類黃酮(Flavonoids)化合物之簡介

許多流行病學研究顯示，多食蔬果可以減少慢性病的發生，其中的保護作用 可能與蔬果含有豐富的生理活性物質有關，除了多種營養素成分的角色外，其他 非營養因子，比如類胡蘿蔔素、植物固醇、多酚類、植物雌激素及硫化物等植物 化學物質(植化物，phytochemicals)的重要性也常見討論(朱燕華, 1998)。事實上，

目前為止已有不少研究指出這些植化物有作為化學預防劑(chemopreventive agent)的潛力(范少怡, 2006)，可以應用在癌症、心血管疾病與其他慢性疾病的預 防及延緩進展上。在眾多的植化物中，又以類黃酮(flavonoids)受到最多的注意與 研究，其為天然多酚類化合物(polyphenolic compounds)的一種，是植物的二級代 謝產物，主要存在於蔬果、種子及飲料(茶、咖啡、啤酒和酒)中，它們含量的多 少易受到收成季節、植物成熟度、植物品種等因素的影響，也因各國飲食習慣和 文化背景的差異，不同地區民眾日常攝取之類黃酮含量亦有所差異(Hertog et al., 1994)。

(一)類黃酮之結構與分類

結構式為2-phenyl-benzo-α-pyrones，是一種 diphenylpropane，主要是以 flavan (黃烷)為核心，由兩個苯環(A 和 B 環)與含氧的 pyran 環(C 環)結合成 C6-C3-C6 的基本骨架(圖一)。在其雜環上，因不同取代基之存在而衍生出約 4000 種不同 的衍生物，其種類與含量則隨植物之不同而有差異(Rice-Evans et al., 1996)。

圖一、類黃酮基本結構(陳皓君, 2006)

表一、類黃酮分類及其化學結構、特性

(Cook and Samman, 1996; Hanneken et al., 2006)

類黃酮根據其化學結構可概分為八大類(表一)，分別為黃酮(flavones)、查酮 (chalcones)、黃酮醇(flavonols)、黃烷酮(flavanones)、黃烷醇(flavanols)、黃烷酮 醇(flavanonols)、異黃酮(isoflavones)及花青素(anthoyanidins) (Martens et al., 2001)。本實驗預計選用的 5 種類黃酮化合物(Apigenin、Butein、Chrysin、Luteolin、

Phloretin)則分屬黃酮和查酮兩類(表二)。

1. 黃酮類(Flavones)

由於C 環的 C-2 及 C-3 間為雙鍵型態，且 C-4 位置以酮基的形式存在，所 以稱為黃酮。黃酮是一種黃色色素，廣泛存在於花瓣、葉子和水果中，也是人類 飲食中最多的一種類黃酮，主要的食物來源有芹菜、香菜、甜紅椒、檸檬、蔓越 莓、蜂膠及橄欖(Moon et al., 2006)等，成員包括 acacetin、apigenin、balicalein、

chrysin、diosmetin 及 luteolin 等(Cook and Samman, 1996)。黃酮具有多種生物活 性，已知者有抗發炎、抗氧化(Pushpavalli et al., 2010)、抗菌以及抗癌(Jaganathan and Mandal, 2009; Kandaswami et al., 2005)等功能。本實驗預計測試其中三種黃酮 化合物，分別為apigenin (芹素)、luteolin (木犀草素)、chrysin (白楊素)。

2. 查酮類(Chalcones)

為C 環開鏈結構者，帶有高親電子性的 α,β-unsaturated carbonyl moiety，研 究指出具此結構特性者，易活化Nrf2 及誘發 phase II 解毒酵素的表現(Foresti et al., 2005; Sabzevari et al., 2004)。查酮是一種顏色由黃色到橙色的化合物，主要的食 物來源有蘋果皮、相思豆、啤酒及啤酒花(Moon et al., 2006)等。查酮類成員包括 butein、okanin、phloretin、phloridzin 等，本實驗將選測其中兩種，分別為 butein (紫鉚花素)和 phloretin (根皮素)。

Butein (3,4,2′,4′-tetrahydroxychalcone)為 Rhus verniciflua Stokes (漆樹，為漆 樹科)和 Dalbergia odorifera (降香檀，屬豆科植物)植物中主要活性成分之一，常 用於治療疼痛、血栓性疾病、胃炎及寄生蟲感染(Kang et al., 2004)等。研究證實

butein 具有抗氧化(Lee et al., 2002)、抑制癌細胞蛋白質激酶活性(Yang et al., 2001)、抗發炎(Lee et al., 2007)、抗肝纖維化(Lee et al., 2003)以及抗癌等生理作用 (Lee et al., 2007)。

Phloretin (2′,4′,6′,4-Tetrahydroxydihydrochalcone)則大量存在於蘋果中，尤其 是蘋果皮。Phloretin 具有抗氧化、清除過氧化硝酸根(ONOO^-)及抑制脂質過氧化 等作用(Rezk et al., 2002)，Phloretin 也可抑制細胞激素誘發血管內皮細胞黏著分 子的表現(Stangl et al., 2005)，被認為有預防心血管疾病的效應。

表二、本實驗所使用5 種不同種類之類黃酮化合物

■ 黃酮(Flavones)

chrysin (5, 7-OH)

apigenin (5, 7, 4’ –OH)

luteolin (5, 7, 3’, 4’ –OH)

■ 查酮(Chalcones)

phloretin (4, 2’, 4’, 6’ –OH)

butein (3, 4, 4’, 6’ –OH)

(Cook and Samman, 1996)

(二)類黃酮之消化吸收與代謝

類黃酮主要以游離態之醣苷(glycoside)形式廣泛存在於植物界，經攝入體內 後，在腸道中必須先受腸內酵素或腸道微生物水解成較低極性的非醣體

(aglycone)，再以被動擴散方式進入體內，所以非醣體型態較醣苷形式易被腸細 胞吸收利用。當非醣體進入體內，它們會在腸上皮細胞及肝細胞中進行代謝，又 稱為藥物代謝(drug metabolism)或生物轉換作用(biotransformation)，比如氧化、

醣醛酸化(glucuronidation)、硫酸化(sulfation)、麩胱甘肽化(glutathionation)及甲基 化(methylation)，轉化成高極性的結合態代謝物(Cook and Samman, 1996; Nijveldt et al., 2001)。

(三)類黃酮之生理功能

類黃酮具有多樣的生理機能，已知者有(1)預防心血管疾病：比如降血脂與 抑制LDL 氧化(Stangl et al., 2005)、抑制血小板凝集與抗血栓作用(Nardini et al., 2007; Nijveldt et al., 2001)；(2)抑制發炎反應：比如抑制環氧化酶及脂質氧化酶路 徑(Middleton et al., 2000)；(3)抗病毒(antivirus)：比如殺死肺炎之副流行性感冒病 毒(PIV)、呼吸道融合病毒(RSV)(Ma et al., 2002)；(4)調節免疫及抗過敏作用 (Alexandrakis et al., 2003; Wang and Mazza, 2002)；(5)類雌激素作用，可改善更年 期的症狀(Zand et al., 2000)；(6)預防骨質疏鬆(Antiosteoporotic effects)(Di Carlo et al., 1999)；(7)抗癌：促進癌細胞凋亡(Hodek et al., 2002)等。除此之外，類黃酮也 是強效的抗氧化分子，而且它們的抗氧化能力的高低與其結構有關(Rice-Evans, 2001; Rice-Evans et al., 1996)。以下即針對類黃酮結構與抗氧化能力進一步介紹。

1. 類黃酮之抗氧化功能

類黃酮所以為抗氧化劑的主要原因為：(1)金屬螯合劑：可與鐵、銅離子鍵 結，降低其活性；(2)還原劑：因為酚結構上所帶的氫氧基可使其扮演還原劑之

者：直接去除自由基及活性氧分子，終止自由基連鎖反應(Cook and Samman, 1996)；(4)上調抗氧化酵素基因表現，已知部分類黃酮分子可透過細胞訊號路徑，

誘發抗氧化酵素及phase II 解毒酵素表現，增強細胞防禦系統，抵抗氧化壓力，

比如glutathione S-transferase (GST，麩胱甘肽硫轉移酶)、glutamate-cysteine ligase (GCL，麩胱肽合成酶)、heme oxygenase 1 (HO-1，第一型血基質氧化酶)等(Bravo, 1998; Hanneken et al., 2006)。

2. 類黃酮結構與抗氧化能力之關係

如前所述，類黃酮包含兩個苯環及一個含氧酚基，一般認為其羥化作用之位 置及程度和它的抗氧化能力強弱有關，文獻指出其中關鍵因子為：(1)羥基數目 的多寡：A、B 環上羥基(OH)數目越多者，清除自由基的能力越高，羥基數目減 少，則活性快速下降，如比較Lut、Apg、Chr 三種黃酮類的總抗氧化能力(TEAC)，

含有4 個羥基之 Luteolin 抗氧化活性最強，依序為 Lut＞Apg＞Chr (Cook and Samman, 1996; Rice-Evans et al., 1996)；(2)羥基的位置：A 環的 C-5 和 C-7 位置、

B 環的 C-3 和 C-4′ 位置及 C 環的 C-3 位置的羥化作用，顯示與抑制脂質過氧化 的活性有正向關係(Cholbi et al., 1991)；(3) C 環上 C-2 和 C-3 間有雙鍵者，有較 佳的抗氧化力，若雙鍵被氫化後，將會減弱其抗氧化能力(Joyeux et al., 1995)；(4) C 環 C-4 位置的羰基(C=O)和 C 環的 C-3 或 A 環的 C-5 位置上有羥基的類黃酮，

由於可形成分子內氫鍵，具有較強的自由基清除力及螯合鐵離子能力，比如 quercetin 和 rutin (Afanas'ev et al., 1989)；(5)醣基的存在：非醣體(aglycone)如 apigenin、quercetin 和 phloretin 在抑制 MDA (malondialdehyde，丙二醛)生成方面 明顯較它們的含醣基化合物(醣苷)為佳，推測這與醣基可能形成立體障礙的緣故 有關，因而降低其抗氧化能力。

二、生物體之細胞抗氧化防禦系統 (Cellular antioxidant defense system)

生物體於有氧代謝過程中會自然形成許多活性氧物質(reactive oxygen species)，比如超氧陰離子(superoxide anion radical，O2^－•)、過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)、氫氧自由基(hydroxyl radical，^．OH)、過氧化自由基(peroxyl radical) 等，它們除了來自體內的內生性反應－粒腺體電子傳遞鏈、酵素氧化反應、自體 氧化外；也有部分活性氧來自外源性－離子幅射、空氣污染、抽煙等。當這些具 未成對電子的自由基與活性氧過多時，會和體內許多重要分子如核酸、蛋白質、

或生物膜上之多元性不飽和脂肪酸反應，引起生物體氧化性傷害，如未能及時修 復，將導致疾病的產生(Valko et al., 2007)。因此在正常情況下，為反制氧化傷害，

生物體演化出一套抗氧化防禦系統(圖二)，此系統分由兩子系統所組成，一為由 多種抗氧化酵素組成的酵素系統，另一則由非酵素性之抗氧化物質組成的抗氧化 分子系統，兩者以交互協同之作用抵抗活性氧分子的生成，達到自我保護的目的 (Berlett and Stadtman, 1997)。

圖二、生物體之細胞防禦系統(Berlett and Stadtman, 1997)

(1)酵素性抗氧化防禦系統(enzymatic antioxidant defenses)：由數種酵素所組 成，包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、觸酶(catalase, CAT)與麩胱 甘肽過氧化酶、血基質氧化酶、麩胱肽合成酶(Valko et al., 2006)等；(2)非酵素性 抗氧化防禦系統(non-enzymatic antioxidant defenses)，由各類抗氧化分子所組成，

包括脂溶性成分如維生素 E、類胡蘿蔔素與水溶性成分如維生素 C (ascorbic acid)、麩胱甘肽(glutathione, GSH)、類黃酮及有機硒等。以及(3)其他輔助性系統：

未直接與活性分子反應，而是間接協助抗氧化分子或酵素的作用，如麩胱甘肽還 原酶、葡萄糖-6-磷酸去氫酶和運鐵蛋白(transferrin)等。

(一) 酵素性抗氧化防禦系統(Enzymatic antioxidant defenses) 1. 超氧化物歧化酶(SOD)

因所含金屬離子的不同，SOD 可分為 CuZn-SOD 與 Mn-SOD 二種同功酵素，

Cu, Zn-SOD 主要分布於細胞質與粒線體內，Mn-SOD 則只存在於粒線體內。SOD 主要是利用歧化作用(dismutation)將超氧陰離子還原成過氧化氫，隨後過氧化氫 再由麩胱甘肽過氧化酶(glutathione peroxidase, GPx)或觸酶(catalase)分解為

H2O，以減輕 O2^－•可能對細胞產生之傷害(Mates et al., 1999; Young and Woodside, 2001)。

2. 觸酶(CAT)

CAT 主要分佈於各組織細胞(如肝、腎細胞)內的過氧化體與溶小體中，形成 一種Fe³⁺-hemeproteins 的四聚體(tetramer)蛋白質，可將細胞氧化所產生的 H2O2

分解成H2O 與 O2(Galecka et al., 2008)。

3. 麩胱甘肽過氧化酶(GPx)

依硒元素的有無，分為硒依賴型(Se-dependent)和非硒依賴型

(Se-independent)，硒依賴型麩胱甘肽過氧化酶可藉由活化位置上之硒負責清除體

內過氧化物，即催化還原態glutathione (GSH)，將 H2O2或ROOH 還原成 H2O 或 ROH，而降低細胞內氧化壓力的形成；至於非硒依賴型麩胱甘肽過氧化酶又稱 為GSH S-transferase，僅能藉由 GSH 提供還原力，將有機過氧化物 ROOH 還原 為ROH。

(二) 非酵素性抗氧化防禦系統(Non-enzymatic antioxidant defenses)

提供一個電子給活性氧或自由基、或捕捉自由基的抗氧化分子或結合鐵銅離 子的金屬結合蛋白等都數此一非酵素性防禦系統。抗氧化分子成員主要有維生素 E (tocopherol) 、類胡蘿蔔素(carotenoids)、維生素 C (ascorbic acid)、麩胱甘肽 (glutathione, GSH)等(Valko et al., 2006)；金屬結合蛋白主要有運鐵蛋白

(transferrin)、鐵結合蛋白(ferritin)、藍漿蛋白(ceruoplasmin)、metallothionein 等。

1. 維生素 E

維生素E 又稱為生育醇(tocopherols)，為脂溶性維生素，自然界存在多種不同 活性的同質異構物，包括：α、β、γ 及 δ 四型，其中以 α-tocopherol 生理活性最 強，其抗氧化活性為α＞β＞γ＞δ(郁凱衡, 1999)。維生素 E 主要存在於細胞膜及 各種胞器膜上，可有效阻止膜上不飽和脂肪酸受到自由基的攻擊，降低細胞膜的 氧化傷害(Halliwell and Cross, 1994)。當脂質受到活性氧物質攻擊時，維生素 E 會提供電子給脂質過氧化物自由基，終止自由基連鎖反應；而且隨之生成的維生 素E 自由基再透過維生素 C 或 GSH 的再生，也有助於維持維生素 E 的抗氧化能 力(Packer, 1991)。

2. 維生素 C

維生素C 為水溶性維生素，又稱為抗壞血酸(ascorbic acid)，與體內是否能正

常製造膠原蛋白等結締組織有關。維生素C 也可作為氧化劑與還原劑，可提供

化型維生素C-dehydroascorbate，此氧化產物可以在 NADH/NADPH 或 GSH 存在

下透過酵素作用還原成維生素C。在抗氧化防禦網中，維生素 C 也參與維生素 E

再生，在和Flavonoids 共同作用下，不但有效防止脂蛋白氧化，亦與 GSH 共同 保護粒腺體，避免粒腺體氧化損傷(吳柏宏, 2004)。

3. 類胡蘿蔔素(carotenoids)

類胡蘿蔔素是一群紅色或黃色的脂溶性天然物質，由重複的共軛雙鍵結合

類胡蘿蔔素是一群紅色或黃色的脂溶性天然物質，由重複的共軛雙鍵結合