类胡萝卜素的吸收、代谢和运输
营养科学划分，康奈尔大学，伊萨卡，纽约14853-6301，美国
在第四次研究类胡萝卜素系列时，动物包括人类摄取类胡萝卜素的结果已经被详细认知。可食性的类胡萝卜素通常少有可吸收的，因为它们的呆板共轭结构和大分子紧密的表皮在大多数食物中。因此，在食谱上估计它们的维生素A的活动是未知的。但是，被细胞吸收的类胡萝卜素可以通过多重途径代谢：被中心或者不对称分裂为视黄醛和在细胞其他部位被氧化。每种类胡萝卜素表现了其特有的吸收模式、血液运输和代谢，每种模式明显受到同分异构和结构不同的影响。不像维生素A,碳氢化合物的类胡萝卜素没有一个具体结构蛋白的家族，而是在细胞外的脂质蛋白运输而且和intracellularly脂质结构相关。很多组织说明类胡萝卜素、putein 玉米黄质和叶黄素等的特殊模式，除了很少或几乎没有其他类胡萝卜素，存在于眼睛的黑点和只存在于松果体的β-胡萝卜素。类胡萝卜素在组织中储存和释放的方式是未知的，它们在组织中的保护程度和其他有用的自身行为是未确定的。后者目前正在被广泛的探讨和讨论。
—詹姆斯·奥尔森 ，整理编辑
摘要：目前，正在密切关注类胡萝卜素在预防慢性疾病的潜力以及调整维生素A的不足之处，更新的重点是使人们更好的了解该类化合物的使命。动物模型的发展，人类代谢研究的使用和稳定的示踪法大大的改善了我们对类胡萝卜素如何被吸收、代谢和运送到组织的了解，但是，仍有许多问题未解决。例如，肠道吸收类胡萝卜素往往通过被动运输，但是腔内或者细胞内对这个过程的限制因素还不清楚。在肠黏膜代谢A类维生素扮演重要角色的β-胡萝卜素，极大的影响了对此的研究。大多数证据表明β-胡萝卜素对肠黏膜最重的视黄醛的中央氧化机理，但是人类在吸收范围和场所是未知的。人类和其他物种明显的吸收非A类维生素，但是对它们代谢和排出的程度及途径所知甚少。自从发现9-cis视黄醛能够在不管是体外还是体内由9-cisβ-胡萝卜素合成，β-胡萝卜素的cis异构体的代谢结果成为最近的一个热门主题。我们发现人类的少部分9-cisβ胡萝卜素有顺反异构现象，尽管异构化的地点还不清楚。由于脂蛋白的分部取决于大部分类胡萝卜素的理化性质。所以类胡萝卜素在血浆中的运输完全是由脂蛋白完成的。组织吸收和记忆的微分分布结果现在还是未知的。提高类胡萝卜素代谢的认知可以帮助人类发展和检测并影响生物研究进程。——Parker，R.S.类胡萝卜素的吸收、代谢和运输。FASEB J.10,542-551(1996)
关键词：β-胡萝卜素，9-cis mβ-胡萝卜素，维生素A，视黄醛
受到类胡萝卜素在慢性疾病的预防和维他命A的不足的刺激，对类胡萝卜素代谢的关注开始复兴，或者作为纯补充或者从食物而来。尽管对在人体中的营养代谢和基本药效知识还有许多空白，但关于β-胡萝卜素在临床试验上预防癌症的潜在作用已经存在。新的动物模型和分析方法的发展和应用在以往知之甚少的领域发挥了重大作用。本文旨在讨论与类胡萝卜素的代谢和性质的早期研究有关的新发现。在范围内没有详细的尝试，而是在这些方面做出贡献的代表。重点应该放在哺乳动物研究，尤其是人类。作为参考资料，读者应该更注重于该领域近期的研究。
类胡萝卜素的吸收
类胡萝卜素似乎被十二指肠肠黏膜细胞的被动扩散机制吸收，跟胆固醇和甘油三酸酯分解的产物相似。许多对类胡萝卜素吸收有影响的已知的因素和猜想近来被证实（3，4）。影响从食物而来的可利用的类胡萝卜素的摄取和分解是重要的限制性因素之一，作为健康状况标准指出。释放效率受到食物中的类胡萝卜素的物理性质和其他物质的影响，颗粒大小取决于咀嚼程度和胃行动，以及消化酶的消化效率。类胡萝卜素植物食品的色素细胞和叶绿体中与蛋白质结合已经被Erdman等人发现。很多植物性食物在摄取之前加热可以提高
类胡萝卜素的利用率，可能是因为分离或者减弱了蛋白质-类胡萝卜素的结合作用，或者因为分解了类胡萝卜素的复合结构。这种效果清楚的证实了番茄产生的番茄红素的作用。母体的影响作为一个可能性因素被提出，因为缺乏维生素A的印度尼西亚妇女联系绿色植物与在油中含有相同数量的β-胡萝卜素的圆晶片对比。
大多数胃或者肠里面液滴中的类胡萝卜素在胆汁盐类和酯酶的作用下分解。Hornell等人对脂质颗粒在十二指肠中消化期间的物理和化学性质进行了详细研究。这些和其他研究表明脂质颗粒的最终结构是在胆汁盐类、自由脂肪酸、甘油-酸酯、磷脂中的大块盘状直径约为80Å的胶粒。模型表明胶粒团中β-胡萝卜素的容量是有限的，虽然这两种模型或者胆汁盐类胶粒的类胡萝卜素浓度还没被报道。类胡萝卜素结构和脂质胶粒组成不同导致类胡萝卜素的胶粒团不同。限制人类对类胡萝卜素吸收的因素可能是摄入量过高（例如，超过20mg），但它不代表摄入量小（少于10mg）就没影响，这里的限制因素可能是释放的大量食物残渣和分散的脂类物质。最近对蔗糖聚酯的研究表明，肠腔内胃消化的类脂会影响类胡萝卜素的吸收，尤其是极性类胡萝卜素。这样的疏水性液滴下沉会切断类胡萝卜素与脂质颗粒的联系。
通过鼠内脏和肠之间联系的研究表明，类胡萝卜素从脂质胶粒团是靠被动扩散达到十二指肠黏膜细胞的。扩散的速度取决于胶粒和肠上皮细胞之间浓度梯度。类胡萝卜素的水溶性很小，因此，胶粒团和细胞膜之间的联系是必需的。十二指肠会削弱胶粒团的运动，它们与黏膜的联系会削弱类胡萝卜素的吸收。已经通过口服β-胡萝卜素证实可食用性纤维可以降低餐后血液中的β-胡萝卜素的浓度。由于细胞内局部类胡萝卜素浓度不可避免增加，导致β-胡萝卜素吸收量过大时会达到饱和，从而减小跨摸浓度梯度。造成种种影响的吸入量尚无定论。
类胡萝卜素在肠黏膜内的运动机制在被吸收之后是未知的。相比之下，细胞内类胡萝卜素结合的特殊蛋白质尚未报道，人类吸收各种各样的类胡萝卜素表明运输方式是相同的。然而，类胡萝卜素吸收达到饱和发生在摄入量小于100mg，这说明不管胶团的的容量还是乳糜微粒在细胞内的运输限制。Erdman等人指出，类胡萝卜素如果不及时融入乳糜微粒或者分泌出去，就会通过膜的流动脱落的内腔。乳糜微粒在高尔基体内最后组合，随它们的分泌物进入细胞内空间，然后运送到淋巴血液中。没有证据表明人类或者其他动物通过门静脉吸收类胡萝卜素。
通过相关的技术测定表明，β-胡萝卜素或者其他类胡萝卜素的吸收量是微量的。平衡的研究必须包括肠内的微生物的降解程度。从β-胡萝卜素推断到其他单个或者多个类胡萝卜素的吸收量。最近，Vliet等人提出了一个重要的例外，包括测量视磺基酯和口服15mgβ-胡萝卜素明胶之后的直径小于1.006的β-胡萝卜素量。作者们通过理论曲线面积和2摩尔视磺基酯相当于1摩尔β-胡萝卜素的方法，测出在吸收量充足条件下的吸收率为11%。最近，一种在摄入足量单一类胡萝卜素，然后肠道灌洗14小时的方法由Bowen等人提出，但还未被用于影响类胡萝卜素吸收具体因素的研究。
个体单独口服β-胡萝卜素后，血浆中的浓度显著不同。例如，Johnson和rusll报道，十一分之七的男性试验者在口服120mg胶囊β-胡萝卜素之后，血浆中的浓度少量甚至没有增长。在黏膜的吸收和分泌程度上，乳糜微粒缺乏反应更加明显。从肠道腔内吸收β-胡萝卜素的低效，引起血浆中反应速度缓慢，黏膜中的β-胡萝卜素并入乳糜微粒的低效，或者黏膜中β-胡萝卜素转化为视磺基酯的广泛性。目前没有证据来证明这些因素对血浆中反应的影响。在反应能在某种程度上一致也感兴趣。虽然使用相同剂量的分析数据比较少见，但是，最新数据表明，低within-individual 变化相对between-individual 而变化。个体重复服用β-胡萝卜素之后，血浆中的反应与单次服用多量没有变化。
有趣的是，类胡萝卜素在吸收时，可能会相互竞争，或者与lipid-soluble竞争，比如说维生素E。在白鼬身上表明，β-胡萝卜素和其他类胡萝卜素相互影响，在血液中加入角黄素或者番茄红素之后，与只有β-胡萝卜素对比，血液中。β-胡萝卜素的反应减弱了。在统计量情况下，角黄素的效果比番茄红素大得多。同时加入25mg角黄素和25mgβ-胡萝卜素与只加入角黄素相比，血浆中反应十一小时降低了降级40%。β-胡萝卜素和黄体素之间的复杂关系即大概15mg对应每两种类胡萝卜素也在人体中被发现。β-胡萝卜素降低血液中黄体素的反应40%，但是根据实验，黄体素能够控制血液中β-胡萝卜素反应的抑制或者增强。这种交互机制还有待研究。
证据表明，β-胡萝卜素对维生素E利用率的影响的报告是不完整，模棱两口的，虽然现有文献对β-胡萝卜素严重影响维生素E的吸收和排出的观点不支持。Xu等人报道，连续九个月每天服用β-胡萝卜素15-60mg，降低了血液中维生素E的含量。血液中β-胡萝卜素和维生素的反应没有关系，血液中所有都维持在一定水平。Mobarhan等人对五年之内患过结肠癌或者黏膜突出肿瘤并连续3个月服用15mgβ-胡萝卜素或者安慰剂的试验者测量结肠组织血清中的维生素E水平。肿瘤或者癌症病人在服用β-胡萝卜素情况下的血清维生素E水平保持不变。肿瘤患者服用β-胡萝卜素后，活检的维生素E水平明显下降，但癌症患者没有。另
外一些进行β胡萝卜素实验的小组没有观察到血液主公维他命E的含量有所改变。也没有报告表明，当两者同时进行的时候，因为提高对血浆或组织的供给而引起人体内维他命E的增加。
以现行的知识来看，各种因素限制从各种食物吸收类胡萝卜素仍很严重。对人类来说，基质效应和一些发生在上消化道的事情是很难研究的。因此，创造性地运用体外消化模型的和最近秒速鼬和小牛模型，能提升我们对此类现像的认识。在发展中国家通过食用含胡萝卜素丰富的食物来提高维生素含量，这是一项很重要的战略选择。
类胡萝卜素的代谢
体外β胡萝卜素的代谢
了解β胡萝卜素的代谢是超过对其他胡萝卜素的。β胡萝卜素生物转化的各种途径其中已经知道或怀疑的发生在哺乳动物组织中的如图2所示。从β胡萝卜素或者组织培养匀浆或者人体和动物各种高速组织匀浆的上清部分认定了这几种产品。产品的种类或者它们的相对比例可能会受到很多因素的影响，包括物种，组织，细胞比例，辅助因子或其他化学产品的增加和β胡萝卜素的溶解。
Hayaishi和Olson在最近的研究中报道了，证实β胡萝卜素原子之间中央卵裂为碳原子，是产生视网膜的主要产品。两项研究活动主要是在发现了105,000星光分数，分数与膜的相关活动大幅减少。这项活动的稳定性
大大提高了巯基保护剂。没有证据证明其他醛的形成（载脂蛋白- carotenals）是β胡萝卜素的卵化结果。Lakshman et al通过用45-60％的丙酮沉淀制备大鼠和家兔肠黏膜高速上清证明了视网膜的主要成分是β胡萝卜素孵化得来的。只有少量的其他产品（载脂蛋白- carotenals）是显而易见的，但也出现在煮沸的控制中。由于这部分的视网膜或视网膜氧化酶活性还原酶缺乏，所以没有维生素A或维甲酸形成。最近，Devery 和 Milborrow 报告了视网膜1.72摩尔/摩尔β胡萝卜素与视网膜的唯一重要产品是消耗使用104,000星光豚鼠肠道黏膜上清组分形成的。 Nagao et al在细胞内和猪小肠黏膜上发现一个2.07化学计量学，基本上是相同的理论2.0中央卵裂率。对这两份报告中的程序修改后，与早期的研究相比，可以大大提高产量。有文献强力支持一个细胞内存在蛋白质催化β胡萝卜视网膜的氧化。这项活动不是特指β胡萝卜素，因为有许多类似类胡萝卜素的维生素A。事实上，这已经证明，载脂蛋白- carotenals在视网膜上的转换超过β胡萝卜素，因为环氧类胡萝卜素不能被代谢。由于一种铁的分裂机制的作用，但又因为最初推测严重缺铁，最近的积累抑制作用
