effect of natural products[J]. Food Science, 2018, 39(17): 269-274. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201817043. http://www.spkx.net.cn
文章编号： 1002-6630（2018）17-0269-06
引文格式： 刘力源, 陈敏, 赵海田, 等. 天然产物抗辐射活性研究进展[J]. 食品科学, 2018, 39(17): 269-274. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201817043. http://www.spkx.net.cn
中图分类号： TS201.4
文献标志码： A
姚磊（1978—），女，高级工程师，博士，研究方向为天然产物化学、大豆产品精深加工。E-mail：yaoleiyl2000@163.com
DOI: 10.7506/spkx1002-6630-201817043
*通信作者简介： 赵海田（1979—），男，副教授，博士，研究方向为天然产物化学、极端环境营养。E-mail：zhaoht9999@163.com
基金项目： 国家自然科学基金青年科学基金项目（31401618）；国家自然科学基金面上项目（31571798）；黑龙江省青年基金项目（QC2013C012）；国家博士后基金面上项目（2014M551260）；哈尔滨工业大学创新基金项目（HIT.NSRIF.2014093）
第一作者简介： 刘力源（1994—），女，硕士研究生，研究方向为天然产物化学、极端环境营养。E-mail：18646080726@163.com
（1.哈尔滨工业大学化工与化学学院食品科学与工程系，黑龙江 哈尔滨 150000；2.东北农业大学 国家大豆工程技术研究中心，黑龙江 哈尔滨 150000；3.黑龙江省绿色食品科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150027）
收稿日期： 2017-06-07
摘 要： 随着核工业的发展，放射技术在医学诊断及治疗中的应用日益广泛，辐射与人们的关系越来越密切。然而，辐射对机体的造血系统、免疫系统、神经系统造成的伤害是巨大的。天然产物作为无毒无害的辐射防护剂，拥有很好的应用前景。本文主要论述多酚、多糖、生物碱、皂苷等天然产物对辐射防护作用的研究进展，为天然产物的辐射防护研究提供参考。