维生素A是由威斯康星大学的著名生物化学家E. V. MacCollum(1879—1967)首先确定为营养领域的“脂溶性因子A”的“维生素”因子。
维生素A自发现以来已经逐渐成为许多生物过程如繁殖和发育的调节剂。核维甲酸受体的知识源于法国斯特拉斯堡的Pierre Chambon教授的工作。视黄酸因此表现为能够改变基因表达并主要指导细胞分化的激素,这解释了其在免疫系统和癌症发生中的多种作用。与生物体功能必不可少的其他因素一样,我们的知识并不完整,但主要是由于对疾病的研究是在自然条件或有缺陷的实验条件下进行观察的。这种方法快速更新了大量的临床体征,从视觉机制到生长控制和防御感染。最近,许多流行病学研究和少量干预研究已经使得调查维生素A在癌症过程中的作用成为可能。
类胡萝卜素的一些成员可以作为维生素A的前体,更多的则是作为抗氧化剂,同维生素E一起发挥抗氧化的主要功能。
(一)视觉
1. 维生素A
美国生物化学家G. Wald(1906—1997)于1967年获得诺贝尔奖,主要从事“视觉激发的分子基础”工作。他发现维生素A是视网膜的一个组成部分。1935年,他发现视紫红质(一种蛋白质色素)在光照下被分解成一种蛋白质即视蛋白,和一种视黄醇的醛衍生物即视黄醛(cis-11-retinal),视黄醛是视觉必需的生色团。
眼部疾病中的干眼症(结膜和角膜干燥)和夜盲症(夜视降低),与营养状况不佳相关。自20世纪初以来,许多研究已经明确了维生素A在视力过程中的作用。
在第三世界,维生素A缺乏是导致儿童失明的主要原因。这种缺陷的第一个症状是夜视丧失,其次是角膜损伤,导致干眼症、溃疡形成和所有视力丧失。WHO估计,2.5亿以上的5岁以下儿童患有维生素A缺乏症,全球有300万人患有干眼症,而由于维生素A缺乏症而导致近50万例失明。对43项大型试验(总共215633名5岁以下儿童)进行的大量荟萃分析显示,补充维生素A的治疗降低了视力问题的流行率,主要是夜盲症和干眼症。这种补充措施应适用于所有处于危险中的儿童,特别是在发展中国家。发生视网膜色素变性导致年轻人失明的遗传性疾病,可以在维生素A给药后减慢。
2. 类胡萝卜素
黄斑变性(AMD)影响了视网膜感光细胞非常丰富的区域,导致中心视力严重恶化,甚至可能导致失明。WHO估计,全世界8.7%的盲人患有AMD。黄斑变性影响了1500万美国人。据估计,65~74岁的美国人口中有14%~24%,75岁以上的人口中有35%患有这种疾病。在欧洲,AMD的人数估计约为2000万。在法国,包括大量盲人在内的一百多万人患有AMD。
美国眼科病例对照研究小组的研究于1993年出版,并在近千个受试者中探讨了叶黄素与AMD风险之间的潜在关系。这些研究工作首次表现出叶黄素和玉米黄质的血浆浓度与AMD风险之间存在负相关关系。他们还认为,摄入的叶黄素的量与降低的AMD风险密切相关,受试者消耗的风险比消费最少的患者风险低60%。Cohen认为,通过直接测量光密度评估的黄斑本身中叶黄素的浓度与食物摄取量有很好的相关性。
在法国进行的第一次流行病学调查是由INSERM(调查与年龄相关的眼部疾病)进行的,针对2600名受试者,研究了叶黄素和玉米黄质的血浆水平与年龄相关的眼睛疾病(AMD和白内障)的风险之间的密切关系。因此,与具有最低水平的受试者相比,在具有最高水平的玉米黄质的受试者中,AMD风险降低了93%,核白内障风险降低了75%。同时,对于高水平的叶黄素,AMD的风险降低了69%,高叶绿素和玉米黄质的AMD风险降低了79%。研究表明,这些叶黄素对AMD和白内障发挥重要的保护作用。关于干预研究,目前有一些直接证据表明补充叶黄素和玉米黄质对AMD的保护作用。2009年加拿大的F. Carpentier的研究表明,补充类胡萝卜素30mg/d,增加了黄斑中的色素密度,这些变化能够保护视网膜免受过量阳光的伤害。美国芝加哥医疗中心眼科诊所的S. Richer在干性AMD的受试者中补充10mg叶黄素后,测量了黄斑色素的密度增加了50%。同时,他观察到改善的视觉表现,如眩光恢复和改善的对比度视力和视敏度。
在目前关于这个问题的知识状态下,与针对6项研究的大型荟萃分析的研究者保持一致似乎是明智的,这些研究对1700~710000人的大型队列随访了5~18年。该分析显示叶黄素和玉米黄质摄入最高的人其晚期AMD患病率显著降低(下降26%);相比之下,早期AMD没有观察到关联。虽然缺少令人信服的结果,仍然建议至少有一个其他危险因素(吸烟、遗传和强烈照明)的50岁以上的人每天至少吃3种水果。任何补充的叶黄素和玉米黄质都应在医疗咨询后才能使用。
(二)免疫系统和感染
1. 维生素A
1925年,维生素A被认为参与淋巴器官发育。大约3年后,被认为是一种抗感染因子。1933年,已经是美国领先的美国维生素C和维生素D专家的A. F. Hess表示,750mL牛奶中的维生素A就足以满足婴儿生长需要。
在艾滋病病毒阳性患者中观察到维生素A缺乏症,在这一结果的基础上,有研究者给感染艾滋病病毒的母亲做了补充试验,提出了补充维生素A可能降低艾滋病病毒向其子代传播几率的建议。现已经确定维生素A参与受损的黏膜感染的再生,刺激白细胞,如T细胞、NK淋巴细胞和吞噬细胞,并增加抗体活性。日本的Y. Nozaki于2006年对动物进行的研究表明,视黄酸有助于减少炎性细胞因子、趋化因子和免疫球蛋白的形成,这些功能与感染防御和感染组织的愈合有关。
2. 类胡萝卜素
动物实验表明,类胡萝卜素,包括那些没有维生素A活性的类胡萝卜素可能会加强免疫系统。它们的抗氧化性可能参与这些性质。除了在啮齿动物或细胞培养实验,一项人体研究证实了这些最初令人鼓舞的结果。研究表明,持续摄入2~8mg的虾青素两个月后能够调节免疫反应,减少炎症。2012年,韩国的S. H. Jang表示,另外一种类胡萝卜素——番茄红素是非常有效的抑制胃幽门螺旋杆菌对胃上皮细胞的侵袭反应,幽门螺旋杆菌是胃炎、溃疡和胃癌发病的主要因素。这些影响可能来自番茄红素强大的抗氧化性质,抑制凋亡和过量自由基对DNA的损伤。这些在细胞培养物中获得的结果必将会在未来的临床研究中得到利用。
(三)皮肤
长期以来,维生素A与表皮的体内平衡有关,其特征在于维持细胞增殖与分化之间的平衡。此外,早期似乎是维生素A缺乏导致过度角质化。对人而言,这种缺陷伴有干燥的皮肤(干燥症),出现鳞片(鱼鳞病)的区域,其次是角膜角质化,这是失明的根源。
视黄醇和视黄酸以及许多活性衍生物已被用于治疗一些皮肤病理学,如痤疮、痤疮性红斑痤疮、角化病、湿疹和牛皮癣。相反地,过量的维生素A抑制角质化甚至可能诱发局部刺激。使用新的天然或合成衍生物有助于减少这些副作用。形成维生素A复合物的几种化合物被应用于抗紫外线(UV)和防止皮肤过早老化的化妆品中。(www.xing528.com)
(四)癌症
1. 维生素A和β-胡萝卜素
1925年,首先提出了癌症疾病与维生素A缺乏之间的联系。自从第一次发布了β-胡萝卜素的保护作用以来,几项流行病学研究已经显示食用大量水果和绿色或黄色蔬菜的一些益处。这些自然引发了对这些食品中所富含的类胡萝卜素和维生素A的保护作用的许多研究。
由瑞典的SC Larsson于2009年进行的广泛调查的荟萃分析涉及超过100万人,最长跟踪调查长达26年,结果显示了胡萝卜素对雌激素依赖性乳腺癌发病率的有益作用。
2. 其他类胡萝卜素
对于不是维生素A的番茄红素,许多研究表明其摄入的增加伴随着前列腺癌的较低风险。这些观察结果可能与DNA对抗自由基的保护作用有关,胡萝卜素是人类可以在食物中发现的最强的抗氧化剂之一。1995年在美国由E. Giovannucci进行了一项针对近48000名受试者的前列腺癌和类胡萝卜素之间关系的研究,这是有关这类关系的最大的流行病学研究之一。研究发现,在饮食类胡萝卜素中,只有大量的番茄红素才能导致前列腺癌发生率降低21%。
鉴于许多结果证实了这种保护作用,全球抗癌研究基金会建议2007年番茄红素作为前列腺癌的保护剂。
虽然体外实验已经表明,在三种类胡萝卜素(虾青素、角黄素和β-胡萝卜素虾)中虾青素具有小鼠或人类癌细胞中最有效的抗肿瘤活性,但临床研究尚未侧重于这种类胡萝卜素。这个例子表明,植物世界中存在的每种类胡萝卜素的潜在抗癌活性都具有广泛的研究领域。
2001年由土耳其的O. Kucuk进行的一项研究中,36名患有临床诊断的前列腺癌的男性,每天摄入30mg番茄红素显著降低了3周后的肿瘤生长。
1. 维生素A
许多研究表明,维生素A参与血液凝固、炎症和血管钙化的机制,证明这种维生素是了解血管病变的重要因素。
2. 类胡萝卜素
当发现与动脉粥样硬化相关的冠状动脉心脏病主要是由脂蛋白氧化所引起,临床医生便将精力集中在详细检查富含脂溶性抗氧化剂,特别是类胡萝卜素和维生素E的食物的有益作用。1995年,JM Gaziano对居住在马萨诸塞州波士顿的大约1300名老年人的为期5年的随访表明,与摄入最少量类胡萝卜素的受试者相比,摄入类胡萝卜素量最多的受试者其心血管疾病死亡风险降低了46%,心肌梗死的风险降低了75%,改变更为明显。考虑到α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的血浆水平、摄入这些化合物的标志物以及近1200名老年人心血管疾病的死亡率,10年后欧洲研究(SENECA研究)再次发现了这一效应。最近的结果显示,这些血液参数与内皮功能的标志物和炎症和氧化应激的减少呈正相关。
很少有研究者关注除胡萝卜素以外的类胡萝卜素对心血管系统的潜在作用。其中一项动物研究表明,虾青素对氧化应激和炎症具有有益效果。临床医生能够验证这些发现在人体中的有效性,但迄今为止尚未进行相关对心血管疾病患者的相关影响的研究。
目前,各国国家机构建议每天吃5种水果和蔬菜,这一建议符合科学和临床工作中关于类胡萝卜素与心血管系统之间可能存在关系的所有结论。
(六)阿尔茨海默病
实验室研究已经显示维生素A的形式之一——视黄酸在神经系统的发育中起关键作用。法国波尔多大学的F. Mingaud在2008年研究表明,维生素A参与突触可塑性的调节,突触可塑性是记忆的基本参数,主要是通过靶基因的表达。
许多数据表明,机体通过大脑中维生素A的调节功能来维持记忆功能。一些研究证明维生素A的神经元运输失调与阿尔茨海默病的发病有关。此外,阿尔茨海默病患者的血清视黄醇含量和视黄酸生物合成的效率都很低;这似乎主要涉及这种疾病的“迟发型”形式的病因。这个假设似乎已经被英国的JP Corcoran确认,2004年,当研究者用维生素A缺乏来抑制视黄酸信号通路时,会形成β-淀粉样蛋白肽沉积(老年斑的细胞外组分)。
许多研究表明,老年斑的形成与局部氧化应激相关,后者会促使阿尔茨海默病发病机制的发展。在这些潜在的氧化反应中,使用抗氧化剂分子也尝试了几种治疗方法,但没有太大的成功。西班牙的F. J. Jiménez-Jiménez在1999年实现的流行病学研究已经证实,阿尔茨海默病患者的几种抗氧化剂如β-胡萝卜素、维生素A和维生素E的血清浓度低于对照受试者。另一些研究,如E. J. Johnson于2012年的研究倾向于证明叶黄素和玉米黄质可能确实在保持老年人认知功能方面发挥作用。
在阿尔茨海默病动物模型中,美国的Y. Ding于2008年证实视黄酸本身具有抗氧化性质,用其治疗能够减少β-淀粉样蛋白肽的积累和神经元的损失,提高动物的记忆力。
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