植物SOD与超级抗氧化物（SOD-like)资源开发及应用前景研究

                                 左有权

前   言

     超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD，EC．1．15．1．1)是生物学与医学美容学前沿的研究课题之一．1955年英国Harman博士最早提出衰老的自由基(free radical)学说。1969年，美国J．M．McCord和Fridovich发现SOD以来，人们已从动物、微生物和植物等各种生物体内分离到SOD．1985年与1989年国际SOD学术研讨会上，专家学者一致认为，深入进行SOD之研究具有理论、实际意义和应用价值，更吸引许多生物学家及医药界推动基础和临床医学的发展。学术界为肯定Fridovich研究贡献，于1982年选为诺贝尔奖候选人，超氧化物歧化酶（SOD）的发现与研究在推动生命科学，尤其是自由基生物学的发展中起着十分重要的作用，在预防医学与抗衰老领域占据着重要的地位，而在国际上常称它为自由基生物学发展的一个里程碑。近年来，医学专家经过一连串科学研究发现，最新抗氧化研究进展表明，人们越来越趋向于应用天然抗氧化剂，天然或其加工食品或生药中存在着许多抗氧化剂(Antioxidants)，而其中有一部份具有类似超氧化物歧化酶活性，可减少、清除体内的自由基。因此，此类成份(分子)被称为超氧化物歧化酶类似物(SOD-like)。SOD-like这种新型超级抗氧化剂新资源，对生物医学、抗氧化保护以及化妆品研发具有重要意义。是21世纪预防医学的新主流。本文对植物SOD与类SOD资源开发及应用前景研究作一综述。

  

 一、  概述

   　SOD-like(超级抗氧化剂、活性样化合物，简称SOD-L)：是非酵素型的小分子超级抗氧化物质，其抗氧化作用是维生素E的50倍,维他命C的20倍，是耐热又稳定的超级抗氧化剂，它具有SOD的相似功能，也能促进人体内SOD的合成；更重要的是它不会轻易被人体胃酸破坏，有利于人体吸收和正常代谢；可以去除身体内会破坏细胞的自由基。

  人的寿命与体内抗氧化物质含量成正比，抗氧化物质是决定人寿命长短的重要要素。在生理情况下，机体内产生少量的氧自由基，能被体内的抗氧化酶或抗氧化剂迅速清除，一般不会产生细胞损伤作用。人体在健康的情况下，本身就具有适当的反应机制：如透过体内抗氧化酵素 (Antioxidizing Enzymes)作用，以避免过多自由基的产生。然后随着人的年龄越大或者一些机体损伤，体内的抗氧化酶如超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase) 的分泌或活性有下降的趋势，导致消除自由基的能力减弱，抗氧化酶活性下降，体内产生的过量氧自由基无法得到及时清除，机体受到侵害。有效补充SOD，可以提高人体自身消除自由基的能力，能有效清除机体代谢过程中所产生的过量O2-，延缓由于自由基侵害而出现的衰老现象，延缓皮肤衰老和脂褐素沉淀的出现及预防各种疾病的产生。 

   SOD是体内防止自由基损伤的第一道防线，是生物体内最重要的抗氧化酶。SOD作为O2-最有效、最重要的抗氧化酶之一。常见的几种人体吸收方式可分为舌下吸收（口腔粘膜）、胃肠吸收。由于体内酵素型抗氧化物属于大分子物质，直接服用几乎对体内帮助效果甚微，在进入机体后，半衰期短，无论是经注射或口服，都很快的被代谢，排出人体外，故无法正常发挥外源SOD生理功效。天然SOD稳定性差，不易保存，限制了其在食品医疗等领域的应用。目前 SOD-like 的研究已从抗氧化及抗衰老机制研究扩展到其在化妆品、食品和医药领域的应用研究成果显著。SOD-like是迄今为止发现的抗氧化能力最佳的物质之一，其作用无论在预防癌症，心血管疾病及其它生理疾病等相关病症都有意想不到的神奇效果。

二、植物SOD与SOD-like应用研究

   1、植物SOD 属于酸性蛋白,对pH、热和蛋白酶比一般酶稳定。近年来不少学者对SOD 的理化特性、金属离子含量、氨基酸顺序、分子结构及稳定性等进行了系统的研究。（如表一）植物CuZn-SOD分子量一般在25000—46000之间,紫外吸收峰 254—290之间；主要存在于细胞溶质内，叶绿体的基质和类囊体内以及线粒体膜间隙也存在；植物Mn-SOD分子量由于亚基数不等(2-4)，所以差异较大，紫外吸收在280内,主要存在于线粒体基质，也有报道在叶绿体基质和类囊体膜上也存在；Fe-SOD分子量则在4万左右，紫外吸收多在280范围内，存在于叶绿体基质中，不存在于线粒体中。

  2、以串叶松香草中的SOD为例，通过建立了SOD的结构模型，并标明了每个氨基酸残基及Cu2+和Zn2+的位置。最突出的结构特征是圆桶状结构，其外壁由八股序列以反平行β折叠的形式组成。β圆桶的序列片段为残基2-11，13-23，26-35，38-47，80-88，91-100，112-118和142-149。Cu2+ 和Zn2+ 通过His 61咪唑环配体加入进来，Cu2+的位置相对暴露于溶剂，而Zn2+埋藏于分子内部。除了共享的His 61，配位到Cu2+上的还有His 44，46和118，配位到Zn2+上的还有His 78和69及Asp81。根据KCN和H202抑制实验对串叶松香草植物SOD粗提液多条电泳谱带的鉴定。CuZn-SOD对KCN和H202均敏感；Mn-SOD对KCN、H2 都不敏感，Fe-SOD对KCN不敏感，而对H2O2敏感的特性，串叶松香草粗提液存在Mn-SOD同功酶。

              　　表一：三种植物ＳＯＤ主要理化特性

 

理化特性	CuZn-SOD	Mn-SOD	Fe-SOD
分子结构	二或四聚体	二或四聚体	二或四聚体
分子量	32000 ,65000	42000 ,85000	42000 ,85000
每个亚基金属含量	1Cu∶1Zn	0. 5～1 Mn	0. 5～1 Fe
颜　色	蓝绿色	紫红色	黄褐色
特征吸收峰	260nm,680nm	280nm,475nm	280nm
分子构象主要	为β-折叠主要	为α-螺旋主要	为α-螺旋
抑制剂	CN-H2O2	氯仿-乙醇	氯仿-乙醇,H2O2

 

                                                                                                                                                              

  2 、SOD-like抗氧化活性物质资源的发现  

    （SOD-Like）最早研究出现在日本，最近有科学家通过大量科学测试证明，蔬菜、水果不仅提供人体所需的一些维生素、矿物质和纤维素等，而且还含有许多植物抗氧化物质，如一些蔬菜、水果含有丰富的多酚类物质，包括类黄酮、花色素类等，有些物质的抗氧化作用甚至强于人所熟知的抗氧化剂维生素C、维生素E和胡萝卜素。以下是各种蔬菜和水果的抗氧化活性排行： 

    36种蔬菜抗氧化活性排行榜(从强到弱) ：藕、姜、油菜、豇豆、芋头、大蒜、菠菜、甜椒、豆角、西兰花、青毛豆、大葱、白萝卜、香菜、胡萝卜、卷心菜、土豆、韭菜、洋葱、西红柿、茄子、黄瓜、菜花、大白菜、豌豆、蘑菇、冬瓜、丝瓜、蒜薹、莴苣、绿豆芽、韭黄、南瓜、芹菜、山药、生菜。 

30种水果抗氧化活性排行榜(从强到弱)：山楂、冬枣、番石榴、猕猴桃、桑葚、草莓、玛瑙石榴、芦柑、无籽青皮橘子、橙子、柠檬、樱桃、龙眼、菠萝果、红蕉苹果、菠萝、香蕉、李子、荔枝、金橘、玫瑰葡萄、柚子、芒果、久保桃、杏、哈密瓜、水晶梨、白兰瓜、西瓜、柿子。  

从酶类或非酶类抗氧化系统角度考察，这些蔬菜、水果都有着丰富的类SOD资源，主要与下列因素有关：

（1）、产品中含有生理活性物质，如黄酮类、三萜类、皂甙类素等化合物，也含有丰富的有机酸，它们都具有类SOD活性，也能促进新陈代谢，使SOD活性明显提高；

（2）产品中都含丰富的微量元素，其中Cu、Zn或Fe、Mn都能对提高SOD活性起到一定的作用；

（3）产品中普遍含有丰富的维生素，其中维生素C、E本身就是自由基清除剂，由于它们的抗氧化性，减少自由基与SOD的接触，SOD的消耗因而减少；

（4）不少天然植物原料自身就含有SOD． 由于这些因素，从多方面改善了机体内自由基的代谢状况和新陈代谢，达到抗衰老的作用．

（5）许多植物资源在测定SOD或类 SOD活性基础上，已经进行了SOD的提纯。例如，串叶松香草、小白菜、菠菜、青竹梅、小麦叶、茶叶、芥篮叶、油甘果等等．

  3、SOD-like资源考察方法：国内有大量文献报道利用多种产生O2-模型对天然植物，包括中草药植物、水果蔬菜、谷物和海洋植物中SOD及类SOD活性进行了考察，有关研究说明：第一，含SOD或具类SOD活性的植物资源相当丰富，从低等的藻类到高等的植物，不同来源，不同科属种，不同器官(包括茎、叶、花、果实、果 ．仁)。不同组织(线粒体、胞质、叶绿体等)以及植物细胞的不同组份(如黄酮类、双酯类、色素、糖肽、酚类、有机酸以及多种混合成份)都存在SOD或类SOD活性；第二，由于SOD是迄今发现所有酶中，唯一能歧化O2-的大分子清除剂，故只要建立释放O2- 的体外模型进行筛选就不难确定植物组织或从植物中提取的多种成份的类SOD活性(SOD Like Activity，SOD—L)。第三，借天然植物类SOD活性的测定，判断植物 材料或植物制品的品质。第四，筛选抗衰老药物成份。SOD—L活性已作为抗衰老药物的重要指标。

不断研究和开发中草药、蔬菜、水果等抗氧化活性有效成分及SOD-like新资源在防治人类一些与自由基损伤相关的疾病以及抗衰老过程中起着十分重要的作用。

三、SOD与类SOD的区别  

  1、 SOD为酶类抗氧化剂，是一种大分子蛋白，因具有特殊的生理活性，是生物体内清除自由基的首要物质。SOD对于人体健康之主要作用在于抗氧化与清除自由基，在防御氧的毒性、抑制老年疾病以及预防衰老等方面起着重要作用。医学界研究发现，SOD对各种疾病均有一定的疗效,尤其治疗类风湿关节炎、红斑痕疮,皮肌炎等均有明显效果。 SOD在生物体内的水平高低意味着衰老与死亡的直观指标；现已证实，由氧自由基引发的疾病多达60多种。它可对抗与阻断因氧自由基对细胞造成的损害，并及时修复受损细胞，复原因自由基造成的对细胞伤害。由于现代生活压力，环境污染，各种辐射和超量运动都会造成氧自由基大量形成；因此，生物抗氧化机制中SOD的地位越来越重要。

2、如何区别SOD与SOD-like

 （1）SOD-like的来源与SOD十分相似，目前寻找和研究途径主要有以下几方面：利用多种产生O2-.的模型对天然的生物资源，尤其是植物资源进行考察和筛选；从已知的天然抗氧剂中着手研究SOD的结构与功能；模拟SOD的活性中心或结构，研究类SOD模型化合物。

（2）如何区分SOD和SOD-like？最简单的方法有三种：

一是用蛋白质沉淀剂进行定性判断，如出现浑浊和沉淀为SOD，无混浊和沉淀则为小分子的SOD；二是透析检验，若透析后透析液仍有活性则是为SOD，反之为SOD-like；三是加热处理，将样品100度加热10min，若加热前有活性，加热后无活性则样品应为SOD,因为SOD加热会失活。

3、SOD与SOD-like之间的特异性

（1）组织上特异性

SOD具有很强的组织特异性，同种生物的不同组织内或同一组织不同部位之SOD种类、含量也不尽相同。

（2）品系上特异性

SOD的品系特异性很强，其生物种属不同，SOD种类和含量也不一样，这种品系特异性受多种因素影响，并由生物体的遗传因素决定。

（3）年龄上特异性

在不同生物的不同生长阶段，SOD活性和含量也不完全相同。从植物种属讲，如发芽中的豆类，其SOD含量明显高于种子；而健康人的红血球中SOD活性也随年龄的增加而有明显的下降趋势。

4、SOD-like 是一种生物小分子的复合型抗氧化剂，是一种新型的抗氧化物质。是对抗自由基，可以预防人体的氧化作用、防止细胞膜中多元不饱和脂质被氧化、中和自由基的产生、减少自由基的产生、帮助体内抗氧化酶的生成；强化人体组织功能：抗老化增加人体免疫力、增强新陈代谢功能、降低患癌症几率、强化淋巴组织功能、抵抗过氧化能力，对人体健康有至关重要的作用。

SOD-liker的功效特点，就比如人体就好比铁，SOD-like 就好比油，而人体老化或生病就如同铁生锈。当人体使用 SOD-like 去除自由基时，就好比用油去掉铁锈，而铁生锈得越严重，就需用越多的油；相同的，人体生病得越严重，就需使用越多的 SOD-like，但并不会因此产生任何副作用，此为治疗之功效。再者，使用 SOD-like 可使人体保持现状，就如同油可防止铁生锈一般，此为预防之作用。再就 SOD-like 之预防功效而言，清除体内之自由基能降低生病机率，就好比一颗好的苹果若没有接触到细菌就不会腐烂。因此，SOD-like 具有治本之功效，就如同不是叫坏人不要去做坏事，而是让人不要变成坏人 。

SOD-like 分子量小、易吸收、稳定性强等特点成为抗氧化物质新资源的热点研究之一，SOD-like可作为预防医学最具营养价值的物质，越来越受到人们的青睐 

	超氧化物歧化酶 　　（ＳＯＤ）	类超氧化物歧化酶 　　　（ＳＯＤ-like）
分子量	３０—７０万单位	４００－６００单位
使用方式	因ＳＯＤ为大分子蛋白，直接口服会被肠胃破坏，无法代谢，直接排出体外，故无法对人体产效果 (若把SOD 分解成小分子，则如同将跑车分解成零件，无法作用)，需制作成针剂直接注入人体，才能对人体产生功效。	ＳＯＤ-like为小分子蛋白，易为人体吸收，可采用粉剂与液剂、喷剂型三种剂型方式 。（两内一外）
功效	有抗氧化能力	抗氧化能力更强
吸收程方式与程度	需经胃消化、肠胃吸收方式	内服可通过口腔粘膜吸收（含着即可被人体吸收），外用可以制成医用喷剂，可以通过体表各部位等均可使用。使用范围广，适用于多种癌症、皮肤美容、放疗时的防护。

 

  

四、SOD与SOD-like抗氧化活性物质的关系

研究表明，SOD-like可帮助酶类抗氧化剂SOD、谷胱甘肽( GSSG)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、GSH - PX彻底清除生物体内O2-和Ｈ2Ｏ2、等有害物质，起着多酶协同效应作用。另外SOD-like与外源性抗氧化剂维生素E ( VitE ) 、维生素C( VitC) 、辅酶Q( COQ) 、尿酸、丁羟基甲苯( BHT) 、谷胱甘肽( GSH) 、甘露醇等均有抑制过氧化作用,不同功能及协同使用, 在联合抗氧化中起到关键性作用。如表二：

                  抗氧化剂之间的相互关系（表二）

    氧化损伤是一切损伤之母。所谓氧化就是一些体内的物质在发生的一系列生

化反应（得到电子的过程）。抗氧化自然就是减轻或减缓这一反应（或者叫失去电子）。比如说苹果切开以后剖开面会生锈，就是被氧化的。铁钉放在空气中也会生锈，这也是被氧化了，我们的人体也是一样，有很多容易被氧化破坏的地方，比如血脂、细胞膜、线粒体、染色体上的端粒等都是很容易被氧化的地方，遍布每个器官的细胞，这些东西的被氧化，直接或间接影响着我们的寿命，氧化与许多的人体疾病、健康问题与老化等，都有部分相关；而自由基在学术领域中被称作是万病之源，与自由基有最直接关联之疾病为心血管疾病与癌症，因此若能消除自由基，就能解决许多人体健康问题。SOD-like 与药物不同，并非直接去影响疾病或是针对某一个病毒，而是提高人体 SOD活力，进而提升人体抵抗力，降低被病菌与病毒侵犯的机会。换言之，药物为治标，SOD-like 则为治本，以降血脂来举例说明，SOD-like 并非真正减少体内脂肪，而是降低自由基去侵占体内脂肪，降低自由基与脂肪交互感应的机会，进而达到降血脂的功效。

结论，近年来人们不断地尝试各种方法来改造SOD天然结构，改善其稳定性、靶向性、SOD模拟物等性质，以拓展其应用范围。在此期间，有关植物SOD的工作不少是侧重同工酶的研究和生理研究 ，分离纯化方面近些年来也相当活跃。陆地与海洋有极丰富的植物资源，植物中天然抗氧化剂或SOD-like物质亦很丰富，很有研究价值与应用前景。对生物体的强氧化损伤，仅单一物质作用是不够的，除SOD外同时尚需其他抗氧化物共同反应，如catalase、glutathione peroxidase和其他抗氧化剂，使之形成相互补充及协同保护，达到清除自由基之最大效果。将自由基理论和SOD-like抗氧化资源用于食品工业、饮料工业、酿造工业、烟草工业和制药工业, 促进食品市场呈现出基础理论与实践相结合的特色, 这些产品所产生的社会效益不仅从实践中论证了衰老的自由基理论, 也从一个侧面反映了衰老的规律。同时也有利于延缓人类的衰老, 增加生产商的经济效益。 因此，本文探索和开发从植物或中草药资源中筛选具有抗氧化和清除自由基活性的SOD类似物质，对植物SOD与SOD-like活性物质在食品和医药领域的产品开发和应用其抗衰老和抗氧化作用均有重要意义，可为今后系统研究天然抗氧化剂或SOD-like物质奠定基础。

主要参考文献（略）

 

 

作者：左有权，新加坡国立大学（NUS）生物工程哲学博士 主要研究方向：SOD应用与市场研究、P&P蛋白家族抗氧化、抗衰老研究