植物甾醇是一类存在于植物中,结构上类似于胆固醇的物质,在植物中以游离态、酯化态或糖苷的形式存在,目前已知大约有100多种不同形式的植物甾醇存在于植物王国中,常见的植物甾醇包括β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇等。由于植物甾醇具有降低胆固醇吸收和抗癌等功效,近年来被添加到人类日常饮食中,以降低心血管疾病的发生并预防癌症的发展。然而,关于植物甾醇对心脏病和癌症的防护机制研究尚未清晰。由于缺乏市售的绝大多数植物甾醇单体(除豆甾醇和β-谷甾醇外),到目前为止,多数研究都是针对植物甾醇混合物展开的,因此,很有必要开展关于其他具有代表性的植物甾醇单体的研究,包括菜油甾醇和相关衍生物单体,这将为全面理解植物甾醇的作用及功效奠定坚实的理论基础。甾醇,包括胆固醇和植物甾醇,都是不饱和脂类,它们很容易被氧化,产生与之相对应的胆固醇氧化物和植物甾醇氧化物。已有的研究表明,胆固醇氧化物具有细胞毒性、促进凋亡和引发炎症等作用,此外,胆固醇氧化物还和许多重要的慢性疾病的引发和发展有着密切的关系,例如动脉粥样硬化、神经性退行疾病、糖尿病和肾功能衰竭等。与研究相对透彻的胆固醇氧化物相比,同样是由于尚无市售的植物甾醇氧化物单体的原因,限制了对于植物甾醇氧化物的生物活性研究,而且许多针对相关氧化混合物的研究结果尚存在争议。因此需要对植物甾醇氧化物的潜在毒性进行深入全面的研究,以阐明其中存在的分子机制。酿酒酵母是一种具有特殊优势的真核生物,由于具有简易的基因操作性,可以很容易地对酵母进行过表达或基因敲除,筛选到所需要的突变株。此外,研究表明,酵母基因组编码了和哺乳动物细胞同源的控制细胞凋亡的重要调控因子,包括酵母中唯一存在的天冬氨酸蛋白酶(Yca1p)、核酸内切酶G(Nuc1p)、凋亡诱导因子(Aif1p)和BH3蛋白(Ybh3p)等。因此酿酒酵母作为一种模式生物,已被广泛应用于体内研究,用来研究与人类疾病相关的细胞凋亡通路及机理。本研究首先以一种植物甾醇混合物(Generol 95R)作为起始物,首先通过半制备高效液相色谱法分离制备了高纯度的植物甾醇单体(菜油甾醇和β-谷甾醇),然后通过化学合成法结合柱层析和半制备高效液相色谱法,分离制备了高纯度的植物甾醇氧化物单体(7-酮基菜油甾醇和7-酮基谷甾醇),并对这些化合物进行了结构表征。本研究提供了一种新型制备植物甾醇氧化物单体的方法。由于氧化应激在人类疾病的发病机制中扮演着重要角色,本研究以酿酒酵母作为研究模型,对菜油甾醇在氧化应激条件下对酵母可能的保护机制进行了研究。结果表明,将酵母细胞进行菜油甾醇预处理可以降低活性氧的产生,促使抗氧化酶的活性增加,并能有效降低脂质过氧化程度。同时,我们对野生型酵母细胞和突变型Δyno1酵母细胞进行菜油甾醇预处理,比较了在氧化应激条件下所引起的酵母细胞的变化。实验结果表明,菜油甾醇的这种保护作用是依赖于NADPH氧化酶的,因为在NADPH氧化酶缺失的酵母突变株Δyno1中,菜油甾醇并不能发挥它的保护作用。本研究在酿酒酵母上对7-酮基胆固醇和7-酮基植物甾醇引发的细胞毒性进行了评估,平板计数法和细胞凋亡标记物检测指标被用于衡量酵母的死亡程度。实验结果表明,7-酮基胆固醇和7-酮基植物甾醇都可以诱导酵母细胞凋亡,在经过它们处理之后都可以引起染色质固缩,释放活性氧自由基,以及磷脂酰丝氨酸从细胞膜内侧翻转到外侧。我们的研究结果证明了半胱氨酸蛋白酶在7-酮基甾醇氧化物诱导酵母凋亡中发挥着重要的作用,当YCA1缺失或其功能被抑制时,7-酮基甾醇氧化物的细胞毒性显著降低。此外,研究表明7-酮基胆固醇的细胞毒性比7-酮基植物甾醇的细胞毒性大。除了这些传统检测细胞凋亡的方法,本研究还发明了一种基于方波阳极溶出法分析(SWASV)的电化学方法,来检测酵母细胞的凋亡。此方法检测的细胞凋亡的结果与传统的流式细胞仪检测结果呈现良好的吻合性,提供了一种优于传统方法的新型检测细胞凋亡的电化学方法。