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在预防许多慢性退化性疾病中，多摄入植物性食物，尤其是蔬菜、水果、豆类、坚果等已列为膳食指南的重要内容。这些食物除含有传统的营养素和膳食纤维外，还有一些成分也和某些慢性病危险因素的下降有关，称之为“植物化学素”（ｐｈｙｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ）。 植物化学素一般可以按结构分为类黄酮、类胡萝卜素、硫化物、植物固醇、皂苷等，也可以按生物活性分为抗氧化物、植物雌激素、蛋白酶抑制剂等。由于多数慢性退化性疾病与氧化应激有关，因此抗氧化物显得尤为重要。体内可以合成一些内源性抗氧化物，如尿酸、泛醌、谷胱甘肽、硫辛酸、褪黑素等，但主要需从食物获得天然抗氧化物，其中包括一些抗氧化维生素，如维生素Ｅ、维生素Ｃ、β－胡萝卜素和组成抗氧化酶的微量元素锌、铜、锰、硒、铁。此外，植物化学素是天然抗氧化物的重要组成部分。
类黄酮的抗氧化作用
类黄酮是一类多酚化合物，广泛存在于水果、蔬菜、谷物、根茎、树皮、花卉、茶叶和红酒中，有４０００多种。根据化学结构，类黄酮可分成几类，最常见的有黄酮醇（ｆｌａｖｏｎｏｌｓ）、黄酮（ｆｌａｖｏｎｅｓ）、黄烷酮（ｆｌａｖａｎｏｎｅｓ）、黄烷醇（ｆｌａｖａｎｏｌｓ）即儿茶素（ｃａｔｅｃｈｉｎｓ）、花色素苷（ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｄｉｎｓ）、异黄酮（ｉｓｏｆｌａｖｏｎｅｓ）等。黄酮醇与黄酮几乎在所有植物中均可找到，黄酮醇中最多见的是栎皮酮（ｑｕｅｒｃｅｔｉｎ）、杨梅黄酮（ｍｙｒｉｃｅｔｉｎ）、堪非醇（ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ）三种，黄酮中最多见的是芹菜配基（ａｐｉｇｅｎｉｎ）和毛地黄黄酮（ｌｕｔｅｏｌｉｎ）两种。
不同国家由于饮食习惯和自然资源不同，类黄酮的食物来源及其化合物不尽相同。栎皮酮与儿茶素可作为最常见的类黄酮代表性化合物，它的抗氧化作用也最强。
１． 直接清除自由基类黄酮的羟基具有高度活性，可直接与自由基作用。
类黄酮（ＯＨ）＋Ｒ·→类黄酮（Ｏ·）＋ＲＨ
有些类黄酮能直接清除超氧化物，另有一些则能清除高度活性的过氧亚硝基。体外实验，类黄酮能抑制ＬＤＬ氧化，所以可对动脉硬化起预防作用。
２． 抑制一氧化氮合酶
一氧化氮合酶使内皮细胞与巨噬细胞释放一氧化氮（ＮＯ），以维持血管扩张。但在缺血再灌注损伤时，产生过多ＮＯ与超氧阴离子，ＮＯ与自由基反应，生成过氧亚硝基，它能直接氧化ＬＤＬ，对细胞膜造成不可逆的损伤。类黄酮，包括栎皮酮可干预一氧化氮合酶活性，减少ＮＯ生成，也可直接清除ＮＯ。类黄酮中的ｓｉｂｉｌｉｎ对ＮＯ的抑制作用呈量－效关系。
３． 抑制黄嘌呤氧化酶
在缺血时，生理情况下存在的黄嘌呤脱氢酶能变成黄嘌呤氧化酶。再灌注时，黄嘌呤氧化酶与氧分子反应，释放出超氧自由基。类黄酮中的栎皮酮与ｓｉｂｉｌｉｎ能抑制黄嘌呤氧化酶而减轻氧化损伤。还有研究报告，根据构效关系毛地黄黄酮是黄嘌呤氧化酶的最强抑制剂。
４． 减少白细胞的不活动性
正常情况下，白细胞沿内皮壁自由活动，而缺血及炎症时，内皮衍生的各种介质和补体因子可使白细胞粘附内皮壁而不活动，并刺激中性白细胞脱粒，引起氧自由基生成与释放对细胞有毒性的氧化物及炎性物质，造成组织损伤。类黄酮可减少白细胞的不活动性，抑制中性白细胞脱粒，防止类似炎症的再灌注损伤。
５． 其他作用途径
当铁存在时活性氧可引起脂质过氧化。类黄酮如栎皮酮能与铁螯合，防止脂质过氧化。栎皮酮亦可直接抑制脂质过氧化。类黄酮的另一作用是减少过氧化酶的释放，通过干预α１抗胰蛋白酶的激活而抑制白细胞产生活性氧。此外，类黄酮通过抑制脂氧酶而抑制花生四烯酸代谢，从而具有抗炎抗血栓作用。
茶多酚的抗氧化作用
茶叶中的主要类黄酮是黄烷醇，又称儿茶素，有自由式与酯式化合物，其多聚体称单宁。黄烷醇占茶叶干重的２５％，其他有黄酮醇、酚酸及缩酚酸类、其他多酚类，这４种类黄酮占茶叶干重的３６％，统称茶多酚（ＴＰ），已证明是茶叶保健作用的主要功能因子。
１． 清除活性氧与自由基
多形核白细胞在促癌剂ＰＭＡ刺激下可发生呼吸爆发而产生大量活性氧自由基，ＴＰ对活性氧自由基的综合清除效果呈剂量关系，酯型的效果更强。
（１）超氧自由基 ——以次黄嘌呤氧化酶为产生 的体外试验系统，用化学发光法可发现绿茶、乌龙茶、红茶的ＴＰ都有清除 的作用，且呈高度的量－效关系，甚至超过ＶＣ和ＶＥ。
（２）羟自由基·ＯＨ——用Ｆｅｎｔｏｎ反应体系研究ＴＰ对·ＯＨ的清除效果，表明很低浓度的ＴＰ就可较完全地清除·ＯＨ，但超过这一范围（０．０４３～０．１００μｇ／Ｌ），反而可起助氧化作用而抵消对·ＯＨ的清除效果。
（３）单线氧——光敏化剂玫瑰红光照后产生单线氧，以ＤＭＮＡ被漂白的作用测定单线氧的产生及清除，绿茶提取物可清除单线氧，在起始阶段作用更显著，随浓度增加，清除作用加强。
（４） 脂自由基——脂类在活性氧或辐射条件下产生自由基，引发链式反应。ＴＰ可与脂质过氧化中间产物脂自由基或脂氧自由基反应，终止链式反应而抑制脂质氧化。低密度脂蛋白的氧化是动脉硬化发病机制之一，因而清除自由基抗脂质过氧化是防治上述病理过程的重要保护措施。
２． 抑制氧化酶系，防护与激活抗氧化酶系
（１） 抑制氧化酶——体内许多氧化酶如黄嘌呤氧化酶、Ｐ４５０酶、髓过氧化物酶、脂氧化酶和环氧化酶都可催化自由基的生成。ＴＰ对上述各种氧化酶都有抑制作用，可预防病理条件下自由基的爆发性发生。
（２） 激活抗氧化酶——体内许多抗氧化酶如超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、谷胱甘肽过氧化物酶（ＧＳＨ－Ｐｘ）、过氧化物酶（ＣＡＴ），对自由基有高效的清除作用。ＴＰ不仅能防护体内抗氧化酶，还能促进其活性。
３． 络合诱导氧化的金属离子
（１） 络合铁离子——铁离子能促使、·ＯＨ、Ｈ２Ｏ２生成，催化脂过氧化物裂解，引发新的脂质过氧化链式反应。体内外试验均证明ＴＰ能有效络合铁离子而减轻自由基损伤。因儿茶素主要络合游离的过量铁，不会争夺铁蛋白的络合态铁，故不会引起缺铁性贫血。
（２） 络合铜离子——ＴＰ对铜离子的络合作用可抑制铜离子催化的ＬＤＬ氧化，但在一定浓度范围内不会影响Ｃｕ２＋的ＳＯＤ活性。
（３） 络合钙离子——脑组织缺氧时，ＡＴＰ减少，细胞不能维持跨膜离子梯度，细胞内钙离子升高，激活黄嘌呤氧化酶。ＴＰ通过络合细胞内钙离子，抑制黄嘌呤氧化酶的生成，起到抗氧化作用。
４． 再生体内抗氧化体系
（１）再生维生素Ｅ——在亚油酸反应体系中，ＶＥ随时间而线性衰变，但当ＥＧＣＧ存在时可完全被抑制。添加１％儿茶素可抑制高脂饲料引起的大鼠血液中ＶＥ含量下降。
（２）再生维生素Ｃ——负荷ＶＣ的人饮用乌龙茶后能保持全血ＶＣ浓度不变，同时减少尿中ＶＣ排出量，当停止饮茶后，尿中ＶＣ排出量很快上升。ＴＰ能保留和促进体内ＶＣ储存量是由于ＴＰ可以再生ＶＣ。
（３）再生谷胱甘肽——ＧＳＨ是抗氧化剂，可直接清除自由基。雄鼠喂２％绿茶６周后血清中ＧＳＨ明显提高，说明ＴＰ有再生ＧＳＨ的作用。
５． 与其他成分有协同增效作用
ＥＧＣＧ与十几种氨基酸、几种有机酸如柠檬酸、苹果酸、维生素Ｃ、维生素Ｅ等有显著增强抗氧化的作用。其原因可能是ＴＰ的某些组分与柠檬酸等之间的氢键缔合形成稳定的供氢体，它不仅提高了ＴＰ的抗氧化活性，而且还能与不饱和脂肪酸的氧化产物相结合。
异黄酮的抗氧化作用
异黄酮是类黄酮中的一类，主要存在于大豆中，其母体结构有染料木素（ｇｅｎｉｓｔｅｉｎ）、大豆素（ｄａｉｄｚｅｉｎ）和６－甲氧基大豆素（ｇｌｙｃｉｔｅｉｎ）三种。在天然大豆中，主要以连上一个葡萄糖残基的异黄酮苷形式存在。当大豆发酵或酸水解处理，则脱去糖基而形成异黄酮苷原。
大量研究证实染料木素是酪氨酸蛋白激酶的特异性抑制剂，在癌细胞的信号传导和癌基因表达过程中发挥调节作用。另有实验证明大豆异黄酮可竞争性结合雌激素受体，与木酚素可归入植物雌激素类，在防治骨质疏松症中发挥作用。有人认为抗氧化也是大豆异黄酮的抗癌作用机制之一，于是开始进行有关实验，但与其他天然抗氧化物相比，尚处于起始阶段，许多问题尚待深入研究。
１． 清除超氧自由基与过氧化氢
染料木素在体外可抑制ＴＰＡ激活的人多形粒白细胞（ＰＭＮ）和ＨＬ－６０细胞中Ｈ２Ｏ２的生成１～１５０μｍｏｌ／Ｌ范围内呈量－效关系，也可抑制ＴＰＡ激活的ＨＬ－６０细胞中超氧自由基的产生。５～２０μｍｏｌ／Ｌ的染料木素即能抑制黄嘌呤／黄嘌呤氧化酶系统中超氧自由基的生成强度。在ＣＤ－１小鼠皮肤模型中，染料木素抑制ＴＰＡ激活的氧化物生成、水肿和ＰＭＮ的浸润。
２． 抑制脂质过氧化
在体外通过ＥＳＲ检测亚油酸脂质过氧化体系或由Ｃｕ２＋诱导的ＬＤＬ和ＨＤＬ脂质过氧化体系中Ｌ· 和ＬＯＯ·的产生，发现无论在启动反应前或后加入大豆异黄酮（ＳＩ）提取物（含染料木苷９３．６％和大豆苷２．８６％）均能显著抑制脂质过氧化物ＴＢＡＲＳ，且呈量－效关系。在亚油酸体系，ＳＩ的作用与ＶＥ相似，但强度比ＶＥ弱。在脂蛋白体系，ＶＥ只在氧化启动前加入才能显抗氧化作用，氧化启动后加入则无效，而ＳＩ则无论在氧化启动前或后加入均能显出抗氧化作用。
另在高脂动物模型中，大鼠血清及组织中脂质过氧化物（ＬＰＯ）含量显著高于正常，而当在高脂饲料中添加３００ｍｇ／ｋｇ ＳＩ时，能显著降低血清和组织中ＬＰＯ含量。ＥＳＲ检测表明补加ＳＩ也使肝脏和心脏中自由基水平下降。由此可见ＳＩ在体内亦可拮抗高脂饲料造成的脂质过氧化。
３． 抑制黄嘌呤氧化酶活性
黄嘌呤氧化酶存在于血管内皮细胞中，催化次黄嘌呤或黄嘌呤氧化生成尿酸和。局部缺血时，可触发其催化反应，生成过量而引起组织的氧化应激损伤。体外实验表明５０～２００μｍｏｌ／Ｌ的ＳＩ能显著抑制黄嘌呤氧化酶活性，且呈量－效关系。
４． 增强抗氧化酶活性
高血脂大鼠模型同时有红细胞、肝和心脏中抗氧化酶ＳＯＤ及ＧＳＨ－Ｐｘ活性显著下降。在高脂饲料中添加ＳＩ，可使红细胞ＳＯＤ略升高，肝中ＳＯＤ显著升高，而肝及心脏中ＧＳＨ－Ｐｘ都显著升高。文献报道，小鼠饲料含染料木素２５０ ｍｇ／ｋｇ，喂３０天后显著增加小肠、肝、肾的ＣＡＴ活性，皮肤的ＳＯＤ和ＧＳＨ－Ｐｘ 活性，及皮肤和小肠的ＧＳＨ还原酶活性。
类胡萝卜素的抗氧化作用
类胡萝卜素是一组６００种以上存在于水果、蔬菜中的色素，呈现黄、桔黄、红色。最著名的类胡萝卜素β－胡萝卜素在肠粘膜细胞内能转变为维生素Ａ，故可称为维生素Ａ前体，是发展中国家维生素Ａ摄入的主要来源，因此属于已知营养素范畴。其他类胡萝卜素能转变为维生素Ａ的是α－胡萝卜素和β－隐黄质，但其效价只有β－胡萝卜素的一半。还有许多类胡萝卜素不具有维生素Ａ活性，但具有防治慢性病的生物效用，其中研究最多的是番茄红素，近年来叶黄素和玉米黄素也受到重视。此外还有角黄素、链孢红素、虾青素等。
类胡萝卜素转变为维生素Ａ，除了能预防维生素Ａ各种缺乏症状外，视黄酸能导致细胞分化，减少细胞增殖，是防止癌症及其他慢性病的机制。其他机制包括清除活性氧、上调细胞间隙连接通讯、增强免疫功能、诱导解毒酶等。β－胡萝卜素早已列为抗氧化营养素而被广泛研究。因此，本文主要简述番茄红素和叶黄素的抗氧化作用。
１． 番茄红素
番茄红素在体内不能合成，必须从食物供给，主要来自番茄及其制品，番茄酱的生物利用率高于新鲜番茄。颜色红的含量可达５０ｍｇ／ｋｇ，而黄的只有５ｍｇ／ｋｇ。西瓜、番木瓜、番石榴、粉红色葡萄也含有番茄红素。番茄红素能很好吸收，增加血清含量，降低对脂类、蛋白质、ＤＮＡ的氧化损伤。
番茄红素是类胡萝卜素中最强的抗氧化物，因防护大分子免受氧化而防止癌症与动脉硬化。番茄红素因多烯链长、共轭双键多，故比β－胡萝卜素与ＶＥ有更强的清除单线氧的能力。体外试验表明番茄红素能清除ＮＯ２·、ＲＳ·、ＲＳＯ２·基，防止ＡＭＶＮ所致脂质体膜的脂质过氧化。抑制ＬＤＬ氧化的强度依次为：番茄红素＞维生素Ｅ＞α－胡萝卜素＞β－隐黄质＞玉米黄素＝β－胡萝卜素＞叶黄素。番茄红素能防护淋巴细胞免于所致膜损伤和细胞死亡，两倍于β－胡萝卜素的作用。
动物试验显示，膳食番茄红素１０ｍｇ／ｋｇ可明显降低脂类和蛋白质氧化，对ＡＯＭ所致结肠癌前病变有防护作用。多中心病例－对照研究（ＥＵＲＡＭＩＣ）评价脂肪组织抗氧化状态与急性心梗的关系，表明在那些ＰＵＦＡ脂肪储备最高者中，番茄红素的防护作用最强。同样，另一研究发现血中番茄红素低者，冠心病的危险性和死亡率高。
人群干预试验较少。摄入无番茄红素２周者血清番茄红素下降５０％，而ＴＢＡＲＳ上升２５％。摄入含番茄红素的蔬菜汁与番茄汁，实验对象中可减少ＤＮＡ断裂现象。哈佛医学院４８０００人的研究表明，每周摄入两次番茄制品，前列腺癌的危险性可减少３４％。其他两处报告蕃茄红素可延缓乳腺癌、肺癌、子宫内膜癌细胞的增殖，较β－与α－胡萝卜素更有效。服用番茄红素提取物补充剂可降低前列腺癌病人前列腺特异抗原水平。
２． 叶黄素与玉米黄素
叶黄素与玉米黄素亦属类胡萝卜素，存在于许多水果和蔬菜中，以绿叶菜中含量为高，如菠菜、西兰花等。它们不能转变为维生素Ａ，在体内不能合成，在眼组织中浓度很高，特别在晶体和视网膜的黄斑部。
由于强光暴露能在晶体和视网膜产生自由基，视网膜的氧化代谢高，所以对眼的氧化应激易引起老年性黄斑变性与白内障。叶黄素与玉米黄素能吸收蓝光，减少对视网膜的光化学损害，又因其抗氧化性质能限制氧穿入膜的程度，减少氧化应激所引起的损伤，故可防止或减轻老年性黄斑变性和白内障的发生。
流行病学研究结果对摄入叶黄素与玉米黄素多者可减少白内障发病率或摘除的危险性比较一致，但对减少黄斑变性的危险性尚不一致，需更多的长时间观察。
在体外，玉米黄素可清除过氧亚硝基，减少主动脉内皮细胞表面的粘附分子，它在动脉硬化发病过程中起重要作用。血清或膳食中叶黄素高者，冠心病或中风的发病率低。叶黄素与玉米黄素还能抑制乳腺癌细胞增殖，目前正深入进行防癌的有关研究。现已有从金盏花瓣提出的叶黄素结晶样纯品作为膳食补充剂供应市场。
３． 角黄素
角黄素首先从一种食用菌Ｃａｎｔｈａｒｅｌｌｕｓ检出，以后发现大量存在于藻类、甲壳类虾、龙虾、某些鱼类鲑鱼、西鲱中。在体外试验中，角黄素是强的单线氧清除剂，作用大于β－胡萝卜素或玉米黄素，但小于番茄红素或虾青素。同样，在亚油酸系统它能减慢自由基氧化；或在卵磷脂脂质体过氧化中成为断链的抗氧化物。膳食中角黄素可抑制Ｆｅ３＋促进的生物膜过氧化，但其作用较小，可能是通过间接机制，改变组织中维生素Ｅ水平而发挥作用。
其他抗氧化植物化学素
植物中还含有许多非类黄酮的酚类物质，有羟基苯甲酸ＨＢＡ和羟基肉桂酸ＨＣＡ两类及其衍生物。除游离型外，还有结合型，统称为酚酸。ＨＣＡ有的与羧酸或葡萄糖形成酯类，酯化可增强其抗氧化性能。ＨＢＡ主要以糖苷形式存在。酚酸还可与其他天然化合物如类黄酮、羟基脂肪酸、固醇或细胞壁多聚物结合。
与类黄酮比，酚酸在蔬菜、水果、谷物中的含量都很高，如苹果、土豆、白菜、番茄，各种果汁、酒类、咖啡等饮料都广泛存在，每日可摄入几克以上。类黄酮在大肠经微生物代谢亦可形成酚酸衍生物。
在体外试验中，酚酸显示其为抗氧化物，如咖啡酸、香豆酸能防止ＬＤＬ氧化，并可再生维生素Ｅ，起协同作用；又如麝香草酚、姜辣素醇能有效清除过氧基而减少脂质过氧化；又如阿魏酸能抑制磷脂脂质体的过氧化，防护脱氧核糖免受·ＯＨ攻击；又如绿原酸、咖啡酸、阿魏酸都能对脂氧合酶和环氧合酶产生抑制作用。
目前尚未见酚酸预防慢性病的流行病学研究报告，因含酚酸的食物也含类黄酮和其他抗氧化物，又无生物学指标如血中含量作为依据，故很难阐明其单独的抗氧化性能。但酚酸对于食物本身的防止氧化变质，保持维生素Ｃ稳定等方面的作用都很明显，并优于合成抗氧化剂。
食物中的植酸、磷酸肌醇能与铜离子和铁离子螯合，防止这些离子经Ｆｅｎｔｏｎ反应而生成·ＯＨ，因而也具有抗氧化作用。大豆皂苷和皂角苷存在于大豆及其制品、坚果中，也是抗氧化物。
总之，植物化学素是膳食抗氧化物的重要组成部分，其作用机制可以是直接清除自由基，或减少自由基的生成，或消除其前体如Ｈ２Ｏ２，或与金属螯合，或抑制氧化酶，或增强内源性抗氧化物与抗氧化酶。
由于多数植物同时具有不同种类的植物化学素与抗氧化营养素，因此大部分研究都是体外试验。流行病学研究或人体实验大多是蔬菜、水果和某些食物对慢性病防治效果的综合观察。鉴于分离提取技术和检测技术的进步，已有可能获得各种植物化学素的纯品，供研究其构效关系和量效关系之用，并通过动物和人体的效用及机制研究和毒性实验，为制备有保健功能的膳食补充剂提供科学依据。植物化学素的开发研究将迎来保健食品新的繁荣。 | 