张友源,孙胜楠,金少瑾,朱云峰,徐翠翠,马 莺,2,卢卫红,2,*

(1.哈工大机器人(山东)智能装备研究院 生物健康工程研究所,山东济南 250200; 2.哈尔滨工业大学化工与化学学院,黑龙江哈尔滨 150090)

芹菜(ApiumgraveolensL.)属伞形科(Apiaceae)一年或者两年生植物，主要分布于温带地区,约有20种,我国仅有2种,分别为旱芹(A.graveolensL.)和细叶旱芹(A.leptophyllumL)。旱芹在我国南北各省区均有栽培,供作蔬菜，果实可提取芳香油,分布于欧洲、亚洲、非洲及美洲;细叶旱芹主要产地为江苏、福建、台湾和广东等省,为外来种,分布于美洲、大洋洲、日本、马来西亚和印度尼西亚的爪哇,药用以旱芹为佳,是药食同源品种[1]。随着人们生活水平和健康意识的提高,芹菜的消费和潜在价值不断得到开发和利用。芹菜中的生物活性成分可以用于医药和化工行业[2]。芹菜不仅含有维生素、胡萝卜素、蛋白质和纤维素等营养物质,同时黄酮类化合物和挥发油等含量也很丰富[3]。随着对芹菜研究日益深入,芹菜中的化学成分被不断被发现,芹菜所独有的生物活性和药食同源价值也越来越引起关注。

生殖是人类繁衍生息和文明继代的基础,两性健康是生殖的必要条件,高质量的生殖是衡量社会文明与发展的重要标准。越来越多的研究发现日常饮食与生活习惯对生殖健康有很大影响[4]。明确日常饮食对生殖的影响,是提高生育水平的重要途径。

1 芹菜化学成分及其功效

芹菜中的化学成分种类十分丰富,主要包括黄酮类化合物、挥发油和其他成分,黄酮类成分和挥发油属于芹菜中的主要生物活性成分[5]。

1.1 黄酮类化合物

黄酮类化合物[6-7]是芹菜中主要的次生代谢产物之一,主要包括黄酮和糖基黄酮两种。芹菜中的黄酮主要有芹菜素、山奈酚、槲皮素和异鼠李素[8]等。糖基黄酮主要包括芹菜苷、3′-甲氧基芹菜苷[9],柯伊利素-7-O-葡萄糖苷和木犀草苷[10]等。不同构型的类黄酮化合物生物活性存在差异。黄酮类化合物的主要活性有抗氧化、抗炎、抗肿瘤和心血管保护作用[11-12]。在生物系统中,脂质过氧化反应与许多病理状态有密切的联系,具体表现如下:

1.1.1 抗氧化 自由基的生成会导致细胞老化和损伤方面[13]。通过DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)法检测从芹菜叶或者是芹菜茎中分离得到的黄酮均可以减少羟自由基的产生,降低脂质体LPX的强度[14]。同时还可以显著降低MAO-a活性和脂质过氧化反应,抑制大脑中超氧阴离子和谷胱甘肽过氧化物酶活性,进一步防止因额叶和波状体中的神经元因过氧化而导致的抑郁症的发生[15]。

1.1.2 抗炎 芹菜素抑制PMA诱导的A549细胞促炎细胞因子和AP-1因子的表达,从而达到抗炎的作用[16]。木犀草素通过阻断小鼠肺泡巨噬细胞NF-kb和AP-1激活途径抑制炎症相关基因的表达,继而达到抗炎的效果[17]。

1.1.3 抗肿瘤 芹菜中的化学成分具有抗肿瘤的作用。芹菜素脂质体-酪氨酸抑制剂作为组合药物可以诱导肺癌细胞(A549)G2期阻滞,通过末端脱氧核苷酰转移酶介导的DUTP nick-e协同促进癌细胞凋亡[18]。芹菜素可以提高蛋白激酶CK2的活性,调节转录子Ikaros的表达平衡,防止因T细胞发育受阻导致胰腺癌的发生[19]。

1.1.4 保护心脑血管 芹菜素降低冠状动脉血流中肌酸激酶(CK)和乳酸脱氢酶(LDH)水平,可降低心肌梗死面积,改善心率,通过调控JAK2/STAT3的磷酸化来降低心肌缺血再灌注损伤[20]。芹菜素能够调节2型糖尿病大鼠糖和脂代谢,改善血管功能障碍[21]。

1.2 挥发油

挥发油是具有特殊气味的植物中的天然复合物质,广泛用于食品、化妆品和医药工业[22-23],其主要成分包括萜烯类化合物、酚类化合物、酯类和芳香族化合物[24-25]。

1.2.1 芹菜挥发油的分布及种类 Hamrounisellami等[26]对旱芹叶、茎、根的挥发油进行了提取和比较,结果表明:旱芹叶中挥发油和香气提取物的比例最高,其次是茎和根。不同品种芹菜挥发油的化合物种类及百分比存在差异[27-28](表1)。旱芹和细叶旱芹中挥发油的种类及其含量存在很大区别,旱芹挥发油中占比例最大的是柠檬烯(31.15%)和β-瑟林烯(22.28%)[27],细叶旱芹的挥发油中占比例最大的是γ-萜品烯(41.6%)和1-甲基-2-异丙基苯(27.80%)[28]。

表1 芹菜挥发油中化合物及所占百分比Table 1 Chemical compounds and percentageof celery essential oil

1.2.2 避虫抑菌 芹菜精油对谷蠹有明显的毒性作用,24 h后对50%昆虫种群的致死浓度(LC50)为53.506 μL/L[29]。Benelli等[30]对芹菜精油的生物防治作用进行了研究,发现芹菜挥发油对五叶库蚊、家蝇、斜纹夜蛾和非洲棉叶虫斜纹夜蛾等有很好的防治效果。Khalil等[31]发现旱芹精油对大肠埃希菌、支气管败血性博德杆菌和金黄色葡萄球菌均表现为优秀的生物活性;进一步研究表明,芹菜叶精油是清除自由基活性的天然抗氧化剂。旱芹菜籽提取物对多种病原微生物,特别是革兰氏阳性菌有良好的抑制作用[32]。

1.2.3 保护心脑血管 丁基苯酞是芹菜挥发油中的一种有益于心脑血管疾病恢复的化合物[33],动物实验表明,丁基苯酞能够促进微血管生成,增加缺血区的脑血流量、改善微循环,解除微血管痉挛,缩小局灶性脑缺血后的梗死面积,对缺血性脑卒中所致脑损伤的多个病理环节有阻断作用,提高胆碱乙酞基转移酶的活性,抑制神经细胞凋亡,继而防止老年痴呆[34-36]。丁基苯酞(商品名为恩必普)是我国第三个拥有自主知识产权的化学药物,也是世界上专门用于治疗脑血管病的化学新药。

1.3 其他成分

芹菜中含有大量的膳食纤维,膳食纤维根据水溶特性可以分为水溶性膳食纤维和非水溶性膳食纤维。芹菜中的膳食纤维含量高达79.5%,其中不溶性膳食纤维占69.0%[37],膳食纤维能促进有益肠道细菌的生长和活性。通过选择性刺激有益细菌如乳杆菌和双歧杆菌在结肠中的生长和活性,对宿主产生有益的影响,从而改善宿主的健康[38]。Mudgil、Mongeau等[39-40]发现芹菜中的膳食纤维可以改善小鼠的肠道功能,食物中增加膳食纤维增加可以促进总脂肪排泄。芹菜中的主要化学成分还包括脂肪酸、香豆素、多糖和萜类等化学成分[41-42]。

2 芹菜对生殖系统的影响

芹菜中的化学成分不断被开发,生物活性也逐渐被发掘,其中芹菜对生殖系统的影响日益受到关注[43]。两性健康以及生育问题是人类繁衍生息的关键所在,近期的研究表明芹菜对两性生殖系统表现为不同的生物活性作用[43]。

2.1 对性激素的影响

性激素作为性器官成熟、副性征发育及维持性功能的主要物质,对生殖系统的发育和成熟有很大的作用。性激素主要有雌激素、孕激素和雄激素,性激素并存于两性中,激素的差异不在于性别差异,而在于两性中的荷尔蒙浓度和类固醇激素受体的定量差异表达[44]。性激素的浓度和类固体激素受体的表达是性发育的基础[45],性激素的调控主要受到下丘脑-垂体-性腺轴的调节[46],芹菜通过调节激素转化与合成的前体物质浓度来调控性激素浓度。同时芹菜中的化学物质还可以修复外界因素造成的激素水平紊乱[47]。

旱芹中的有效成分可以直接影响激素的合成与水平。用旱芹提取物对雄性小鼠进行灌胃处理,实验组促黄体生成素水平明显低于对照组和安慰剂组,病例组卵泡刺激素和睾酮水平与对照组比较无显著性差异[48]。同时对于外界因素造成的激素水平失衡,芹菜中的化学成分也有一定的修复作用。Madkour[47]在观察邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯DEHP对睾丸的损伤时发现,注射芹菜籽油可以恢复因为DEHP损伤而导致睾酮、FSH、LH和雌二醇等激素的水平,得出芹菜籽油可以减少DEHP所致睾丸的损伤。进一步研究芹菜中的化学成分是通过下丘脑-垂体-性腺轴调节激素水平,对处于发情期的大鼠进行侧脑室分别注射芹菜素和绒毛膜促性腺激素HCG以及两者混合物的处理,用放射免疫法测定血清、卵巢组织和垂体组织中卵泡刺激素FSH、促黄体生成素LH、雌二醇E2以及孕激素P的含量,实验结果表明芹菜素确实对小鼠的生殖轴有调节作用,芹菜素抑制腺垂体FSH和LH的分泌，从而抑制卵巢雌二酮E2和孕激素P的分泌,证实芹菜素确实对小鼠的生殖轴有调节作用[49]。同时处理浓度雄性大鼠垂体-性腺轴有剂量依赖性的负效应[50]。此外还有研究发现,芹菜素可以作用于激素调节关键酶进而调节激素分泌。芹菜素可以抑制17β-羟基类固醇脱氢酶的活性[51],17β-羟基类固醇脱氢酶是一类NAD(P)H/NAD(P)+依赖的氧化还原酶,其主要功能是参与性激素的代谢,为性激素合成过程中最后步骤的催化酶,催化性激素C17位上的酮基和醇基之间的还原和氧化反应,使低生物活性的雌酮(E1)、雄烯二酮(A2)与高生物活性的雌二醇(E2)、睾酮(T)之间相互转化[52]。

2.2 对生殖器官的影响

2.2.1 雄性生殖器官 芹菜对雄性生殖系统的影响主要表现在两个方面，包括对生殖器官的保护作用和对生精系统的影响。对生殖器官的保护作用主要体现在对生殖器官癌症的防治作用和对生殖器官损伤修复作用。

2.2.1.1 对生殖器官癌症的防治作用 前列腺癌是雄性常见癌症之一,高年龄段全球发病率高达50%以上[53],并且发病年龄有逐年降低的趋势,朱意[54]曾经检测不同浓度和不同处理时间的芹菜素对前列腺癌细胞株(DU145)的影响,结果表明芹菜素以一种时间-剂量依赖的方式抑制前列腺癌DU145细胞的增殖,表现为浓度越高,作用时间越长,对细胞的抑制作用越强。芹菜素在10、20 μmol/L浓度下作用于 DU145 细胞24 h后,细胞的迁移能力和运动能力得到了抑制。同时,芹菜素可以抑制癌细胞内AR蛋白表达和PSA分泌减少,导致细胞生长受到抑制。此外,芹菜素处理LNCaP细胞后发现细胞周期蛋白D1、D2和E以及激活因子Cdk2、4和6表达受控,导致细胞G1期阻滞,加速前列腺癌细胞凋亡[55]。

2.2.1.2 对生殖器官损伤的修复作用 Skondras等采用静脉注射的方式对睾丸扭转后和切除睾后再灌注的小鼠进行处理,组织病理学和免疫组织观察发现,处理组小鼠睾丸大部分损伤程度为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级损伤,组织学表现为轻度和中度,凋亡细胞数较对照组明显减少，证明芹菜素对睾丸扭转和退扭转后睾丸缺血再灌注损伤具有保护作用[56]。芹菜素对热致睾丸损伤有抑制作用[57],可作为睾丸热疗后退变效应的一种抑制剂,同时芹菜素还通过NF-κB途径对丙烯腈所致大鼠亚慢性的精子损伤有保护作用[58-59]。芹菜醇提物对丙二醇引发的初级精母细胞、支持细胞和精子数量减少,具有修复和保护作用,甚至恢复到正常的生殖水平[60]。急性实验发现,灌胃7 d后中剂量组小鼠精子密度增加,c级(非前向运动)和d级(不动)精子比例增高,精子活力和精子活率大幅度降低。交配组和恢复组各实验亚组间精子质量参数的差异,无统计学意义。亚急性实验中观察到不同剂量组灌胃小鼠随着芹菜汁浓度的增高,精子密度有降低的趋势,高剂量组b级(慢或呆滞的前向运动)精子比例、精子活力及精子活率增加,而d级(不动)精子比例降低,小鼠精子平均路径速度(VAP)、曲线速度(VCL)、侧摆幅度明显增大,而鞭打频率显著降低[61]。芹菜素会影响精子密度,同时恢复组小鼠的精子密度、精子运动状态、精子活力及活率组内变异较小,显示芹菜对以上指标的影响具有可恢复性[62-63]。

综合前期的研究发现,芹菜素对于雄性生殖系统的影响主要集中在对前列腺的保护作用以及对生精系统的影响。目前研究结果表明,芹菜素可以促进前列腺癌细胞的凋亡,防止前列腺癌的发生和扩散，同时也会导致精子的密度降低,精子活力受到影响，但是这一影响具有可恢复性。芹菜素在这一潜在特性在实际应用中可以作为雄性避孕药的备选化合物。

2.2.2 雌性生殖器官 芹菜对雌性生殖系统的影响主要体现在对卵细胞发育相关细胞的数量和质量的影响以及生殖器官的保护作用。

2.2.2.1 对卵细胞发育相关细胞的影响 Zainab等[64]研究芹菜对雌性小鼠的生殖器官时研究发现,芹菜籽乙醇提取物低浓度时(150 mg/kg)影响较大,观察组织切片发现黄体和发育卵泡的数量和大小增加,卵巢皮质无充血,初级卵泡和次级卵泡数量较对照组增多。芹菜籽醇提物高浓度(300 mg/kg)时显示,卵巢皮质含有较少的初级卵泡和次级卵泡,皮质细胞肥大、充血,部分皮质细胞核增厚,黄体数量减少,有大量闭锁卵泡存在。与低浓度组相比,150 mg/kg时,除出现皮质充血征象外,还可增加卵巢髓质动脉和静脉直径,从而影响卵巢的血液供应。芹菜中的黄酮成分有类激素作用,以0.6、1.2 g/kg剂量的乙醇提取物,给予去卵巢雌性大鼠灌胃,用阴道涂片进行研究,并称量正常和去卵巢雌性大鼠子宫质量。两个剂量的对照组,提取物诱导的去卵巢大鼠子宫质量明显增加,血浆中孕酮和雌激素总量显著增加;另一方面,该提取物使LH和催乳素显著减少[65]。

2.2.2.2 对雌性生殖器官的影响 芹菜对生殖器官的病变存在一定的防护和修复作用。人类乳头瘤病毒(HPV)是引发人类宫颈癌的常见病毒,尤其是由HPV编码基因E6和E7负责编码的16型和18型属于高危类型,芹菜素可以抑制E6与FADD和casepase8结合,继而防止正常细胞感染病毒[66]。

芹菜对雌性生殖系统的影响发现芹菜可以保护宫颈和卵巢避免病毒感染,同时对卵细胞的生成有一定影响,具体影响与处理浓度有关系。高浓度的芹菜提取物处理会对卵细胞的生成造成负面影响,低浓度的芹菜提取物则会促进卵细胞的生成以及数量增加。

2.2.3 对生产的影响 生产的主要指标是新生儿的数量、性别比以及重量等生理指标。芹菜对生产的影响主要体现在新生儿数量及性别。

Kooti等[67]利用芹菜醇提物对雌性大鼠进行灌胃处理,同时与正常雄性大鼠进行交配繁殖,实验组分娩新生儿数量均较对照组显著增加,新生儿体重明显下降,提示芹菜素对小鼠产仔数和质量有影响。Bazafkan等[68]利用芹菜水提物对雌性小鼠进行处理,结果表明:芹菜水提物的平均产仔率为100%±60%,对照组为60%±0.16%。与前期文献报道一致,新生儿平均性别比(雄雌比)分别为1.26%±0.37%和0.81%±0.13%,新生儿中雄性比例增加。并根据数据推测该提取物含有对雌性大鼠产仔率、性别比和新生仔数有效的物质,改变了促卵泡和睾酮激素的活性,或者是改变含有Y染色体的精子的受精能力,也可能是由于降低了血清脂肪酸度水平,从而降低了子宫分泌物的酸度所致。

3 讨论和展望

通过对近几年芹菜对生殖系统研究文献的汇总,芹菜对生殖系统的影响主要是包含对生殖器官的保护和修复作用以及对相关生殖细胞的影响。同时芹菜对雄性生殖系统影响的研究要多于对雌性生殖系统的影响,推测与芹菜的化学成分有关系,芹菜中主要化学成分为黄酮类化合物,此类化合物对于雌性的影响有类激素效果,前期实验基础较多。除了对前列腺系统有保护作用外,芹菜对雄性生殖系统的研究主要集中在对精子和睾丸的影响,目前多数文献研究结论是芹菜提取物或者特种化学成分会对小鼠生精细胞和生精小管以及精子的数量、密度和活力会有影响,但是结论并不一致,多数研究结果为负面影响,少数为无显著影响。综合实验步骤考虑,可能与喂养方式、喂养量以及喂养周期有关,或者是与组织处理方式以及具体操作有关。虽然芹菜对雄性生育能力的影响大部分为负面影响,但是进一步的生物机制和基因蛋白通道尚未明确,无法从更深层次的基因和蛋白的角度来判断芹菜对生殖系统的影响,所以在接下来研究中观察芹菜对特定生殖基因的调控以及机制研究将会是芹菜应用价值重大突破的关键所在。芹菜作为一种餐桌常见蔬菜,来源广泛,群众接受度高,但是除食用价值之外,其他保健价值并无相关产品的开发,这也很大程度上限制了芹菜销量和价格。进一步研究和确认芹菜对生殖系统的影响及相关产品的开发,充分利用芹菜优秀的生物活性,拓展芹菜的应用价值,是十分具有经济价值和市场价值的。