蝦青素來源及生物活性的研究進(jìn)展

呂亭亭，劉海麗，馮曉慧，葛　聲

(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院臨床營養(yǎng)科，上海　200233)

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蝦青素來源及生物活性的研究進(jìn)展

呂亭亭，劉海麗，馮曉慧，葛聲

(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院臨床營養(yǎng)科，上海200233)

蝦青素(3，3’-二羥基-4，4’-二酮基-β，β’-胡蘿卜素)是一種類胡蘿卜素，來自于微生物和海洋動物。目前已有大量體內(nèi)、體外研究表明，蝦青素被用來預(yù)防糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等，對人類和動物健康有促進(jìn)作用。本文綜述蝦青素的來源、生物活性及安全性等的研究進(jìn)展。

蝦青素；類胡蘿卜素；抗氧化

蝦青素是一種斷鏈抗氧化劑，有極強(qiáng)的猝滅單線態(tài)氧和清除自由基能力，比維生素E強(qiáng)百倍以上，被稱為“超級維生素E”。許多研究指出，蝦青素對健康具有促進(jìn)作用，能夠預(yù)防和治療多種疾病[3，4]。如今，蝦青素已被制成保健品，并作為食用色素、畜牧業(yè)和水產(chǎn)品的飼料添加劑得到較為廣泛的應(yīng)用。

1　蝦青素的來源

1.1人工合成

蝦青素是類胡蘿卜素合成的終點(diǎn)，β-胡蘿卜素需要加上2個羥基和2個酮基才能轉(zhuǎn)變?yōu)槲r青素，人工化學(xué)合成較困難。蝦青素具有3S-3’S、3R-3’S、3R-3’R(也稱為左旋、內(nèi)消旋、右旋)3種異構(gòu)體，其中，人工合成的蝦青素為3種結(jié)構(gòu)的混合體，抗氧化活性極少。

1.2生物來源

天然蝦青素主要存在于藻類、酵母菌、三文魚、鱒魚、蝦等，生物來源的蝦青素使用安全，具有環(huán)境友好性，有廣闊的發(fā)展前景。目前，天然蝦青素主要依靠微生物發(fā)酵生產(chǎn)，能產(chǎn)蝦青素的微生物包括：真菌擔(dān)子菌綱的發(fā)夫酵母屬，兩株同化烴類的細(xì)菌和生長在氮缺乏環(huán)境下的綠藻類。雨生紅球藻是一種重要的蝦青素產(chǎn)生菌[5]，它是自然界中蝦青素含量最豐富的生物，蝦青素含量可達(dá)干重的3.0%，約占類胡蘿卜素總量的90%以上，被譽(yù)為天然蝦青素的“濃縮品”。而且，藻源蝦青素是100%左旋，具有較強(qiáng)的生物學(xué)活性。雨生紅球藻所處生長環(huán)境的不同也會對其蝦青素的含量產(chǎn)生影響，比如在氮源缺乏的環(huán)境中，能夠大量積累蝦青素。此外，雨生紅球藻生存力強(qiáng)、生長速率快、耐高溫且易于戶外培養(yǎng)，在蝦青素大規(guī)模生產(chǎn)工藝中頗具潛力。

2　蝦青素的生物活性

2.1抗氧化活性

機(jī)體的正常有氧代謝會產(chǎn)生自由基和活性氧(reactive oxygen species，ROS)，因其含非配對電子，極不穩(wěn)定，有很強(qiáng)的生物活性，過量的氧化分子會與蛋白質(zhì)，脂質(zhì)和DNA發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，造成氧化損傷。蝦青素是單線態(tài)氧的強(qiáng)大猝滅劑，可以清除氧自由基，是一種強(qiáng)大的抗氧化劑[6]。通過比較蝦青素、葉黃素、玉米黃質(zhì)、β-胡蘿卜素和番茄紅素對多不飽和脂肪酸作用下膜脂過氧化氫生成濃度的影響，McNulty等[7]發(fā)現(xiàn)，非極性類胡蘿卜素，如番茄紅素和β-胡蘿卜素會使脂質(zhì)過氧化物水平升高85%，促進(jìn)氧化劑對細(xì)胞脂質(zhì)雙分子層的損傷，而蝦青素能使脂質(zhì)過氧化物水平降低40%。一項動物研究[8]用雨生紅球藻粉飼喂大鼠，結(jié)果顯示，其過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、過氧化物酶等在血漿和肝細(xì)胞中的濃度顯著升高。8-羥基鳥嘌呤可作為DNA氧化損傷的標(biāo)志物，Edge等[9]發(fā)現(xiàn)，β-胡蘿卜素、玉米黃質(zhì)、番茄紅素和蝦青素可以降低氧化鳥嘌呤核苷水平。

2.2抗炎活性

蝦青素具有強(qiáng)大的抗氧化作用，可以通過調(diào)控機(jī)體自由基和抗氧化劑之間的平衡發(fā)揮間接的抗炎作用。幽門螺桿菌感染可引起胃黏膜的炎癥，感染后機(jī)體一般難以將其清除而變成慢性感染，而且，幽門螺桿菌感染可以增加胃潰瘍、十二指腸潰瘍甚至是胃癌的發(fā)病風(fēng)險。有研究報道，富含蝦青素的藻類飲食可以抑制BALB/c小鼠的幽門螺桿菌感染，減輕胃部炎癥程度[10，11]。Park JS等[12]一項為期8w的雙盲隨機(jī)對照臨床試驗，選取健康的成年女性為研究對象，結(jié)果顯示，蝦青素可以顯著降低DNA損傷的標(biāo)記物——8-OHdG的水平，并能降低血漿C反應(yīng)蛋白濃度，證實了蝦青素對人體的抗炎作用。

2.3預(yù)防動脈粥樣硬化相關(guān)疾病

氧化應(yīng)激和炎癥是動脈粥樣硬化性心臟病的重要病理生理特征，而蝦青素強(qiáng)大的抗氧化和抗炎活性也提示其潛在的抗動脈粥樣硬化的作用[13]。低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)的氧化是導(dǎo)致動脈硬化的重要原因，而高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)與冠心病的危險性呈負(fù)相關(guān)，高水平的HDL 能預(yù)防動脈粥狀硬化。研究表明，蝦青素能夠顯著升高HDL并能降低LDL水平，所以蝦青素可能對動脈硬化、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病有一定的預(yù)防作用[14]。

2.4抗癌活性

癌癥是一種多致病因素疾病，其發(fā)病與遺傳、接觸致癌物、氧化損傷、基因突變等因素有關(guān)。Tanka T 等[15]研究了飼料中添加蝦青素對致癌物氧化偶氮甲烷所致F344大鼠結(jié)腸癌形成過程中的作用，其結(jié)果顯示，蝦青素可以顯著降低結(jié)腸癌的發(fā)病率，并能抑制畸變隱窩病灶的形成，抑制癌細(xì)胞的增殖。Kavitha等[16]研究發(fā)現(xiàn)，蝦青素可以預(yù)防化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)的倉鼠頰袋腫瘤的發(fā)生，并初步探索其機(jī)制可能與Nrf2/Keap-1信號通路的激活有關(guān)。另外，蝦青素能夠抑制乳腺癌的生長，而其他類胡蘿卜素如β-胡蘿卜素和角黃素則不具備這一功能[17]。總之，越來越多的研究表明，蝦青素具有抑癌、抗癌作用，這些作用主要體現(xiàn)在蝦青素預(yù)防腫瘤的發(fā)生、抑制腫瘤細(xì)胞增殖、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤轉(zhuǎn)移、增強(qiáng)免疫、增加細(xì)胞間通訊等方面[18]。

2.5增強(qiáng)免疫功能

細(xì)胞膜上含多不飽和脂肪酸，易于發(fā)生脂質(zhì)過氧化，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜的流動性和通透性發(fā)生改變，最終改變細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，而蝦青素因其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，可以插入到脂質(zhì)雙分子層，所以與β胡蘿卜素和維生素C相比，可以更好地抑制細(xì)胞膜上的脂質(zhì)過氧化，保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。免疫細(xì)胞對自由基損傷非常敏感，自由基會促進(jìn)巨噬細(xì)胞細(xì)胞膜的降解，而損害其吞噬功能?？寡趸镉绕涫俏r青素可以保護(hù)免疫系統(tǒng)免受自由基的損害。裴凌鵬等[19]發(fā)現(xiàn)，蝦青素可以增加S180荷瘤小鼠免疫器官的臟器指數(shù)、腫瘤抑制率，并能明顯增強(qiáng)T淋巴細(xì)胞百分?jǐn)?shù)，增強(qiáng)其免疫功能。陳立武等[20]也通過動物實驗表明蝦青素可以增加脾細(xì)胞的數(shù)量，增強(qiáng)其對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。Kuan-Hung Lin等[21]發(fā)現(xiàn)，對于原代培養(yǎng)的淋巴細(xì)胞，蝦青素可以促進(jìn)脂多糖誘導(dǎo)的干擾素產(chǎn)生，動物實驗也表明，蝦青素會增加IL-2的產(chǎn)生，并能促進(jìn)脂多糖誘導(dǎo)的淋巴細(xì)胞的增殖。并有研究提示，蝦青素可以增強(qiáng)脾臟細(xì)胞對抗原的免疫應(yīng)答，增強(qiáng)抗體的生成[22，23]，促進(jìn)有絲分裂原誘導(dǎo)的淋巴細(xì)胞的增殖，增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性，并能增加外周血中T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞的總數(shù)[12]。一項細(xì)胞實驗也證實蝦青素可以促進(jìn)脾臟細(xì)胞和胸腺細(xì)胞的增殖，尤其顯著增強(qiáng)脾臟細(xì)胞產(chǎn)生多克隆抗體，促進(jìn)腫瘤壞死因子α和白細(xì)胞介素-1α的釋放[24]，因此，蝦青素具有促進(jìn)免疫細(xì)胞增殖和增強(qiáng)免疫的作用。

2.6其他

裴凌鵬等[25]探討了蝦青素對去卵巢骨質(zhì)疏松模型大鼠骨的密度、骨礦含量的影響，發(fā)現(xiàn)蝦青素可以改善骨質(zhì)量，抑制大鼠去卵巢骨質(zhì)疏松的發(fā)生，具有類似雌激素的效應(yīng)。

3　天然蝦青素的生物安全性

食物來源的蝦青素是較安全的，但蝦青素是脂溶性的，會在動物組織中積累，大量攝入會使皮膚呈黃色甚至是略帶紅色，同時補(bǔ)充脂類制劑會增加其生物活性，但未發(fā)現(xiàn)毒副作用[8，26]。大劑量的蝦青素對血小板、凝血和纖溶功能沒有不良影響[27]。常規(guī)推薦蝦青素的攝入量為2～4mg/d，一項臨床試驗選用的紅球藻來源的蝦青素劑量為6mg/d，未發(fā)現(xiàn)任何不良影響[28]。另一項臨床研究也發(fā)現(xiàn)，人服用紅球藻提取蝦青素40mg/d，連續(xù)服用4w并未發(fā)現(xiàn)任何不良副作用[29]。

4　結(jié)論

近年來，越來越多的研究者圍繞蝦青素進(jìn)行了大量的體內(nèi)、體外實驗，結(jié)果表明，蝦青素在癌癥、心血管系統(tǒng)疾病、炎癥性疾病等方面都表現(xiàn)出潛在的保護(hù)甚至治療作用，而且并未發(fā)現(xiàn)蝦青素引起的不良反應(yīng)。如今，蝦青素已被制成保健品，并作為食用色素、畜牧業(yè)和水產(chǎn)品的飼料添加劑得到較為廣泛的應(yīng)用。但是，目前有關(guān)蝦青素的研究數(shù)據(jù)大多來自于細(xì)胞和動物實驗，臨床研究較少，而且現(xiàn)有的臨床試驗樣本量偏少，干預(yù)時間較短。所以，未來尚需要大規(guī)模臨床試驗來驗證蝦青素在人體的功效，也需要大量基礎(chǔ)研究更深一步探索蝦青素發(fā)揮作用的分子機(jī)制和涉及的信號通路?！?/p>

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(責(zé)任編輯李婷婷)

Research Progress on Sources and Biological Activity of Astaxanthin

LV Ting-ting，LIU Hai-li，F(xiàn)ENG Xiao-hui，GE Sheng

(Department of Clinical Nutrition，the Sixth People’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200233，China)

Astaxanthin(3，3’-dihydroxy-β，β’-carotene-4，4’-dione) is a carotenoid found in various microorganisms and marine animals.Recent published data showed beneficial effects of astaxanthin on the metabolism in animals and humans in terms of preventing diabetes，cardiovascular diseases，nervous system disease，etc.The paper reviewed research advancements of sources，biological activities and its biological safety of astaxanthin.

astaxanthin; carotenoid; antioxidant

呂亭亭(1990—)女，碩士，研究方向：糖尿病及其營養(yǎng)干預(yù)。

葛聲(1967—)，女，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：營養(yǎng)與慢性代謝性疾病防治。