植物化学物的概念：植物化学物由种类繁多的化学物质组成，根据其代谢产物的产生过程将代谢产物分为初级代谢产物和次级代谢产物。前者是指在植物生命过程中，获得能量的代谢过程所产生的最基本的、共有的一些成分，这些成分一般是植物的营养物质，主要包括蛋白质、脂肪、碳水化合物，其主要作用是参与植物细胞的能量代谢和结构重建。次级代谢产物是植物代谢产生的多种低分子量的末端产物，通过降解或合成产生不再对代谢过程起作用的化合物。这些产物除个别是维生素的前体物（如β-胡萝卜素）外均为非营养素成分，现已将它们统称为植物化学物。
从广义上讲，植物化学物是生物进化过程中植物维持其与周围环境（包括紫外线）相互作用的生物活性分子。当我们吃植物性食品时，就会摄取到各种各样的植物次级代谢产物。植物次级代谢产物对植物本身而言具有多种功能，如保护其不受杂草、昆虫及微生物侵害，作为植物生长调节剂或形成植物色素，维系植物与其生长环境之间的相互作用等。从化学结构上讲，这些次级代谢产物种类众多；从数量上讲，与初级代谢产物相比又微乎其微。早在20世纪50年代Winter等人就提出植物次级代谢产物对人类有药理学作用，然而直到近年来营养科学工作者才开始系统地研究植物中这些生物活性物质对机体健康的促进作用。
植物次级代谢产物对健康具有有益和有害的双重作用。过去我们认为并一直强调在植物性食品中它们是天然毒物并对人体健康有害（如马铃薯和西红柿中存在的配糖碱、木薯中存在的氰化甙等），或因限制营养素的利用而被认为是“抗营养”物质。对植物化学物有益作用的认识始于对农场动物的观察，这些家畜常常是连续几个月只喂饲单一的植物草料，然而却能正常生长和发育，这种情况与发达国家人群的膳食营养状况是无法相比的。在正常摄食条件下，几乎所有天然成分对机体都是无害的（除少数例外，如马铃薯中的龙葵素），而且许多过去认为对健康不利的植物化学物也可能存在各种促进健康的作用。例如过去一直认为各种卷心菜中存在的蛋白酶抑制剂和芥子油甙是有害于健康的，然而现在却发现它们有明显的抗氧化和抑制肿瘤的作用。在过去的二十几年中，人们对多吃富含蔬菜和水果的膳食有益于健康的认识逐渐加深。大量的流行病学调查结果证明，在蔬菜和水果中含有一些生物活性物质，它们具有保护人体和预防诸如心血管病和癌症等慢性疾病的作用，因此又重新引起了营养科学工作者对植物化学物的兴趣。
迄今为止，天然存在的植物化学物的总数量还不清楚，但估计有60000100000种。就混合膳食而言，每天摄入的植物化学物约为1.5g，而对素食者来讲可能会更高一些。二、植物化学物的分类
植物化学物可按照它们的化学结构或者功能特点进行分类。几种主要的植物化学物见下表，从该表1-1中可见它们的生理作用有很大区别。
1．类胡萝卜素：类胡萝卜素是水果和蔬菜中广泛存在的植物次级代谢产物，它们的主要功能之一是使植物显示出红色或黄色。通常根据极性基团的存在与否将类胡萝卜素分成无氧（oxygen-free）和含氧（oxygen-containing，如叶黄素）两种类型。在自然界存在的700多种天然类胡萝卜素中，对人体营养有意义的大约有4050种。根据个人膳食特点，人类血清中含有不同比例的类胡萝卜素，主要以无氧型类胡萝卜素的形式存在，如α-胡萝卜素和β-胡萝卜素和番茄红素。而有氧型的叶黄素，如黄体素（lutein）、玉米黄素和β-隐黄素也有少量存在。在人血清中β-胡萝卜素占总类胡萝卜素含量的15％30％。无氧型和有氧型类胡萝卜素的区别主要表现在它们对热的稳定性不同，如类胡萝卜素中的β-胡萝卜素是热稳定型的，而叶黄素（主要存在于绿色蔬菜中）则对热敏感。人体每天摄入的类胡萝卜素大约为6mg。
2．植物固醇：植物固醇主要存在于植物的种子及其油料中，如β-谷固醇、豆固醇和菜油固醇。从化学结构来看植物固醇与胆固醇的区别是前者增加了一个侧链。人每日从膳食中摄入的植物固醇为l50mg400mg，但人体能吸收的只占5％左右。影响吸收率的原因目前尚不清楚。早在上个世纪中叶人们就发现植物固醇有降低胆固醇的作用，其作用机制主要是抑制胆固醇的吸收。
3．皂苷：皂苷是一类具有苦味的化合物，它们可与蛋白质和脂类（如胆固醇）形成复合物，在豆科植物中皂苷特别丰富。根据膳食习惯和特点，平均每日膳食摄入的皂苷约为10mg，最高可达到200mg以上。由于皂苷具有溶血的特性，所以以前一直被认为是对健康有害的，但是人群试验却未能证实其危害。目前一些国家已批准将某些种类的皂苷作为食品添加剂用于饮料，如美国和加拿大将其作为泡沫稳定剂用在啤酒中，英国用在无酒精饮料中。
4．芥子油苷：芥子油苷存在于所有十字花科植物中，它们的降解产物具有典型的芥末、辣根和花椰菜的味道。借助于植物中一种特殊的酶，即葡萄糖硫苷酶的作用，植物组织的机械性损伤可将芥子油苷转变为有实际活性的物质，即异硫氰酸盐、硫氰酸盐和吲哚。当白菜加热时，其中的芥子油苷含量可减少30％60％。人体每日从膳食中摄入芥子油苷的量大致为10mg50mg，素食者每日摄入量可高达110mg。芥子油苷的代谢产物，如硫氰酸盐可在小肠中完全吸收。
5．多酚：多酚是所有酚类衍生物的总称，主要为酚酸（包括羟基肉桂酸）和类黄酮，后者主要存在于水果和蔬菜的外层（黄酮醇）及整粒的谷物中。新鲜蔬菜中的多酚可高达0.1％，例如莴苣外面的绿叶中多酚的含量就特别高。绿叶蔬菜中类黄酮的含量随着蔬菜的成熟而增高。户外大地蔬菜中类黄酮的含量明显高于大棚蔬菜中的含量。最常见的类黄酮是槲皮素，其每日摄入量大约为23mg，最近的研究表明这个剂量的槲皮素对人体健康是有益的。
6．蛋白酶抑制剂：植物蛋白酶抑制剂存在于所有植物中，特别是豆类、谷类等种子中含量更高。哺乳动物肠道中的蛋白酶抑制剂主要阻碍内源性蛋白酶（如胰蛋白酶）的活性，导致机体加强消化酶的合成反应。蛋白酶是使一些癌症具有侵袭能力的重要因子。蛋白酶抑制剂与蛋白酶形成复合物，阻断酶的催化位点，从而竞争性抑制蛋白酶。人体平均每日摄入的胰蛋白酶抑制剂约为295mg，对于膳食以蔬菜、豆类和粮谷为主的素食者来说所摄入的蛋白酶抑制剂更多。所吸收的蛋白酶抑制剂能以生物活性形式在各组织中被检测出来，它们主要具有抑制肿瘤和抗氧化的作用。
7．单萜类：调料类植物中所存在的植物化学物主要是典型的食物单萜类物质，如薄荷中的薄荷醇、香菜种籽中的香芹酮、柑橘油中的柠檬油精。单萜类物质的每日摄入量大约为150mg。
8．植物雌激素：植物雌激素是存在于植物中，可结合到哺乳动物体内雌激素受体上并能发挥类似于内源性雌激素作用的成分。异黄酮和木聚素在化学结构上均是多酚类物质，但也属于植物雌激素。异黄酮几乎全部存在于大豆和大豆制品中，木聚素在亚麻种子和粮食制品中含量较高。虽然植物雌激素所显示出的作用只占人体雌激素作用的0.1％，但在尿中植物雌激素的含量可比内源性雌激素高101000倍。因此，依据机体内源性雌激素数量和含量的不同，植物雌激素可发挥雌激素和抗雌激素两种作用。
9．硫化物：植物次级代谢产物中的硫化物包括所有存在于大蒜和其他球根状植物中的有机硫化物。大蒜中的主要活性物质是氧化形式的二丙烯基二硫化物，亦称蒜素，蒜素中的基本物质是蒜苷。当大蒜类植物的结构受损时，蒜苷在蒜苷酶的作用下形成蒜素。新鲜大蒜中蒜素的含量可高达4g／kg，白菜中也含有硫化物，但由于缺少蒜氨酸酶而不能形成具有生物活性的硫化物代谢产物。
10．植酸：又称肌醇六磷酸（IP6），是天然存在于谷类和豆类食物中、富含磷的一种有机化合物。植酸主要存在于种子胚层和谷皮中。植酸的螫合能力较强，因此降低了某些矿物质的生物利用率。利用植酸与蛋白质结合的特性，可从天然植物中分离提取植酸。植酸在抗癌、抗氧化、调节免疫功能、抗血小板等方面的生物学活性已逐渐被证实。
除上述各种植物次级代谢产物外，还有一些植物化学物没有归属到所列分类中，例如植物凝血素、葡萄糖二胺、苯酞、叶绿素和生育三烯酚类等。
植物化学物具有多种生理作用，主要表现在以下几个方面：
1.抗癌作用
癌症是发达国家的第二位重要死因，而营养是与癌症危险性相关的主要外源性因素，在各种癌症类型中有三分之一与营养因素有关。有些营养因素可以降低癌症的发病率，但有些可能会增加癌症发生的危险性。蔬菜和水果中所富含的植物化学物多有防止人类癌症发生的潜在作用，大约有30余种植物化学物质在降低人群癌症发病率方面可能具有实际意义。欧洲一些国家坚持推荐食用蔬菜、水果和富含纤维的谷类食品，结果明显降低了胃癌的发生率。鉴于植物性食品具有潜在的预防癌症的生物活性，目前这些国家的食品法典委员会推荐将蔬菜和水果的每日消费量增加5倍。
癌症的发生是一个多阶段过程，植物化学物几乎可以在每一个阶段抑制肿瘤的发生。从不同的实验系统（离体、动物、人）可获得有关蔬菜、水果以及提取的植物化学物的抗癌作用资料。在动物实验中，给动物喂饲某些植物性食物或为得到剂量-效应关系而直接给予提取的植物化学物，均获得了植物化学物可抑制自发性肿瘤和化学物诱导性肿瘤的证据。但值得指出的是人群研究，特别是流行病学的干预试验或生物标记的相关研究将会具有更重要的意义。
致癌物（如亚硝胺）通常是以未活化的形式被摄入体内。Ⅰ相酶（如依赖于单加氧酶的细胞色素P450）介导的内源性生物活化是致癌物与DNA相互作用产生遗传毒性的先决条件；而Ⅱ相酶，如谷胱甘肽-S-转移酶（GST）通常对已活化的致癌物发挥减毒作用。植物化学物（如芥予油苷、多酚、单萜类、硫化物等）通过抑制Ⅰ相酶和诱导Ⅱ相酶来抑制致癌作用，如十字花科植物提取的芥子油甙的代谢物莱菔硫烷可活化细胞培养系统中具有去毒作用的Ⅱ相酶-苯醌还原酶；在人体试食试验中，每日食用300g布鲁塞尔芽甘蓝可增加男性的GST活性，但对女性无作用。某些酚酸可与活化的致癌剂发生共价结合并掩盖DNA与致癌剂的结合位点，这种作用机制可抑制由DNA损伤所造成的致癌作用。现已证实植物雌激素对机体激素代谢有影响。动物实验表明，植物雌激素和芥子油苷的代谢物吲哚-3-甲醇（I3C）可影响机体雌激素的代谢。已知雌激素对某些肿瘤生长有轻度促进作用，而植物性雌激素在人肝脏可诱导性激素结合球蛋白（SHBG）的合成，这样就可增加雌激素与该种转运蛋白的结合，从而降低雌激素促肿瘤生长的作用。
植物化学物抗癌作用的另一可能机制是调节细胞生长（增生），如莱姆树中的单萜类可减少内源性细胞生长促进物质的形成，从而阻止对细胞增生的异常调节作用。次级胆汁酸可因具有促进细胞增生的作用而有利于促进结肠癌的发生，而植物化学物也能对次级胆汁酸这类代谢产物的内源性形成产生影响。另外，植物固醇、皂甙和植物雌激素等植物化学物还具有减少初级胆汁酸合成的作用，并可抑制它们向次级胆汁酸的转化。
大豆中存在金雀异黄素亦称染料木黄酮和植物雌激素，食用大豆食品后在人体内可检出上述物质。在离体条件下已发现它们可抑制血管生长，并对肿瘤细胞的生长和转移也有抑制作用。
2.抗氧化作用
癌症和心血管疾病的发病机制与反应性氧分子及自由基的存在有关。人体对这些活性物质的保护系统包括抗氧化酶系统如超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧物酶（GSH-Px）、内源性抗氧化物（尿酸、谷胱甘肽、α-硫辛酸、辅酶Q10等）及具有抗氧化活性的必需营养素（维生素E和维生素C等）。现已发现植物化学物，如类胡萝卜素、多酚、植物雌激素、蛋白酶抑制剂和硫化物等也具有明显的抗氧化作用。
某些类胡萝卜素，如番茄红素和斑蝥黄与β-胡萝卜素相比，对单线态氧和氧自由基损伤具有更有效的保护作用。在植物源性食物的所有抗氧化物中，多酚无论在数量上还是在抗氧化作用上都是最高的。血液中低密度脂蛋白胆固醇浓度升高是动脉硬化症发生的主要原因，但低密度脂蛋白胆固醇只有经过氧化后才会引起动脉粥样硬化。有报道红葡萄酒中的多酚提取物以及黄酮醇（槲皮素）在离体实验条件下与等量具有抗氧化作用的维生素相比，可更有效地保护低密度脂蛋白胆固醇不被氧化。
某些种类的蔬菜对DNA氧化性损伤具有保护作用，以尿中排出的8-氧-7，8-二氢-2-脱氧鸟苷作为生物标志物可以检测出DNA的氧化性损伤。如前所述，每天食用300g布鲁塞尔芽甘蓝共3周的人群，与同样时间内每日食用300g无芥子油苷蔬菜的人群相比可明显降低DNA的氧化性损伤，人体每天摄入具有抗氧化作用的必需营养素只有100mg，然而每天摄入的具有抗氧化作用的植物化学物却超过了1g，这就说明并强调了植物化学物作为抗氧化剂对降低癌症发生危险性的潜在生物学作用及多吃蔬菜和水果的重要意义。
3.免疫调节作用
免疫系统主要具有抵御病原体的作用，同时也涉及在癌症及心血管疾病病理过程中的保护作用。迄今为止，已进行了很多有关多种类胡萝卜素对免疫系统刺激作用的动物实验和干预性研究，其结果均表明类胡萝卜素对免疫功能有调节作用。但其他植物化学物对免疫系统功能的影响，目前只作了较小范围的研究。对类黄酮的研究几乎全部是在离体条件下进行的，多数研究表明类黄酮具有免疫抑制作用；而皂苷、硫化物和植酸具有增强免疫功能的作用。由于缺少人群研究，目前还不能准确对植物化学物影响人体免疫功能的作用进行评价，但可以肯定类胡萝卜素及类黄酮对人体具有免疫调节作用。
4.抗微生物作用
自古以来，某些食用性植物或调料植物就被用来处理感染，后来由于磺胺及抗生素的发现以及它们成功的抗感染作用，使人们降低了从食物中寻找具有抗感染作用的植物性成分的兴趣。但近年来，考虑到化学合成药物的副作用，又重新掀起了从植物性食物中提取具有抗微生物作用成分的热潮。
早期研究已证实球根状植物中的硫化物具有抗微生物作用。蒜素是大蒜中的硫化物，具有很强的抗微生物作用。芥子油苷的代谢物异硫氰酸盐和硫氰酸盐同样具有抗微生物活性。混合食用水芹、金莲花和辣根后，泌尿道中芥子油苷的代谢物能够达到治疗尿路感染的有效浓度，但单独食用其中一种则不能达到满意的疗效。
在日常生活中可用一些浆果，如酸莓和黑莓来预防和治疗感染性疾病。一项人群研究发现，每日摄入300ml酸莓汁就能增加具有清除尿道上皮细菌作用的物质，可见经常食用这类水果可能同样会起到抗微生物作用。
5.降胆固醇作用
动物实验和临床研究均发现，以皂苷、植物固醇、硫化物和生育三烯酚为代表的植物化学物具有降低血胆固醇水平的作用，血清胆固醇降低的程度与食物中的胆固醇和脂肪含量有关。曾有人用提取的植物固醇，如β-谷固醇治疗高胆固醇血症，取得一定效果。以皂苷为例，植物化学物降低胆固醇的作用机制可能如下：皂苷在肠中与初级胆酸结合形成微团，因这些微团过大不能通过肠壁而减少了胆酸的吸收，使胆酸的排出增加；皂苷还可使内源性胆固醇池增加初级胆酸在肝脏中的合成，从而降低了血中的胆固醇浓度。此外，存在于微团中的胆固醇通常在肠外吸收，但植物固醇可使胆囤醇从微团中游离出来，这样就减少了胆固醇的肠外吸收。
植物化学物可抑制肝中胆固醇代谢的关键酶、其中最重要的是羟甲基戊二酸单酰CoA还原酶（HMG-CoA），其在动物体内可被生育三烯酚和硫化物所抑制。据报道在动物实验中，花色素中的茄色苷和吲哚-3-甲醇也有降胆固醇作用。这些实验结果使用的均是植物化学物单体，而植物性食物中还存在诸如膳食纤维等其他的降胆固醇物质，因此将这些实验结论直接外推用于人尚需慎重考虑。
植物化学物所具有的其他促进健康的作用还包括调节血压、血糖和血凝以及抑制炎症等作用。四、关于蔬菜、水果的抗肿瘤作用的流行病学证据
蔬菜、水果有益健康，其保护作用涉及肿瘤、心血管病、糖尿病等多种威胁人类健康的重大疾病，是目前在医学上最被认可的一类食物，推荐的食用量为每天400600克。由于很多人吃不到这个数量，如果能找到其中起作用的成分，岂不是既造福于人类，又创造了新的商业机会。为此，科学家们已经努力了数十年，发现了维生素C、膳食纤维、类胡萝卜素、槲皮素、原花青素、儿茶素等许多植物性化学成分，其中也包括异硫氰酸盐。不同的研究，从不同的角度，证明这些植物化学成分都可能具有抗肿瘤等作用。但是到目前为止，其中任何一种独立成分，效果都比不上天然的蔬菜水果。科学家猜测，可能是它们的共同作用成就了蔬菜水果的保健效果。
对200多项流行病学研究结果进行分析，证实了大量食用蔬菜和水果可以预防人类多种癌症。通常，摄入蔬菜和水果量大的人群较摄入量低的人群癌症发生率低50%。新鲜(生)蔬菜和沙拉可明显降低癌症发生的危险性，对胃肠道、肺和口腔（喉）的上皮肿瘤证据最充实。但对激素相关肿瘤的证据很少。以我们现有的知识目前很难区分蔬菜和水果中的每一种成份(如必需营养素、膳食纤维、植物化学物)降低疾病危险性的作用。因此在流行病学研究中还要进行人群干预实验来进一步证实蔬菜和水果的促健康作用与摄入植物化学物之间是否存在因果关系。目前已建立了食物和体液中多种植物化学物的检测方法，而且能够对其浓度、生物利用率和生物动力学进行评价。但对某些植物化学物与特殊疾病发病率之间的关系尚需进一步的流行病学调查及实验研究对其加以阐述。此外，还需要识别出一些短期的生物标志物作为人类摄取的植物化学物发挥长期健康保护作用的指示。根据流行病学得到的植物化学物对人类健康有益有证据，几乎所有营养学家均推荐多吃植物性食物。随着生命科学研究的不断深入和发展，营养学家将会准确的告诉人们应吃哪种食物，吃多少，而不是像今天这样笼统的说“多吃蔬菜和水果”。第二节多酚类化合物
又称黄酮类，由40多种化学成分组成，具有抗氧化、强化血管壁、促进肠胃消化、降低血脂肪、与增加身体抵抗力，并防止动脉硬化、血栓形成的作用；还能利尿、降血压、抑制细菌与癌细胞生长，及帮助消化。
一、黄酮类化合物的结构与类型
最早黄酮类化合物主要是指母核为2-苯基色原酮的一类化合物，现在则泛指两个苯环（A环与B环）通过中央三碳相互联接而成的一系列化合物。以C6-C3-C6结构为基本母核的天然产物，即两个苯环（A环和B环）通过3个碳原子结合而成。其中C3部分可以是脂链，或与C6部分形成六元或五元氧杂环。根据中央三碳的氧化程度、是否成环、B环的联接位点等特点，可将该类化合物分为以下七大类。
1.黄酮和黄酮醇
这里指的是狭义的黄酮，即2-苯基色原酮（2-苯基苯并γ吡喃酮）类，此类化合物数量最多，尤其是黄酮醇。如芫花中的芹菜素、金银花中的木犀草素属于黄酮类；银杏中的山奈素和槲皮素属于黄酮醇类。
2.二氢黄酮和二氢黄酮醇
与黄酮和黄酮醇相比，其结构中C环C2-C3位双键被饱和，他们在植物体内常与相应的黄酮和黄酮醇共存。如甘草中的甘草素、橙皮中的橙皮苷均属于二氢黄酮类；满山红中的二氢槲皮素、桑枝中的二氢桑色素均属于二氢黄酮醇类。
3.异黄酮和二氢异黄酮
异黄酮类为具有3-苯基色原酮基本骨架的化合物，与黄酮相比其B环位置连接不同。如葛根中的葛根素、大豆苷及大豆素均为异黄酮。
二氢异黄酮类可看作是异黄酮类C2和C3双键被还原成单键的一类化合物。如中药广豆根中的紫檀素就属于二氢异黄酮的衍生物。
4.查耳酮和二氢查耳酮类
查耳酮的主要结构特点是C环未成环，另外定位也与其他黄酮不同。其可以看作是二氢黄酮在碱性条件下C环开环的产物，两者互为同分异构体，常在植物体内共存。同时两者的转变伴随着颜色的变化。
中药红花中的红花苷为查耳酮类。红花在开花初期时，花中主要成分为无色的新红花苷（二氢黄酮类）及微量红花苷，故花冠是淡黄色；开花中期花中主要成分为黄色的红花苷，故花冠为深黄色；开花后期则变成红色的醌式红花苷，故花冠为红色。
二氢查耳酮在植物界分布极少。
5.橙酮类
橙酮类可看作是黄酮的C环分出一个碳原子变成五元环，其余部位不变，但C原子定位也有所不同，是黄酮的同分异构体，属于苯并呋喃的衍生物，如黄花波斯菊花中含有的硫磺菊素就属于此类。
6.花色素和黄烷醇类
花色素类是一类以离子形式存在的色原烯的衍生物，广泛存在于植物的花、果、叶、茎等部位，是形成植物蓝、红、紫色的色素。由于花色素多以苷的形式存在，故又称花色苷。如矢车菊素、飞燕草素、天竺葵素等属于此类。黄烷醇类生源上是由二氢黄酮醇类还原而来，可看成是脱去C4位羰基氧原子后的二氢黄酮醇类。黄烷-3-醇在植物界分布很广，如儿茶素(cateching)和表儿茶素(epicatechin）。故又称为儿茶素类。儿茶素为中药儿茶的有效成分，具有一定的抗癌活性。
7．其他黄酮类
此类化合物大多不符合C6-C3-C6的基本骨架，但因具有苯并γ-吡喃酮结构，我们也将其归为黄酮类化合物。
双黄酮类：是由二分子黄酮衍生物通过C-C键或C-O-C键聚合而成的二聚物。如银杏叶中含有的银杏素即为C-C键相结合的双黄酮衍生物。
高异黄酮：和异黄酮相比，其B环和C环之间多了一个-CH2-，如中药麦冬中存在的麦冬高异黄酮A(ophiopogonone A)。
呋喃色原酮：即色原酮的C6-C7位并上一个呋喃环。如凯刺种子和果实中得到的凯林属于此类。
苯色原酮：即色原酮的C6-C7位并上一个苯环。如决明子中含有的红镰酶素属于此类。二、黄酮类化合物的生物学作用
黄酮类化合物是一类低分子的广泛分布于植物界的天然植物成分，为植物体多酚类的代谢物。包括异黄酮(Isoflavone)、黄酮(Flavone)、黄酮醇(Flavonol)、异黄酮醇(Isoflavonol)、黄烷酮(Flavavone)、异黄烷酮(Isoflavavone)、查尔酮(Chalcone)、口山酮(Xanthone)等。已发现数百种，部分已人工合成，多数具有显著生理药理活性。
1．抗氧化作用：黄酮类化合物具有良好的抗氧化活性和清除自由基的能力，脂质过氧化是一个复杂的过程，黄酮类化合物可通过直接和间接清除自由基两种机制来影响该过程。
2．抗肿瘤作用：黄酮类化合物具有抗肿瘤作用的经典例证就是茶的抗肿瘤作用。1945年8月，广岛被原子弹轰炸使10万人丧生，同时有10万人受辐射伤害。大约十年后，许多受到辐射的人因患白血病而先后死亡，但有三种人侥幸无恙，即茶农、茶商和茶癖者。此种特殊的关联性被称为“广岛现象”。茶叶中含有多种抑制细胞突变的成分，其中茶多酚(黄烷醇)的效果最明显。茶中所含的聚酯型儿茶素成分能诱导癌细胞分化和凋亡，对动物肿瘤生长具有明显抑制作用。对体外培养的人急性早幼粒白血病细胞株、肝癌细胞株、肺癌细胞株的生长也有明显抑制作用。
大豆异黄酮是大豆及其制品中的一类黄酮类化合物，因其能与雌激素受体结合而发挥微弱的雌激素效应，故称其为植物雌激素。大豆异黄酮的活性是雌二醇活性的1／1000，可与雌二醇竞争结合雌激素受体，对雌激素表现为拮抗作用，因而对激素相关的癌症(如乳腺癌)有抑制作用。
3．保护心血管作用：研究发现，食用大豆食品的人群心脏病发病率低，主要原因是黄豆甙类可减少体内胆固醇的合成，降低血清胆固醇浓度。对茶多酚和茶色素的基础研究表明它们在心血管疾病预防中具有重要意义。通过实验室研究和大样本临床观察均证实茶多酚和茶色素在调节血脂、抗脂质过氧化、清除自由基、抗凝和促纤溶、抑制主动脉脂质斑块形成等多方面发挥作用。
其他黄酮类化合物对心脑血管也同样具有保护作用。高血压及冠心病患者静脉注射葛根素后大脑半球血流量明显增加，血浆儿茶酚胺的含量明显降低、血压下降。葛根素还能通过扩张冠状动脉、降低外侧支冠状动脉的阻力而增加氧的供给，并因对抗冠状动脉的痉挛而有明显缓解心绞痛的作用。银杏叶的提取物有解痉、降低血清胆固醇及治疗心绞痛等功效，目前已有以银杏叶为主要原料加工制成的饮品(茶)。原花青素保护心血管和预防高血压的作用机制是提高血管弹性，降低毛细血管渗透压。
4．抗突变作用：黄酮类化合物具有抗突变作用的例证很多，如茶提取物可明显抑制烤牛肉中二甲基亚砜提取物的致突变性；绿茶中的茶多酚和红茶中的茶色素在肝微粒体酶存在条件下，对人淋巴细胞可抑制由甲基胆蒽诱导及紫外线处理所引起的染色体姊妹单体互换；银杏叶提取物、葡萄籽提取物原花青素及牛蒡提取物对Ames菌株TA98和TA100，在有无代谢活化条件下均有抗突变作用等。
5．其他生物学作用：黄酮类化合物的其他生物学作用还包括免疫功能的调节(如葛根素)；预防女性骨质疏松和骨流失(如大豆异黄酮)；改善四氧嘧啶糖尿病小鼠的糖耐量，明最对抗肾上腺素的升血糖作用(如葛根素)；降低由链脲霉素诱导的糖尿病大鼠血糖(如红茶提取物)；改善皮肤过敏症状及过敏性哮喘(如原花青素)等。此外，原花青素具有改善视疲劳和抗辐射作用，葛根素有明显的解酒作用并与抗胆碱、解痉、增加脑血流量、改善学习记忆等作用有关。第三节含硫化合物一、大蒜的化学成分
大蒜的主要成分包括糖类，氨基酸类，脂质类，肽类，含硫化合物和多种维生素，微量元素。其中微量元素主要包括镁、钠、铁、磷等，大蒜中几乎含有人体需要的所有必需氨基酸。其维生素主要是维生素A、B、C，另外大蒜中还含有前列腺素A、B、C。大蒜中含硫成分多达30多种。二、大蒜的生物学作用
大蒜不仅是民间广泛用以防疫治病的重要食品和药品，而且被提炼制成抗菌消炎的成药及保健品。瑞士出产的阿里沙丁(allisatine)专治胃炎和痢疾。美国生产的无臭大蒜素胶囊，所含大蒜素、维生素和无机盐为新鲜蒜头的2.5倍。我国合成的大蒜新素(Allitfidi)具有很强的抗菌消炎作用，已应用于临床。药房出售的阿里那民(allinamin)是一种以大蒜素为配料的维生素B制剂，具有帮助人体消化吸收维生素B1的功效，对治疗神经痛、脚气病和易疲劳等缺乏维生素B的症状，有预防和治疗作用。大蒜素又称蒜辣素，英文译名为阿利辛(allicin)，是一种含硫化合物。大蒜中至少含有100种含硫化合物，其中最重要的、起抗菌作用的含硫化合物是大蒜素。每100克新鲜蒜头中，大蒜素的含量为0.5%2%。不同大蒜品种间，大蒜素含量有较大差异；蒜头的新鲜程度也会使大蒜素的含量发生变化。采收后贮藏时间长，大蒜素含量降低。据报道，西藏的大蒜，大蒜素含量和维生素C含量均比内地品种高。
1.广谱抗菌作用
大蒜是广谱杀菌素，对危害人或畜、禽的多种病原菌有抑杀作用，如葡萄球菌、化脓性球菌、痢疾杆菌、大肠杆菌、伤寒杆菌、结核杆菌、白喉杆菌、炭疽杆菌、霍乱弧菌、脑膜炎及肺炎双球菌、链球菌等。
大蒜对危害植物的真菌性病害，如瓜类白粉病、猝倒病、枯萎病、番茄早疫病、灰霉病、芹菜斑枯病、棉花炭疽病、立枯病，小麦锈病等的病原菌，有抑制其孢子萌发和菌丝生长的作用。农药抗菌剂401和402就是以大蒜为原料制成的杀菌剂。另外，大蒜对一些危害植物的害虫，如红蜘蛛、蚜虫、螨虫、线卓等也有抑杀作用。
2.预防心血管疾病
据研究，大蒜能降低血液中胆固醇浓度，延缓血管硬化，增加心肌收缩能力，扩张末梢血管，使动脉粥样硬化程度减轻，控制高血压，预防心血管疾病。
3.预防糖尿病
据研究大蒜可减少血液中糖的含量，保护肝功能，提高血液中胰岛素含量，预防糖尿病。
4.有一定的防癌、抗癌作用
据研究，大蒜对乳腺癌、结肠癌、膀胱癌有预防作用。大蒜有较强的抗氧化作用，可有效清除活性氧自由基，保护生物膜结构的完整，防止细胞和组织的癌变。另外，大蒜还有阻断霉菌对亚硝胺合成的促进作用，减少因亚硝胺诱发癌症的可能性。第四节皂甙类化合物
对皂甙类化合物研究较多的是大豆皂甙。
1．大豆皂甙的化学结构
大豆皂甙是从大豆中提取出来的化学物质，其分子由低聚糖与齐墩果烯三萜连接而成，即为萜类同系物与糖缩合形成的一类化合物。大豆皂甙主要有5种，分别是大豆皂甙A1、A2及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
2．大豆皂甙的生物学作用
大豆皂甙是从大豆中提取出来的一类化学物质，主要分布于大豆中的胚轴，含量很低，约占0.2%，大豆皂甙活性极强，提取非常困难，大豆皂甙是一种具有广泛应用价值的天然生物活性物质，是优质无毒副作用的强抗氧化剂，已被广泛应用于药品、食品、化妆品等领域。因为含量稀少，提取困难、作用神奇，被称为药用植物钻石。大豆皂甙具有防治心脑血管病、糖尿病、癌症的神奇功效。近年来国内外的研究表明，大豆皂甙具有多种有益于人体健康和防治老年常见病的生物学效应，作用如下：
(1)抗氧化作用：机体细胞在正常生理条件下即可产生一系列的活性氧如超氧阴离子自由基·O2-，羟自由基·OH，过氧化氢H2O2等，称为自由基，自由基是强氧化剂的酸性物质，这些在氧化应激状态下，机体细胞生物膜上的不饱和脂肪酸发生酸败变性，即脂质过氧化。机体的许多病理现象如血粘、动脉粥状硬化、老化、致癌等均与脂质过氧化直接相关。对于人体的碱性体液造成损害，自由基在血液中就像磁铁一样，吸附各种脂类等物质，形成越来越大的脂质颗粒，就像河中的泥沙，使血流缓慢，沉积在血管壁上，使血管硬化；在心脑毛细血管中不能通过，造成心梗和脑梗，引发冠心病和脑中风；自由基单独进入器官和组织细胞，损害细胞膜，使细胞质变性，就像硫酸撒在生长鲜艳的花朵上，迅速使细胞死亡，导致器官损伤；侵入细胞核，使DNA遗传密码错位，导致局部组织疯长，形成恶性肿瘤；自由基还在血液中与脂类结合，造成糖脂代谢紊乱，进入胰岛，伤害B细胞，不能分泌胰岛素，引发糖尿病，由此可见，自由基是心脑血管疾病、癌症、糖尿病人类三大杀手的直接诱因。
大豆皂甙的抗氧化作用于1983年首先由日本学者Kitakawa等人发现，在他们的研究中，大豆皂甙可以抑制血清中脂质的氧化，进而抑制氧化脂质的生成。之后Ohminami等人也证实了大豆皂甙的抗脂质过氧化和降低过氧化脂质的作用，并进一步证实大豆皂甙可以抑制过氧化脂质对肝脏细胞的损伤。我国学者在这方面也做了大量工作。王银萍等人通过实验研究，证实大豆皂甙作用于机体可使机体通过自身调节增加体内超氧化物歧化酶（SOD）的含量，以清除体内自由基，进而减轻自由基的损害程度，降低脂质过氧化的发生，使体内过氧化脂质含量下降，从而起到抗氧化作用。孙义敏等人通过对大豆皂甙的抗石棉尘毒性的体外研究也证实其具有清除自由基、抑制脂质过氧化的作用。此外，江岩等还以离体培养的Wistar大鼠心室肌细胞为实验材料，证实大豆皂甙可以抑制自由基对心室肌细胞的损伤，从而起到抗氧化作用。
(2)降脂减肥作用：大豆皂甙的降脂作用早在1963年就为日本学者Kitagawa所证实。他在研究中发现，大豆皂甙可以降低血中胆固醇和甘油三酯的含量，同时还可以抑制血清中脂类的氧化，抑制过氧化脂质的生成。我国学者高贵清等将大豆皂甙与高脂饲料同时喂饲家兔四周，家兔血中胆固醇及甘油三酯的含量明显低于单纯喂饲高脂饲料的家兔组。但大豆皂甙与基础饲料同时喂饲家兔与单纯喂饲基础饲料的家兔相比，两者血清中胆固醇和甘油三酯的含量并无明显差别，说明大豆皂甙对高脂肪膳食所致的高脂血症具有预防降脂作用，而对正常膳食动物血清中的胆固醇及甘油三酯，则可使其维持在正常水平。此外，日本学者Kawaho-Takahashi通过临床观察研究证实，大豆皂甙对治疗肥胖症也具有一定的疗效。
(3)抗糖尿病、抗凝血及抗血栓作用：大豆皂甙的抗凝血作用很早以前就为人们所认识。Kubo等以Wistar大鼠为对象进行研究发现，大豆皂甙可抑制血小板的凝聚作用并使血纤维蛋白原减少，它可以抑制内毒素引起的纤维蛋白的凝聚作用，也可抑制凝血酶引起的血栓纤维蛋白的形成，表明大豆皂甙具有抗血栓形成作用，Kubo等人在研究还发现大豆皂甙单体和总大豆皂甙都可以抑制纤维蛋白原向纤维蛋白的转化，而且大豆皂甙Ⅰ、Ⅱ还可以激活血纤维蛋白溶酶系统。国内王银萍等研究发现给糖尿病大鼠肌注大豆皂甙，可以降低其血糖、血小板聚集率以及TXA2、PGI2值，提高胰岛素水平，从而表现出抗糖尿病的作用。
(4)抗病毒作用：有关大豆皂甙的抗病毒作用，国内外均有报道。首先日本的Nakashima等人报道大豆皂甙对人类艾滋病毒的感染和细胞的生物学活性均具有一定的抑制作用，认为大豆皂甙对艾滋病无论是治疗还是预防都是非常有效的。国内学者李静波选用八种不同种类或亚型的病毒感染人角膜细胞，然后用大豆皂甙处理受感染的细胞，观察大豆皂甙对感染病毒细胞的存活量和病毒增殖量的影响，结果发现：大豆皂甙对被某些病毒感染的细胞有明显的保护作用，不仅明显抑制单纯疱疹病毒Ⅰ型（HSV-1）、腺病毒Ⅱ型（ADV-Ⅱ）等DNA病毒，而且对脊髓灰质炎病毒、柯萨基B3病毒（CoxB3）等RNA病毒也有明显的抑制作用，表现出广谱的抗病毒能力。该作者还用含大豆皂甙的霜剂治疗疱疹迅速破裂、收敛，并能进一步促进伤口的愈合。关于大豆皂甙抗病毒的机制，多数认为是大豆皂甙对病毒的直接杀伤作用，另外大豆皂甙可以对细胞具有钙通道的阻滞作用，有利于细胞代谢，推测大豆皂甙能够增强机体局部吞噬细胞和NK细胞的功能，从而增强机体细胞抵抗病毒的免疫力。
(5)大豆皂甙的抗癌、抗突变作用：自1985年Wattenberg提出“癌的化学预防”这一概念以来，人们寻求并利用合成的或天然存在的化合物来预防癌症的发生已成为热点。由于大豆皂甙的结构具有亲脂亲水的双亲特性，因而具有很好的表面活性，其抗癌症、抗突变特性已为许多研究者所证实，功效机理分别表现在以下几个方面：
①对各种肿瘤细胞株的生长抑制作用：有关大豆皂甙对肿瘤细胞的生长抑制作用，国内最早由白求恩医科大学的研究人员揭示，在他们的研究中，大豆皂甙可以抑制S180、YAC-1、K562等肿瘤细胞的生长，表现出明显的细胞解毒作用。此外，大豆皂甙还可抑制S180、P815以及TAC-1肿瘤细胞DNA的合成，并能破坏S180肿瘤细胞膜及其超微结构，说明大豆皂甙在体外条件下，可直接杀伤肿瘤细胞，抑制其增殖，其机理如下：（ⅰ）相对分子量为1000左右的大豆皂甙、属于中等大小的分子，它溶于水，可以经过简单扩散或主动转运上的3H-TdR释放增加，DNA解聚，最后杀伤或杀死肿瘤细胞。（ⅱ）大豆皂甙直接抑制肿瘤细胞DNA的合成，但这种抑制作用是可逆的，而且对肿瘤幼稚细胞DNA的合成抑制作用强。（ⅲ）细胞膜表面的结构和功能的变化可通过测定细胞表面电荷的性质和密度来衡量，其基本方法是通过细胞电泳来测定细胞的电泳率。一般情况下，肿瘤细胞与正常细胞表面电荷不同，因此电泳率也有差别，当肿瘤细胞增殖加快，恶性程度增高时，细胞的电泳率也增高。研究表明，大豆皂甙对降低S180细胞的超微结构有一定的影响，形态学观察也证实了这一点。
在前人研究的基础上，哈尔滨医科大学的研究人员观察了大豆皂甙对人胃腺癌细胞SGC-7901细胞株的生长抑制作用，研究结果表明，在所给大豆皂甙浓度范围内均可产生胃腺癌细胞的抑制作用，而且大豆皂甙的浓度越高，这种抑制作用越明显；从抑制的时间来看，接触大豆皂甙24小时后，抑制作用不甚明显，但作用28小时后，这种抑制作用比较显著。而从抑制的机理来看，大豆皂甙可以抑制人胃腺癌细胞株SGC-7901细胞株DNA的合成，而这种抑制作用在细胞与大豆皂甙作用48小时后更加明显，这与前述大豆皂甙对SGC-7901的生长抑制作用结果是相吻合的。
②大豆皂甙对荷瘤鼠的影响：大豆皂甙的抗肿瘤的作用还表现对荷瘤鼠的存活时间、荷瘤鼠腹水量、瘤细胞数及荷瘤重量的影响。白求恩医科大学的研究人员选用了C57、C57BL/6纯系小鼠和Swiss小鼠作为实验对象，观察了它们对S180小鼠腹水肉瘤细胞荷瘤后的影响情况。研究结果显示，大豆皂甙可延长荷瘤小鼠的存活时间，使荷瘤小鼠的腹水量、瘤细胞数以及荷瘤重量明显降低，说明大豆皂甙对不同品系的小鼠的S180荷瘤生长均有明显的抑制作用。
为了探讨大豆皂甙抑制荷瘤鼠肿瘤细胞的生长机理，研究者又观察了大豆皂甙对荷瘤小鼠免疫功能的影响。结果发现大豆皂甙可使荷瘤小鼠的免疫器官脾脏和胸腺重量增加；对在荷瘤小鼠体内的相对较低的T、B淋巴细胞增殖反应具有明显的调节作用，其中尤其对T淋巴细胞的增殖更为明显。此外，荷瘤小鼠经大豆皂甙处理后，其白细胞介素2的分泌能力以及NK细胞和LAK细胞活性均明显增强。上述结果表明，大豆皂甙的抗肿瘤作用与其提高免疫能力有着十分密切的关系，其机理为：大豆皂甙诱导荷瘤小鼠脾脏分泌IL-2增加，进而增强T、B淋巴细胞对COA和LPS的增殖能力，提高NK细胞和LAK细胞的活性。大豆皂甙对免疫功能的增强特别是T细胞功能的增强又促使IL-2的增高又反过来保持T细胞的存活与增殖，促进T细胞产生淋巴因子，增强诱导杀伤性T细胞产生和NK细胞的分化，提高LAK细胞的活性，使其发挥对肿瘤细胞的杀伤作用；此外，大豆皂甙还可以提高B淋巴细胞的转化增殖能力，进而促进荷瘤小鼠体内的体液免疫功能。
③大豆皂甙对基因表达的影响：在肿瘤细胞中，已知ras癌基因被激活使其产生异常的P21蛋白；此外，抑癌基因P53基因和P16基因也因发生突变而产生异常的P53蛋白和P16蛋白。在肿瘤细胞增殖、各种异常蛋白高度表达的同时，还伴有增殖细胞核抗原的高度表达，这些异常蛋白质在肿瘤细胞的增殖、发展过程中起着十分重要的作用。大豆皂甙能否对上述这些异常的蛋白表达产生影响呢？为此，哈尔滨医科大学的研究人员采用免疫组织化学方法，观察了大豆皂甙对人胃腺癌细胞系SGC-7901细胞中上述异常蛋白的影响情况。结果发现，在体外条件下，大豆皂甙可使SGC-7901细胞中由于基因突变产生的异常蛋白质P53、P21和P16蛋白的表达明显下降，可见大豆皂甙的抑癌作用机理促使三种异常蛋白在癌细胞中的表达降低有关。
④大豆皂甙抗癌作用的机制：从目前现有的文献资料来看，大豆皂甙的抗癌作用机制可以从如下几方面去考虑。首先，大豆皂甙的抗癌作用应归功于独特的亲水亲脂的双亲性结构，正是由于其具有这种独特的结构才使其具有较强的表面活性，能够与化学致癌物相互作用，表现出拮抗化学致癌的特性。其次，对于抗氧化、抗自由基的功能，由于其抗氧化、抗自由基作用，使体内氧化性损伤减少，自由基被清除，而氧化性损伤和自由基又恰恰与癌的形成密切相关。第三，对于大豆皂甙提高机体免疫力的作用，研究已证实大豆皂甙可以提高人体的体液免疫和细胞免疫功能，免疫功能的提高有利于机体的免疫细胞和免疫因子对肿瘤细胞的杀伤以及监控作用，因而可抑制癌症的生长。最后，大豆皂甙可能从基因水平来调控各种异常蛋白质在癌细胞中的表达，进而调控细胞的增殖作用，达到对癌细胞的抑制作用或使癌细胞逆转。
在为数不多的大豆皂甙抑癌的人体实验中，所揭示的大豆皂甙的抗癌作用机理与其进入体内后和胆酸的结合有关。代谢流行病学研究表明：结肠癌的发病率与高浓度的胆固醇代谢以及粪便中的胆酸含量高度相关，大豆皂甙进入消化道后，可与肠黏膜细胞结合，改变膜的生理特性，由于癌细胞表面具有比正常细胞多的胆固醇，因此大豆皂甙极易与癌细胞结合，其结果是使癌细胞被破坏，或者大豆皂甙与胆酸结合，进而防止结肠癌的进一步发生。
(6)免疫调节作用：大豆皂甙的免疫调节作用被认为是其抗病毒、抗癌作用的机理之一。郁利平等人以不同剂量的大豆皂甙经口投于雄性昆明种小白鼠，结果发现大豆皂甙能明显促进CONAt LPS对小鼠脾细胞的增殖反应，增强脾细胞对IL-2的分泌，明显提高NK细胞、LAK细胞的活性，说明大豆皂甙在体内对小鼠的免疫功能有广泛的调节效应。其机理在于：大豆皂甙对T细胞具有增强作用，特别是Th细胞功能的增强可使IL-2的分泌增高，而IL-2的功能可以保持T细胞的存活与增殖，促进T细胞产生淋巴因子，增强诱导杀伤性T细胞以及提高LAK细胞的活性，从而表现出较强的免疫功能。此外，陈静等人从大豆皂甙对C57和Swiss两种荷瘤小鼠的肿瘤生长及免疫器官的影响入手，探讨了大豆皂甙的免疫效应，结果发现经大豆皂甙处理过的荷瘤小鼠的免疫器官脾脏、胸腺明显增生，从另一个角度说明大豆皂甙具有很好的提高免疫功能的作用。
“复习思考题”
1.名词解释：植物化学物。
2.简述植物化学物的种类及生物学作用。
3.简述黄酮类化合物的生物学作用。
4.简述大蒜的生物学作用。
5.简述大豆皂甙的生物学作用。
