葛仙米主要生物活性成分和生物活性功能研究進展

魏芬芬 王文娟 賀青華 張波

摘要?葛仙米具有多種生物活性物質(zhì)及活性功能，逐漸受到廣泛的關注。目前對葛仙米的研究主要集中在葛仙米培養(yǎng)條件、活性物質(zhì)提取方法的優(yōu)化，以及少部分的活性功能研究。綜述葛仙米中多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸等主要活性成分及抗氧化、抗癌、免疫調(diào)節(jié)以及調(diào)節(jié)脂代謝等活性功能，為葛仙米資源更好地開發(fā)和利用提供依據(jù)。

關鍵詞?葛仙米;活性成分;活性功能

中圖分類號?TS201.2文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2018）33-0008-04

球狀念珠藻（Nostoc sphaeroides kützing），俗稱葛仙米，屬藍藻門藍藻綱念珠藻目念珠藻科念珠藻屬。主要形狀呈球細胞球形膠質(zhì)狀或者其他不規(guī)則形狀，呈藍綠色或者黃褐色[1-6]。葛仙米在世界范圍內(nèi)分布極少，我國葛仙米主要分布在湖北鶴峰縣[7]。葛仙米在我國具有悠久的食用與藥用歷史，除了用作人們的餐桌美食[8]，還常用來治療夜盲癥、消化不良、燙傷等，是一種傳統(tǒng)的藥食兩用藍藻[1，9-10]。研究發(fā)現(xiàn)，葛仙米富含蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸、多糖、維生素等多種營養(yǎng)成分[11]，且具有多種生物活性功能，如抗炎抗菌、抗氧化、抗癌和免疫調(diào)節(jié)的功能[12-14]，對人體有很好的保健功能[15]。該研究分析葛仙米的活性成分，并對其保健功能及其機理進行綜述，以期對葛仙米在保健食品領域的開發(fā)和利用提供依據(jù)。

1?葛仙米的主要活性成分

葛仙米含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和活性成分，近年來的研究表明，葛仙米的主要活性成分有多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等[16-17]。汪興平等[18]對湖北野生葛仙米和人工培養(yǎng)的葛仙米營養(yǎng)成分進行分析和比較（表1、表2）。結(jié)果表明，野生葛仙米蛋白質(zhì)含量高達48.61%，共含有17種氨基酸，其中包含7種人類必需氨基酸，總含量為44.619%，除色氨酸（Trp）在處理過程中成分可能被破壞，只檢測到其含微量外，其他必需氨基酸均較高。人工培養(yǎng)的葛仙米與野生葛仙米的營養(yǎng)成分相似。葛仙米富含多種維生素，如VB1、VB2、VC、VE、β-胡蘿卜素含量豐富，其中抗壞血酸的含量與鮮棗含量相近，相當于山楂的5倍，柑橘的15倍[15，19-20]。Pereira等[21]試驗證明，葛仙米胞外多糖干重的含量可達80%，主要包含甘露糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖等，在抗炎抗菌中有廣泛的應用前景[22]。

2?葛仙米生物活性功能研究

2.1?葛仙米抗氧化活性研究

自由基是生物體活動過程中生物化學反應產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，具有很高的反應活性，能夠直接攻擊機體，在分子、細胞和器官水平上給機體造成傷害[19，23]。研究表明，自由基與許多疾病都相關，如機體衰老、腫瘤、糖尿病等都是由于氧化損傷產(chǎn)生過多自由基導致的[24-25];而自由基可以導致食品和化工產(chǎn)品腐敗變質(zhì)，因此無論是在醫(yī)學、食品還是化工行業(yè)，有關抗氧化劑和清除自由基的研究都廣泛受到關注，在保健食品領域中，尋求具有抗氧化活性的天然物質(zhì)尤為重要。

念珠藻的抗氧化活性一直是研究的熱點[26]。有研究人員從葛仙米中分離出藻紅蛋白和藻藍蛋白，研究葛仙米藻紅蛋白清除氧自由基的能力，結(jié)果表明，清除氧自由基的能力為：粗提物 >藻紅蛋白 >藻藍蛋白;葛仙米藻紅蛋白清除氧自由基的能力為：H2O2自由基的清除率>·OH 自由基的清除率> O2·-自由基的清除率[27-30]。通過非脂質(zhì)體系抗氧化試驗、體外抗氧化試驗研究葛仙米藻藍蛋白的抗氧化能力。結(jié)果表明，葛仙米藻藍蛋白對清除O2·-、·OH 自由基和H2O2具有較好的量效關系。在體外反應體系中，葛仙米藻藍蛋白能顯著地降低MDA生成和血、肝中過氧化物的含量（表3）。體外試驗結(jié)果表明，葛仙米藻藍蛋白對小鼠肝線粒體損傷具有保護作用，并能顯著影響血漿的抗活性氧能力。Ninomiya等[3]對葛仙米、螺旋藻、蛋白核小球藻、鹽生杜氏藻的保護β-胡蘿卜素結(jié)構(gòu)完整性能力進行探究，結(jié)果表明，在相同條件下，葛仙米組的β-胡蘿卜素結(jié)構(gòu)最為完整，葛仙米的抗氧化能力均強于其他3種藻類。Tang等[5]從葛仙米中分離出多糖，研究葛仙米多糖清除自由基和增強細胞抗氧化酶活性的能力，結(jié)果表明，葛仙米多糖能顯著清除O2·-、·OH以及和DPPH。通過體外試驗，葛仙米多糖能夠顯著增強HEK193細胞SOD、CAT、GPx活性，增強細胞的存活率。以上研究均表明，葛仙米對多種自由基具有良好的清除作用，也能夠增強自身的氧化防御體系和抗氧化能力，但其在生物體內(nèi)發(fā)揮抗氧化作用的機制和途徑尚未有詳細報道，可能是直接參與自由基的猝滅，還可能使通過調(diào)節(jié)機體自身抗氧化活性，具體機制還待進一步研究[31-33]。

2.2?葛仙米抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)活性研究

癌癥仍然是造成全球死亡的主要病因和全球范圍內(nèi)最大的公共衛(wèi)生問題，是威脅人類健康和生命的重大殺手[34]，腫瘤大部分是由于機體內(nèi)細胞凋亡調(diào)控紊亂所導致的，自身免疫力低下也容易受到癌細胞攻擊[4，12]。由于腫瘤細胞是由正常細胞分化而來，因此常用于治療腫瘤的化學療法缺乏選擇性，在殺死腫瘤細胞的同時，對人體正常細胞也具有殺傷力，在治療過程中患者會出現(xiàn)嚴重的毒副作用[34-35]。目前，對于大部分的抗癌藥物，腫瘤都產(chǎn)生耐藥性，治療效果不甚理想。因此，開發(fā)出能夠增強機體免疫力的功能食品或者是治療效果好、副作用小的新型抗癌藥品，具有重大意義。

葛仙米的抗癌作用一直是人們研究的熱點。湯俊等[36]研究發(fā)現(xiàn)葛仙米能夠顯著誘導肝癌細胞HepG2凋亡。彭常安等[37]通過試驗發(fā)現(xiàn)葛仙米多糖對人體結(jié)腸直腸癌細胞（HCT-116）具有顯著的抑制作用。莫開菊等[38]發(fā)現(xiàn)葛仙米多糖能夠抑制S180小鼠腫瘤細胞的生長，高、中、低劑量抑瘤率分別為64.08%、38.24% 和29.91%，能夠抑制由腫瘤所致的小鼠細胞免疫能力下降（包括脾淋巴細胞轉(zhuǎn)化能力、NK細胞活性和遲發(fā)型變態(tài)反應）。程超等[39]利用整體動物試驗，研究葛仙米藻膽蛋白對免疫調(diào)節(jié)的作用，結(jié)果表明，葛仙米中的藻膽蛋白具有提高小鼠免疫功能的活性，能夠提高巨噬細胞的吞噬率、T淋巴系統(tǒng)的增殖、NK細胞活性以及血清中白細胞介素（IL-2和IL-4）細胞因子水平。

總之，葛仙米抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)作用是一個復雜的過程，是葛仙米多種成分共同作用于機體，發(fā)揮協(xié)同作用的結(jié)果。綜合近幾年的研究，將葛仙米可能的抗癌活性和免疫調(diào)節(jié)活性總結(jié)為以下四點：

①調(diào)節(jié)或激活機體免疫系統(tǒng)。葛仙米通過增強免疫細胞活性，如巨噬細胞吞、NK細胞、淋巴細胞等，增強脾淋巴細胞轉(zhuǎn)化能力，進而通過這些免疫細胞直接抑制或者是殺傷腫瘤細胞。此外，還可以通過調(diào)節(jié)細胞因子（如IL-2、IL-4和TNF-α等）的分泌進而調(diào)節(jié)免疫反應[40]。

②直接殺傷癌細胞。除了通過調(diào)節(jié)機體的免疫系統(tǒng)，葛仙米還能夠直接殺傷腫瘤細胞，其主要機制是誘導癌細胞的凋亡。如抑制DNA聚合酶及轉(zhuǎn)綠因子導致細胞功能缺陷而凋亡。

③抑制癌細胞的轉(zhuǎn)移和增殖。葛仙米可以通過抑制細胞的核轉(zhuǎn)錄以及細胞增殖的相關通路，從而誘導癌細胞的凋亡、分化以及成熟，進而抑制癌細胞的轉(zhuǎn)移和增殖。

④使致癌物失活，保護正常細胞。葛仙米通過發(fā)揮自身的抗氧化、抗輻射作用，減少由誘變劑導致的細胞損傷或是癌變，保護正常細胞不受攻擊，抑制癌基因的活化（表4）。

安徽農(nóng)業(yè)科學?2018年

2.3?葛仙米調(diào)節(jié)脂代謝活性研究

近年來，隨著社會的發(fā)展以及人們生活水平的提高，我國脂代謝異常的發(fā)生表現(xiàn)出顯著增加趨勢，血脂水平普遍偏高，嚴重危害健康。脂代謝紊亂是引起動脈粥樣硬化最重要、最危險的因素，其主要病癥是高血脂癥[41]。有關醫(yī)學研究證實動脈粥樣硬化能導致心血管疾病及其他動脈疾病，并引起較高死亡率，高脂血癥的防治依然是當今的最迫切任務之一[42-43]。現(xiàn)代醫(yī)學研究治療血脂異常的藥物也很多，但這些藥物毒副作用大，長期服用容易造成肝腎損傷。因此，開發(fā)和研制出效果好、毒副作用小的、新型的預防或者是治療血脂異常的藥物具有重大意義。

葛仙米脂肪酸含量為8.11%，主要為中鏈脂肪酸，中鏈脂肪酸組成的三酰甘油酯能夠抑制脂解作用，從而降低血漿中必需脂肪酸的需要量，減少膽固醇的合成，另外中鏈脂肪酸不經(jīng)過淋巴，而是經(jīng)由門脈血大量被肝臟截獲，不會引起高脂血癥[44-46]。關于葛仙米對脂代謝的調(diào)節(jié)作用，美國康涅狄格大學Ji-Young Lee教授團隊一直在研究。Yang等[47]首先研究長期食用葛仙米對C57BL/6J小鼠脂代謝的影響，發(fā)現(xiàn)食用葛仙米半年的C57BL/6J小鼠，血漿總膽固醇（TC）和總甘油三酯（TG）水平顯著低于對照組。之后，Ku等[48]通過體內(nèi)、體外試驗研究葛仙米以及葛仙米脂溶性提取物對脂代謝的調(diào)控作用，體內(nèi)試驗結(jié)果顯示，葛仙米能夠顯著降低血漿中的TC和TG水平，但脂溶性提取物對血漿TC和TG無明顯降低作用。葛仙米在降低血脂的同時，肝臟中SREPB2、3-羥基-3-甲基-輔酶A還原酶（HMGR）以及脂肪酸合成酶（FAS）表達增加。同時體外試驗證明葛仙米的脂溶性提取物能夠使HePG2細胞和原代小鼠肝細胞的SREBP2、HMGR以及FAS的蛋白水平顯著降低。結(jié)合體內(nèi)、體外試驗結(jié)果分析可知，葛仙米降低血脂的作用主要可能是非脂溶性成分發(fā)揮作用，可能是一些粗纖維和植物甾醇等，而體外試驗也佐證，肝臟中SREPB2、HMGR以及FAS的表達增強并非是由葛仙米所導致，相反，葛仙米的脂溶性提取物還能抑制肝細胞中SREPB2、HMGR以及FAS的表達。通過直接降低血漿中的風險因子TC、TG含量，增強肝臟代謝脂肪的能力，將脂肪代謝轉(zhuǎn)移至肝臟，減少患動脈粥樣硬化的風險。Rasmussen等[6]通過C57BL/6J小鼠研究葛仙米降脂的作用機制，結(jié)果表明，葛仙米之所以能夠直接降低血漿中的TC、TG含量，主要是直接通過減少腸道對膽固醇的吸收和促進膽固醇的排泄發(fā)揮作用。Ku等[9]研究葛仙米對動脈粥樣硬化發(fā)展的影響，利用載脂蛋白E基因敲除小鼠為試驗模型，從血脂調(diào)節(jié)和炎癥反應2個角度出發(fā)，葛仙米能夠降低血脂，減輕炎癥反應，抑制脂蛋白E基因敲除小鼠的動脈粥樣硬化病變。以上研究表明，葛仙米的降脂活性非常優(yōu)越，直接從腸道能減少對膽固醇的吸收和促進其排泄，未增加肝臟代謝負擔，具有可以作為一種預防動脈粥樣硬化安全有效的天然產(chǎn)物（表5）。

3?展望

可食用藻類的生物資源的開發(fā)與利用是當前食品、保健品和醫(yī)藥等領域的重要發(fā)展方向[49-50]，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及人民生活水平的提高，人們對食品有更高的追求，對綠色、健康食品的認識與重視也日益提高，期待能夠有更多的天然生物源的功能食品問世[51]。擬球狀念珠藻—葛仙米，我國一種傳統(tǒng)的藥食同源藻類，其多種生物活性功能（抗氧化、抗癌和免疫調(diào)節(jié)等）已經(jīng)被證實[49]，受到廣大學者、專家的重視，被認為是一種安全且有巨大潛力的功能食品和藥品的原料。

目前，對于葛仙米的研究主要集中在少數(shù)的多糖及蛋白的提取和分離純化，關于葛仙米其他成分的研究報道極少，對于其生物活性功能更是有待深入研究。葛仙米的活性成分及其活性功能具有極大的研究價值，有必要運用先進的技術與方法對其進行系統(tǒng)深入的研究，為葛仙米的開發(fā)與利用提供更多的依據(jù)。

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