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摘要：番茄红素是主要存在于番茄、番茄制品及其他水果蔬菜中重要的类胡萝卜素 ，被证明在类胡萝卜素中有较强的抗氧化能力，且具有抗肿瘤的保健作用。本文系统介绍了番茄红素的抗氧化和抗肿瘤作用及其作用机制。
关键词：番茄红素；氧自由基；抗氧化；抗肿瘤
Abstract： Lycopene is found in tomatoes， tomato products and other fruits and vegetables important carotenoid， proved in the carotenoids have strong antioxidant ability， and has the health functions of resisting tumor. This paper introduces the antioxidant lycopene and antitumor effect and its mechanism of action.
Key words： Iycopene； Oxygen free radical； Antioxidant； Anti tumor
【中图分类号】R284 【文献标识码】A 【文章编号】1672-8602（2014）01-0211-02
番茄红素，作为不含氧及不具有维生素A活性的类胡萝卜素中的一种，其分子式为C40H50。含有13个双键，其中两个双键为非共轭双键。广泛存在于番茄、胡萝卜、西瓜、红色葡萄柚、草莓等，以番茄中的含量最高。1873年Hartsen首次从Tamus Communis Liberries中分离出这种红色晶体，Schunck通过对这种红色晶体吸收光谱的研究，发现其吸收光谱不同于从胡萝卜中提取的其他的胡萝卜素，于1913年将其命名Lycopene。其强大的清除自由基及淬灭单线态氧能力，从而保护低密度脂蛋白、重要蛋白质酶、DNA。因其抗自由基、抗癌及抗心血管疾病的生物学特性而受到越来越多人们的关注。本文将对番茄红素的生物学特性及应用作一综述。
1番茄红素的抗氧化作用
天然存在的番茄红素全部为全反式构型。热力、光学、一些化学物质可以将反式异构体诱导为单或者多顺式异构体。其中5顺式异构体抗氧化性最强，9-顺式异构体次之[1]。
1.1清除自由基作用：
体内的氧在其吸收电子后先转化为超氧阴离子，继而产生各种自由基，如单线态氧和过氧自由基等形式，这些活性氧自由基性质十分活泼，极易与体内的生物大分子（如DNA，蛋白质，酶和脂质）反应，引起基因突变[2]、蛋白质功能改变或生物膜结构改变等多种自由基损伤。番茄红素特有的共轭双键结构是抗氧化特性的基础。其多共轭双键的结构，提供了富电子体系，从而使番茄红素成为亲电子产物的理想靶目标。因此，对氧自由基时可表现出极大的反应性。在所有的类胡萝卜素家族中，番茄红素是目前所知的最具潜力的单线态氧及自由基的清除剂。它可以干扰由氧自由基及过氧化自由基所引起的组织损伤。这可能就是其能够抗肿瘤及其他慢性疾病的基础。
番茄红素主要通过物理和化学方式淬灭单线态氧[3]，且以物理淬灭为主，其物理方式为：首先将单线态氧的激发能转移到番茄红素上，产生一个基态的氧和激发态的番茄红素，然后激发态的番茄红素通过转动和振动将能量释放到周围溶剂中，产生一个基态的番茄红素和热能。其方式为：102+LYC→302+3LYC；3LYC→LYC+能量[4]。此循环过程，番茄红素仍保持完整，可以再次进入下一轮淬灭单线态氧的循环；研究表明单分子番茄红素可以清除大约1000分子的102。化学淬灭单线态氧仅占极少部分，不足0.05%，但却具有重要意义，因为它导致类胡萝卜素的最后分解。化学方式是番茄红素可以和过氧化氢和二氧化氮等活性氧碎片直接反应，从而清除氧自由基。国内赵娟娟[5]等建立了3种体外实验模型，检测了番茄红素对3种自由基（超氧阴离子自由基 对羟自由基 过氧化氢）的清除能力 抗由Fe2+引发的卵磷脂脂质体过氧化的能力以及对小鼠肝组织匀浆自发性脂质过氧化的抑制能力，番茄红素在3种模型中均表现出相当的抗氧化性。
1.2诱导活化内源性抗氧化酶：
番茄红素抗自由基活性通过诱导活化体内内源性抗氧化酶，如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原酶、谷胱甘肽过氧化物酶的活性，从而提高机体的抗氧化能力。国内张成香[6]等番茄红素以0.0664g/（kg·d）、0.1340g/（kg·d）、0.4000g/（kg·d）剂量给予SD老龄大鼠， 连续1个月灌胃后， 测定大鼠血清中SOD、GSH-Px活力及大鼠血清中MDA、肝脏组织中脂褐质含量。结果显示番茄红素能明显降低大鼠血清中MDA含量， 同时能提高大鼠血清中SOD活力。证实番茄红素能够提高老龄大鼠的超氧化物歧化酶水平。Srinivasan M等[7]通过番茄红素预处理由4Gy γ-辐射损伤的人的淋巴细胞模型，结果显示与-辐射损伤组相比，过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化歧化酶显著增加，提示番茄红素可以通过提高内源性抗氧化物活性，进一步提高机体抗氧化能力。Liu C[8]等在铁负荷大鼠模型中证实番茄红素能够阻止铁介导的氧化应激，细胞增殖及自噬作用，番茄红素能够降低铁介导的脂质过氧化，反映在丙二醛水平降低。增强总的SOD红星。
2番茄红素的抗肿瘤作用
近年来，流行病学调查显示，人体血液中的番茄红素水平与多种肿瘤的发生率呈负相关。如前列腺癌，乳腺癌，结肠癌、胰腺癌、肺癌、皮肤癌等。因此番茄红素的抗肿瘤特性越来越受到重视。番茄红素抗肿瘤作用可能与以下机制有关。
2.1番茄红素的DNA保护作用：番茄红素的抗氧化作用可以保护DNA免受氧化损伤，从而维持DNA分子的稳定。Porrini 等[9]利用慧星试验分析了9名成年妇女的淋巴细胞抗氧化力，发现食用番茄酱后志愿者的淋巴细胞DNA损伤减少了50%，增加了淋巴细胞的抗氧化能力。细胞缺乏错配修复功能显示自发的基因突变水平提高，错配修复与一些DNA损伤有关。Chen等[10]检查了32名确诊为前列腺癌的患者摄入富含番茄红素的番茄酱（每天30mg番茄红素）前后淋巴细胞氧化性DNA损伤和前列腺特异抗原（PSA）的变化。与干预前（3周前）相比，受试者血清和前列腺中的番茄红素浓度显著增加，组织氧化性DNA损伤显著降低，血清PSA水平同样显著降低。 2.2抗肿瘤细胞增殖：
细胞的无限增殖能力，是肿瘤细胞重要的特性。番茄红素的抗肿瘤细胞增殖研究主要动物实验及体外细胞系培养实验。有一项研究[11]观察了番茄红素对三种人前列腺癌细胞PC-3，DU145和LNCaP生长的影响，结果显示来自番茄中的番茄红素可显著抑制三种癌细胞的生长。Fornelli[12]用不同浓度的番茄红素干预体外培养的乳腺癌细胞系（MCF-7），采用MTT及BrdU检测在不同时间间隔（从24～72h）细胞的增殖率。结果显示番茄红素可明显抑制MCF-7细胞增殖。
2.3细胞周期：
解除对细胞增殖周期的限制是细胞癌变的重要标志。这些细胞丧失了调控细胞增殖速度的能力。最近许多研究显示番茄红素能够诱导细胞周期停滞在G1期。Ivanov NI[13]等还发现番茄红素能够诱导细胞有丝分裂周期终止于G0/G1和S期。
2.4诱导细胞间隙连接及诱导细胞凋亡：
细胞间隙连接是细胞间的连接和交流信息的重要方式与结构。主要为膜蛋白构成，内可有第二信使通过进行细胞间的信息传递，从而调控细胞的生长与分化。大多数肿瘤细胞细胞间隙连接功能缺失。研究证实在大鼠肝组织中使用荧光染料示踪技术研究番茄红素对细胞间隙连接的影响，发现番茄红素饲养组大鼠肝脏细胞的细胞间隙连接明显增强。Fornelli[12]等用番茄红素干预体外培养的乳腺癌细胞系，使用黄色荧光染料传输实验检测的细胞间通讯，显示连接蛋白43的表达增加。说明番茄红素可能通过调节连接基因43的表达来调控细胞间隙连接功能。
综上，番茄红素能够通过增强细胞间隙连接膜蛋白表达使肿瘤细胞向良性转化。细胞的凋亡是维持机体内环境稳定的重要保障。肿瘤的发生常常与细胞正常的凋亡过程受阻有关。当受损的细胞或变异细胞未能进行细胞凋亡，它们就可能会变成异常增殖的肿瘤细胞。近来，番茄红素的细胞凋亡作用可能是抗肿瘤的一个重要机制。Ivanov 等[13]报道番茄红素在在雄激素依赖性的前列腺癌细胞系中在浓度低于10nM时诱导细胞凋亡。
3结论
番茄红素，不仅是良好的抗氧化剂，也是良好的预防肿瘤物质。然而目前对番茄红素具体的肿瘤预防机制仍不是十分清楚 ，而作为药物，人们对其服用方式、最适剂型、最适剂量、长期不良反应及药物联合应用等方面的认识还不完善。这使得番茄红素作为药物在临床上广泛使用还要研究人员不懈的努力。
参考文献
[1]Shi J；Le Maguer， M.Lycopene in tomatoes：Chemical and physical properties affected by food processing.Crit.Rev. Biotechnol. 2000，20，293-334.
[3]MURE K，ROSSMAN TG.Reduction of spontaneous mutagenesis in mismatch repair-deficient and proficient cells by dietary antioxidants.Mutat Res，2001，480-481（l）：85-95.
[4]Mortensen A，Skibsted LH，Sampson J et al.Comparative mechanisms and rats of free radical scavenging by carotenoid antioxidants.FEBSLett，1997，418（l2）：91-92.
[5]赵娟娟. 番茄红素的抗氧化活性研究[J]. 食品科技，2010，35（7）：62-65.
[6]张成香，李世芬，赵岩. 番茄红素对SD老龄火鼠抗氧化作用的影响[J] 南京医科大学学报，2008，28（7）：899-905.
[7]Srinivasan M，Devipriya N，Kalpana KB， Lycopene：Anantioxidant and radioprotector against - radiation - inducedcellular damages in cultured human lymphocytes[J]. Toxicology，
2009，262（1）：43-49.
[8]LIU C，Wang R，et al.Protective effects of lycopene on oxidative stress，proliferation and autophagy in iron supplementation rats[J].Biol Res.2013：46（2）：189-200.
[9]Porrini M，RisoP. Lymphocyte lycopene concentration and DNA protection from oxidative damage is increased in women after a short period of tomato consumption[J]. Nutr，2000，（2）：189-192.
[10]Chen L，Stacewicz-Sapuntzakis M，Duncan C，et al . OxidativeDNA damage in prostate cancer patients consuming tomato saucebased entrees as a whole-food intervention[J].J Natl Cancer Inst，2001，（24）：1872-1879.
[11]Kotake-Nara E，Kushiro M， Zhang H，et al. Carotenoids affect proliferation of human prostate cancer cells[J ].J Nutr，2001， 131（12）：3303-3306.
[12]Fornelli F，Leone A，Verdesca I， The influence of lycopene on the proliferation of human breast cell line（MCF-7）[J]. Toxicol In Vitro，2007，21（2）：217-223.
[13]Ivanov NI， Cowell SP， Brown P， Rennie PS， Guns ES， Cox ME：Lycopene differentially induces quiescence and apoptosis in androgen-responsive and -independent prostate cancer cell lines.Clin Nutr2007，（26）：252-263.
[14]Krutovskikh V，Asamoto M，Takasuka N，et al. Differential d osedependent effects of α-，β- carotenes and lycopene on gap- junctional intercellular communication in rat liver in vivo [J]. Jpn J CancerRes，1997，88（12）：1121-ll24.
关键词：番茄红素；氧自由基；抗氧化；抗肿瘤
Abstract： Lycopene is found in tomatoes， tomato products and other fruits and vegetables important carotenoid， proved in the carotenoids have strong antioxidant ability， and has the health functions of resisting tumor. This paper introduces the antioxidant lycopene and antitumor effect and its mechanism of action.
Key words： Iycopene； Oxygen free radical； Antioxidant； Anti tumor
【中图分类号】R284 【文献标识码】A 【文章编号】1672-8602（2014）01-0211-02
番茄红素，作为不含氧及不具有维生素A活性的类胡萝卜素中的一种，其分子式为C40H50。含有13个双键，其中两个双键为非共轭双键。广泛存在于番茄、胡萝卜、西瓜、红色葡萄柚、草莓等，以番茄中的含量最高。1873年Hartsen首次从Tamus Communis Liberries中分离出这种红色晶体，Schunck通过对这种红色晶体吸收光谱的研究，发现其吸收光谱不同于从胡萝卜中提取的其他的胡萝卜素，于1913年将其命名Lycopene。其强大的清除自由基及淬灭单线态氧能力，从而保护低密度脂蛋白、重要蛋白质酶、DNA。因其抗自由基、抗癌及抗心血管疾病的生物学特性而受到越来越多人们的关注。本文将对番茄红素的生物学特性及应用作一综述。
1番茄红素的抗氧化作用
天然存在的番茄红素全部为全反式构型。热力、光学、一些化学物质可以将反式异构体诱导为单或者多顺式异构体。其中5顺式异构体抗氧化性最强，9-顺式异构体次之[1]。
1.1清除自由基作用：
体内的氧在其吸收电子后先转化为超氧阴离子，继而产生各种自由基，如单线态氧和过氧自由基等形式，这些活性氧自由基性质十分活泼，极易与体内的生物大分子（如DNA，蛋白质，酶和脂质）反应，引起基因突变[2]、蛋白质功能改变或生物膜结构改变等多种自由基损伤。番茄红素特有的共轭双键结构是抗氧化特性的基础。其多共轭双键的结构，提供了富电子体系，从而使番茄红素成为亲电子产物的理想靶目标。因此，对氧自由基时可表现出极大的反应性。在所有的类胡萝卜素家族中，番茄红素是目前所知的最具潜力的单线态氧及自由基的清除剂。它可以干扰由氧自由基及过氧化自由基所引起的组织损伤。这可能就是其能够抗肿瘤及其他慢性疾病的基础。
番茄红素主要通过物理和化学方式淬灭单线态氧[3]，且以物理淬灭为主，其物理方式为：首先将单线态氧的激发能转移到番茄红素上，产生一个基态的氧和激发态的番茄红素，然后激发态的番茄红素通过转动和振动将能量释放到周围溶剂中，产生一个基态的番茄红素和热能。其方式为：102+LYC→302+3LYC；3LYC→LYC+能量[4]。此循环过程，番茄红素仍保持完整，可以再次进入下一轮淬灭单线态氧的循环；研究表明单分子番茄红素可以清除大约1000分子的102。化学淬灭单线态氧仅占极少部分，不足0.05%，但却具有重要意义，因为它导致类胡萝卜素的最后分解。化学方式是番茄红素可以和过氧化氢和二氧化氮等活性氧碎片直接反应，从而清除氧自由基。国内赵娟娟[5]等建立了3种体外实验模型，检测了番茄红素对3种自由基（超氧阴离子自由基 对羟自由基 过氧化氢）的清除能力 抗由Fe2+引发的卵磷脂脂质体过氧化的能力以及对小鼠肝组织匀浆自发性脂质过氧化的抑制能力，番茄红素在3种模型中均表现出相当的抗氧化性。
1.2诱导活化内源性抗氧化酶：
番茄红素抗自由基活性通过诱导活化体内内源性抗氧化酶，如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原酶、谷胱甘肽过氧化物酶的活性，从而提高机体的抗氧化能力。国内张成香[6]等番茄红素以0.0664g/（kg·d）、0.1340g/（kg·d）、0.4000g/（kg·d）剂量给予SD老龄大鼠， 连续1个月灌胃后， 测定大鼠血清中SOD、GSH-Px活力及大鼠血清中MDA、肝脏组织中脂褐质含量。结果显示番茄红素能明显降低大鼠血清中MDA含量， 同时能提高大鼠血清中SOD活力。证实番茄红素能够提高老龄大鼠的超氧化物歧化酶水平。Srinivasan M等[7]通过番茄红素预处理由4Gy γ-辐射损伤的人的淋巴细胞模型，结果显示与-辐射损伤组相比，过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化歧化酶显著增加，提示番茄红素可以通过提高内源性抗氧化物活性，进一步提高机体抗氧化能力。Liu C[8]等在铁负荷大鼠模型中证实番茄红素能够阻止铁介导的氧化应激，细胞增殖及自噬作用，番茄红素能够降低铁介导的脂质过氧化，反映在丙二醛水平降低。增强总的SOD红星。
2番茄红素的抗肿瘤作用
近年来，流行病学调查显示，人体血液中的番茄红素水平与多种肿瘤的发生率呈负相关。如前列腺癌，乳腺癌，结肠癌、胰腺癌、肺癌、皮肤癌等。因此番茄红素的抗肿瘤特性越来越受到重视。番茄红素抗肿瘤作用可能与以下机制有关。
2.1番茄红素的DNA保护作用：番茄红素的抗氧化作用可以保护DNA免受氧化损伤，从而维持DNA分子的稳定。Porrini 等[9]利用慧星试验分析了9名成年妇女的淋巴细胞抗氧化力，发现食用番茄酱后志愿者的淋巴细胞DNA损伤减少了50%，增加了淋巴细胞的抗氧化能力。细胞缺乏错配修复功能显示自发的基因突变水平提高，错配修复与一些DNA损伤有关。Chen等[10]检查了32名确诊为前列腺癌的患者摄入富含番茄红素的番茄酱（每天30mg番茄红素）前后淋巴细胞氧化性DNA损伤和前列腺特异抗原（PSA）的变化。与干预前（3周前）相比，受试者血清和前列腺中的番茄红素浓度显著增加，组织氧化性DNA损伤显著降低，血清PSA水平同样显著降低。 2.2抗肿瘤细胞增殖：
细胞的无限增殖能力，是肿瘤细胞重要的特性。番茄红素的抗肿瘤细胞增殖研究主要动物实验及体外细胞系培养实验。有一项研究[11]观察了番茄红素对三种人前列腺癌细胞PC-3，DU145和LNCaP生长的影响，结果显示来自番茄中的番茄红素可显著抑制三种癌细胞的生长。Fornelli[12]用不同浓度的番茄红素干预体外培养的乳腺癌细胞系（MCF-7），采用MTT及BrdU检测在不同时间间隔（从24～72h）细胞的增殖率。结果显示番茄红素可明显抑制MCF-7细胞增殖。
2.3细胞周期：
解除对细胞增殖周期的限制是细胞癌变的重要标志。这些细胞丧失了调控细胞增殖速度的能力。最近许多研究显示番茄红素能够诱导细胞周期停滞在G1期。Ivanov NI[13]等还发现番茄红素能够诱导细胞有丝分裂周期终止于G0/G1和S期。
2.4诱导细胞间隙连接及诱导细胞凋亡：
细胞间隙连接是细胞间的连接和交流信息的重要方式与结构。主要为膜蛋白构成，内可有第二信使通过进行细胞间的信息传递，从而调控细胞的生长与分化。大多数肿瘤细胞细胞间隙连接功能缺失。研究证实在大鼠肝组织中使用荧光染料示踪技术研究番茄红素对细胞间隙连接的影响，发现番茄红素饲养组大鼠肝脏细胞的细胞间隙连接明显增强。Fornelli[12]等用番茄红素干预体外培养的乳腺癌细胞系，使用黄色荧光染料传输实验检测的细胞间通讯，显示连接蛋白43的表达增加。说明番茄红素可能通过调节连接基因43的表达来调控细胞间隙连接功能。
综上，番茄红素能够通过增强细胞间隙连接膜蛋白表达使肿瘤细胞向良性转化。细胞的凋亡是维持机体内环境稳定的重要保障。肿瘤的发生常常与细胞正常的凋亡过程受阻有关。当受损的细胞或变异细胞未能进行细胞凋亡，它们就可能会变成异常增殖的肿瘤细胞。近来，番茄红素的细胞凋亡作用可能是抗肿瘤的一个重要机制。Ivanov 等[13]报道番茄红素在在雄激素依赖性的前列腺癌细胞系中在浓度低于10nM时诱导细胞凋亡。
3结论
番茄红素，不仅是良好的抗氧化剂，也是良好的预防肿瘤物质。然而目前对番茄红素具体的肿瘤预防机制仍不是十分清楚 ，而作为药物，人们对其服用方式、最适剂型、最适剂量、长期不良反应及药物联合应用等方面的认识还不完善。这使得番茄红素作为药物在临床上广泛使用还要研究人员不懈的努力。
参考文献
[1]Shi J；Le Maguer， M.Lycopene in tomatoes：Chemical and physical properties affected by food processing.Crit.Rev. Biotechnol. 2000，20，293-334.
[3]MURE K，ROSSMAN TG.Reduction of spontaneous mutagenesis in mismatch repair-deficient and proficient cells by dietary antioxidants.Mutat Res，2001，480-481（l）：85-95.
[4]Mortensen A，Skibsted LH，Sampson J et al.Comparative mechanisms and rats of free radical scavenging by carotenoid antioxidants.FEBSLett，1997，418（l2）：91-92.
[5]赵娟娟. 番茄红素的抗氧化活性研究[J]. 食品科技，2010，35（7）：62-65.
[6]张成香，李世芬，赵岩. 番茄红素对SD老龄火鼠抗氧化作用的影响[J] 南京医科大学学报，2008，28（7）：899-905.
[7]Srinivasan M，Devipriya N，Kalpana KB， Lycopene：Anantioxidant and radioprotector against - radiation - inducedcellular damages in cultured human lymphocytes[J]. Toxicology，
2009，262（1）：43-49.
[8]LIU C，Wang R，et al.Protective effects of lycopene on oxidative stress，proliferation and autophagy in iron supplementation rats[J].Biol Res.2013：46（2）：189-200.
[9]Porrini M，RisoP. Lymphocyte lycopene concentration and DNA protection from oxidative damage is increased in women after a short period of tomato consumption[J]. Nutr，2000，（2）：189-192.
[10]Chen L，Stacewicz-Sapuntzakis M，Duncan C，et al . OxidativeDNA damage in prostate cancer patients consuming tomato saucebased entrees as a whole-food intervention[J].J Natl Cancer Inst，2001，（24）：1872-1879.
[11]Kotake-Nara E，Kushiro M， Zhang H，et al. Carotenoids affect proliferation of human prostate cancer cells[J ].J Nutr，2001， 131（12）：3303-3306.
[12]Fornelli F，Leone A，Verdesca I， The influence of lycopene on the proliferation of human breast cell line（MCF-7）[J]. Toxicol In Vitro，2007，21（2）：217-223.
[13]Ivanov NI， Cowell SP， Brown P， Rennie PS， Guns ES， Cox ME：Lycopene differentially induces quiescence and apoptosis in androgen-responsive and -independent prostate cancer cell lines.Clin Nutr2007，（26）：252-263.
[14]Krutovskikh V，Asamoto M，Takasuka N，et al. Differential d osedependent effects of α-，β- carotenes and lycopene on gap- junctional intercellular communication in rat liver in vivo [J]. Jpn J CancerRes，1997，88（12）：1121-ll24.