藏在水果中的“灵丹妙药”——维生素C有哪些治疗效果？

维生素C的发现

维生素C是一种对人体有着重要作用的维生素种类，（Vatamin C）是一种水溶性维生素[1]，它还有另外一个名字：抗坏血酸。维生素 C 是一种多羟基化合物，在分子2号位和3号位有两个相邻的烯醇式羟基，极易解离H+，有酸的性质[2]。

图1  维生素C（图源网络）

提及抗坏血酸的来历，那就得说说坏血病，这种病开始的时候并没有什么特殊的症状，人会感到虚弱无力，没有食欲，对什么事情都兴致缺缺，感到倦怠。所受创伤也会愈合缓慢。小孩子有生长迟缓、烦躁及消化不良的症状。接下来，坏血病就有两个特殊的症状：牙龈出血和皮肤出血。还会有严重的呕吐腹泻症状，面容憔悴，发展到最后，会由于内出血导致内脏器官日益衰竭，直至死亡。

据资料记载，1497年7月，葡萄牙航海家达伽马从里斯本出发到印度卡利卡特，发现了绕非洲通向印度的新航线。而在这次伟大的航海中，船上将近160人中有100人死于坏血病。1519年，葡萄牙的航海家麦哲伦所率领的船队从南美洲向太平洋行进。在经过漫漫的三个月海上旅程之后，不少的船员开始有牙龈出血，浑身无力，腹泻不止的一些症状。待船到达目的地的时候，原来的200 多人，剩下来的人只有原来的两成还不到，人们对此一直找不出原因，水手们将这种怪病命名为“海上凶神”。

同一时期，另一位伟大的航海家哥伦布也十分热衷于海上探险，在一次探险中，因为食物储藏的限制，只有黑面包和咸鱼充饥，几个月后，船员相继出现了皮下出血，腹泻不止的症状，哥伦布深知这便是“海上凶神的降临”。在茫茫的大海上，面对“海上凶神”哥伦布感到十分无力，在这时，病重的船员为了不拖累大家，就主动要求哥伦布把他们放在附近的荒岛上，并让船长哥伦布返航时带上他们的尸体回家，哥伦布忍痛地将他们带到了一个海岛上，并留给他们一些食物。

图2  船员起死回生是因为野果？（图源知网）

就在哥伦布完成探险返航回到荒岛，怀着沉重的心情打算寻找船员们的尸体的时候，就在快要靠岸的时候，发现一群披头散发，不修边幅的人奔着船停靠的方向而来。哥伦布和其他船员们喜出望外，这些不正是之前的水手们吗？他们还活着，哥伦布询问他们是如何存活下来的，在与船员的谈话中了解到，在哥伦布和其他船员走之后，没多久，面包和鱼干都被吃完了，只能靠着野果子充饥，后来，他们几个就神奇的慢慢好起来了[4]。最后，这个故事在水手间传播开来，直至后来，船员们在出海时，就会带上足够的莱姆汁，也就是青柠汁。但依然，没有人解出其中的谜语。

在1912 年，波兰科学家丰克在米糠中提取到一种能够治疗脚气病的物质，他将这种物质称为“维他命”，丰克首创用“维生素”来称呼生命中不可或缺的这一类物质。在芬克提出维生素的理论之后，出生于匈牙利的圣捷尔克在研究为什么水果会被氧化，进而会变色的问题时，如苹果放一段时间之后就会变色，发现卷心菜里也有一种物质能阻止它变黄，另外，在动物肾上腺中叶也发现类似物质，于是，他就研究如何提取这种物质，并研究得出它的化学式C6H8O6 ，后来，在圣捷尔克回到匈牙利后，将提取到的C6H8O6寄给了化学家哈沃斯，最终历尽千辛确定了它的化学结构，至此，维生素C才走进人们的视野。因此，圣捷尔克在1937年获得了诺贝尔生理学或医学奖[5]。

维生素C的两个特性

1. 抗氧化

维生素在生命体中也承担着重要的功能，低浓度维生素有着抗氧化的特性。它在生命体治疗中有以下多种作用：

预防和治疗缺铁性贫血。食物中的Fe存在的形式主要是Fe3+和Fe2+两种形式，而Fe2+在空气中易被氧化为Fe3+，而人体能吸收的只有Fe2+，铁元素是人体中红细胞的重要合成材料，人体在缺铁时会患缺铁性贫血，维生素C因其二烯醇的结构，会发生羟醛互变，因此具有较强的还原性，在维生素C的作用下Fe3+可被还原为Fe2+，铁元素故而被人体吸收。

对某些有毒物质具有解毒作用。维生素C一度被称为万能解毒剂。如砷化物、铅化物等有毒有害物质，当超剂量的这些有毒物质进入到人体当中，充足的维生素就可以起到缓解毒性的作用，维生素C的解毒作用还是在于它的还原能力，如果摄入量足够它可以和重金属发生结合，进而解除这些物质对人体的伤害[6]。

它还在生物体内承担另外一项重要的功能，那就是清除自由基。自由基是指一类任何含有1个或多个不成对电子并能独立存在的物质，其中有原子、原子团、离子、分子等多种形式。由氧诱发的自由基称为ROS，ROS是含氧且有高度化学活性的几种分子的总称。自由基完全是机体内产生的诱发剂，主要包括羟自由基 、H2O2 等其他在生物体自由代谢所产生的物质，其中羟基自由基是化学性质最活泼的一种含氧自由基分子，自由基有一个多余的不对等的电子，这个电子很活跃，可能伤害细胞组织，导致细胞的初步癌变[7]。ROS在正常生理条件下，微量的自由基对维持生物体正常功能具有十分重要的意义。但是，过量的自由基会造成细胞的损伤，因此取决于机体内自由基的浓度。维生素通过它的二烯醇结构所具有的还原性，清除体内多余的自由基。

2. 促氧化

维生素的促氧化特性在历史上存在着一定的争议，作为一种有效的抗氧化剂，维生素C可以清除生物系统内多余的ROS，防止机体发生氧化应激[8]。主要基于抗氧化特性和明显的无毒性，莱纳斯·鲍林在1974年的时候，提出用超过5倍剂量(成人为45毫克每天)来治疗一些不同的疾病。而鲍林指出60毫克的维生素C只能维持机体的正常运作，并不能达到增强抵抗力，预防疾病的最佳效果，要让人体的免疫系统发挥最大的效应，就要每天摄取高剂量的维生素C（500-1000毫克）[9]。相比之下，维生素C也可以是一种具有过氧化氢来源的促氧化剂，这种促氧化特性的早期证据在1969年被报道，最近，这种促氧化特性被用于使用更高剂量的维生素C的癌症治疗。

维生素C在不同条件下可以作为抗氧化剂或促氧化剂，维生素C的抗氧化特性是通过提供其中一个H原子给ROS，而形成一个稳定的维生素C自由基而产生的。这一过程会消耗ROS，是维生素C抗氧化特性的基础[10]。这种抗氧化特性的基本条件就是较低浓度的维生素C(<0.1mM)和接近中性的的PH。维生素C的这种抗氧化特性负责免疫，保护生命系统免受自由基导致的细胞损伤。维生素C的促氧化特性可以在两种不同的条件下产生。第一种是维生素C在高浓度(>4mM)和高pH（PH>7）下的自氧化。第二种是在金属离子(如Fe3+，Cu2+)催化的维生素C的氧化，然后发生Fenton反应[11]。

图3 维生素的促氧化和抗氧化特性机制

（图源https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03000.）

纳米级维生素C

Q：什么是纳米维生素C？

答：维生素C因其二烯醇结构，具有的抗氧化特性，但也因其极不稳定，科学家做出一系列的努力去尝试增加其稳定性。将分子维生素C转化为纳米维生素C不仅可以提高稳定性，还可以进行靶向治疗。纳米维生素C主要有三种类型，第一种是将维生素C封装在脂质体或改性的脂质体中，这避免了维生素C在血管中的不必要释放和降解，使他们到达反应位点缓慢释放。第二种方法是基于维生素C与纳米载体的结合：第三种方法是使用结合维生素C的催化金属基纳米载体或纳米载体以及外源性维生素C偶联，如图4。

图4 纳米维生素C（图源https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03000.）

Q：纳米维生素C有什么优势？

答：

（1）纳米维生素C通过增加维生素C的稳定性来增强抗氧化的性能。维生素C的纳米型抗氧化性能可显著地增强。这主要是通过增强维生素C化学稳定的方式来增加增加纯形式的生物利用度。如壳聚糖包覆的纳米维生素C脂质体，与分子维生素相比显示出更长的抗氧化活性。

（2）纳米维生素C通过增强细胞传递和特异性靶向性来增强抗氧化的特性。纳米维生素C已被证明可以增强深层组织的穿透性能。这个性能有证据证明可以治愈皮肤的衰老症状。纳米维生素C比分子维生素C表现出更好的抗氧化的特性。

结语

虽然目前对于维生素C的抗癌效果研究并不是很明晰，但维生素C的促氧化特性对于肿瘤治疗具有巨大的治疗应用潜力，并且在过去几年中已经被用于靶向细胞和肿瘤治疗，相信不久的未来，人类会对维生素C有更多的发现。了解了这么多维生素C的知识，希望我们能真实地感受化学改变世界。