微藻及其活性物質(zhì)在免疫調(diào)節(jié)和抗病毒方面的研究進展

李曉楠，秦 松，葛保勝

（1.中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院，青島266580；2.中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所，煙臺264003）

微藻是一類形態(tài)微小、結(jié)構(gòu)簡單的水生生物，遍布世界各地的河流、湖泊和海洋。盡管微藻在地球上歷史悠久，但我國大規(guī)模培養(yǎng)微藻技術(shù)近幾十年才發(fā)展起來。目前，我國主要有螺旋藻、小球藻、雨生紅球藻、杜氏鹽藻、裸藻等微藻品種被大規(guī)模養(yǎng)殖。不同種類微藻的共同特點是富含蛋白質(zhì)、多糖、色素、維生素、活性多肽等成分，但每種微藻藻粉營養(yǎng)物質(zhì)與組成成分具有明顯的區(qū)別（表1），例如：螺旋藻藻粉、小球藻藻粉和鹽藻藻粉富含蛋白質(zhì)，其蛋白含量占藻粉干重的30%～70%，多糖類物質(zhì)占10%～40%；而紫球藻藻粉和裸藻藻粉主要富含多糖類物質(zhì)，其多糖含量占干重的30%～60%，蛋白質(zhì)含量相對較少為10%～35%。在正常培養(yǎng)條件下，各種微藻藻粉中脂類物質(zhì)含量均不高，為10%～20%。

表1 不同微藻藻粉主要成分Table 1 Main components of different microalgae powders

微藻中提取的活性物質(zhì)主要有微藻色素、微藻蛋白和微藻多糖等，據(jù)報道微藻活性物質(zhì)具有抗氧化、抗腫瘤、消炎、促免疫和抗病毒等多種功能［6］。微藻活性物質(zhì)根據(jù)其藻種來源不同，具有不同的結(jié)構(gòu)和組成。以微藻多糖為例：不同藻種來源的微藻多糖均含有葡萄糖，但螺旋藻多糖、小球藻多糖和鹽藻多糖中的單糖種類要顯著多于紫球藻多糖和裸藻多糖；在糖苷鍵類型方面也具有明顯區(qū)別，螺旋藻多糖和小球藻多糖是α 型糖苷鍵，而紫球藻多糖、鹽藻多糖、裸藻多糖以β型糖苷鍵為主；螺旋藻多糖、小球藻多糖、鹽藻多糖和裸藻多糖上的修飾基團主要以硫酸化修飾為主，但硫酸化修飾水平可能具有一定的差異（表2）。盡管不同微藻多糖的結(jié)構(gòu)與組成不同，但它們均顯示出顯著的增強機體免疫力和抑制病毒活性的功能。

表2 不同微藻多糖的結(jié)構(gòu)與組成Table 2 Structure and composition of different microalgae polysaccharide

1 微藻及其活性物質(zhì)的促免疫抗病毒研究進展

微藻被認為是一種良好的保健食品和藥用資源。微藻藻粉是由微藻培養(yǎng)液經(jīng)收獲、洗滌，瞬時烘干制成的，保留了微藻的多種活性成分，具有良好的機體免疫調(diào)節(jié)功能［12］（表3）。在小鼠和人體實驗中螺旋藻、小球藻、紫球藻等微藻藻粉均表現(xiàn)出良好的效果，其中每天補充少量小球藻藻粉可以顯著增加人體唾液中的抗體數(shù)目，促進人體免疫力。多項細胞、動物實驗或人體實驗也證實微藻多糖，如螺旋藻多糖、小球藻多糖、鹽藻多糖等，都具有良好的促免疫活性［13］（表3）。細胞實驗顯示小球藻多糖相對于其他多糖具有用量少、效果明顯的特點，而裸藻多糖在人體實驗中也顯示出其良好的促免疫效果。除微藻多糖外，微藻中的色素，如雨生紅球藻蝦青素、鹽藻β?胡蘿卜素，均具有較強的抗氧化作用，同時可以通過增加免疫細胞數(shù)量、促進細胞因子釋放等途徑起到調(diào)節(jié)免疫的作用（表3）。雨生紅球藻蝦青素還可以抑制TNF?α、IL?6、IL?1β、IL?12 和IL?8 等多種促炎細胞因子的過度釋放，從而避免由于免疫過激引起的“炎癥風(fēng)暴”［14］。雨生紅球藻和鹽藻被認為是蝦青素、β?胡蘿卜素最豐富的天然生產(chǎn)者，這極大地增加了雨生紅球藻和鹽藻的應(yīng)用價值。微藻蛋白同樣具有較高的營養(yǎng)價值和免疫調(diào)節(jié)活性，例如螺旋藻藻藍蛋白可以促進免疫器官的發(fā)育，促進和激活淋巴細胞的增殖，增加抗體的釋放量，調(diào)節(jié)細胞因子的釋放量［15］（表3）。小球藻熱水提取物（CGF）也具有激活淋巴細胞、增強吞噬細胞的吞噬能力，促進組織因子釋放等功效。

微藻及其活性物質(zhì)對某些病毒具有良好的抑制效果，在防止病毒感染方面具有很好的應(yīng)用前景。微藻中的硫酸多糖，如螺旋藻多糖、小球藻多糖、紫球藻多糖等可以較好地抑制多種病毒的傳染（表4），特別是紫球藻多糖具有細胞毒性低、對病毒抑制作用優(yōu)于其他現(xiàn)有藥物的優(yōu)點，在新藥物研發(fā)方面具有較好的應(yīng)用前景［9］。微藻水提取物是通過多次離心濃縮和萃取從微藻中提取的具有良好營養(yǎng)價值的活性物質(zhì)，如螺旋藻水提取物也同樣對多種病毒具有抑制作用［16］（表4）。微藻中蛋白不僅可以調(diào)節(jié)免疫，還可以抑制病毒活性（表4），如藻藍蛋白可以抑制病毒的復(fù)制，從而起到抵抗病毒侵害的作用［17］。

2 微藻及其活性物質(zhì)促免疫抗病毒機理研究

除微藻在促免疫抗病毒方面的功效探索外，關(guān)于微藻促免疫和抗病毒機理方面的研究也越來越多。c?Jun氨基末端激酶（c?Jun N?termina kinase，JNK）家族是促分裂原活化蛋白激酶超家族的成員之一，JNK 的磷酸化可以促進TNF?α、IL?6、IL?1β、IL?12 和IL?8 等多種細胞因子以及NO 的產(chǎn)生和釋放，在細胞增殖與分化、細胞凋亡、應(yīng)激反應(yīng)等多種細胞調(diào)控方面起著至關(guān)重要的作用，而微藻中多種活性物質(zhì)都能影響JNK 的磷酸化從而起到調(diào)節(jié)免疫的作用。藻藍蛋白可以使吞噬細胞NF?kB 和JNK 蛋白激活，從而上調(diào)IL?1、IL?6 等細胞因子含量，促進吞噬細胞的活性［15］。硫酸化的微藻多糖可以促進小鼠巨噬細胞NO的產(chǎn)生，使用多種激酶的抑制劑試驗發(fā)現(xiàn)，只有JNK 抑制劑可以抑制微藻多糖引起的NO產(chǎn)生，證明微藻多糖通過JNK途徑促進巨噬細胞NO 的產(chǎn)生［9］。雨生紅球藻蝦青素可以調(diào)控多種細胞因子的含量，在LPS 攻擊小鼠巨噬細胞體外實驗中發(fā)現(xiàn)，蝦青素可以通過抑制ERK/p38／JNK 磷酸化，阻止LPS 刺激小鼠MAPK 和NF?κB 活化，從而抑制TNF?α、IL?6、IL?1β、IL?12 和IL?8 等多種細胞因子的過度釋放［14］。除此之外，微藻活性物質(zhì)也可以通過別的途徑來起到調(diào)節(jié)免疫的作用。如微藻多糖可以通過促進轉(zhuǎn)錄增加多種細胞因子含量，通過使用逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈測量免疫細胞因子mRNA 的誘導(dǎo)水平，結(jié)果顯示微藻多糖可以顯著增加白介素和腫瘤壞死因子的mRNA水平［3］。

表3 不同微藻及其活性物質(zhì)促免疫研究Table 3 Effect of immune promotion of different microalgae and their extracts

表4 不同微藻及其活性物質(zhì)的抗病毒研究Table 4 Antiviral effect of different microalgae and their extracts

病毒增殖周期包括吸附、穿入、脫殼、生物合成、組裝等多種過程，而病毒吸附是感染的起始階段。微藻多糖可以與病毒顆粒形成多糖?病毒復(fù)合物，從而抑制病毒和細胞受體的結(jié)合，防止病毒感染［9］。多種微藻多糖，如螺旋藻多糖、紫球藻多糖、鹽藻多糖和小球藻多糖均可以抑制病毒復(fù)制的初始階段，阻止病毒附著細胞表面，從而起到抑制病毒的作用。螺旋藻多糖可以抑制HSV?1的膜蛋白VP16向細胞遞送，阻止病毒附著細胞［18］。鹽生隱桿藻多糖和裸藻多糖可以通過增強小鼠自身的免疫力，從而起到抑制病毒感染的作用［19］。此外，使用螺旋藻提取物對豚鼠紅細胞進行流感病毒血凝抑制實驗，結(jié)果顯示螺旋藻提取物可以中斷流感病毒的病毒血凝反應(yīng)，從而抑制病毒的附著和吸附［16］。然而目前關(guān)于微藻多糖的結(jié)構(gòu)及硫酸化方面的研究還相對較少，關(guān)于微藻多糖抗病毒和促免疫的詳細作用機制尚需進一步深入研究。

3 展望

大量研究表明，微藻不僅營養(yǎng)全面，而且其含有的微藻活性物質(zhì)具有調(diào)節(jié)機體免疫和抗病毒等功能，或?qū)⒊蔀槿藗冄a充營養(yǎng)、調(diào)節(jié)免疫和抗擊病毒的有效手段。隨著微藻培養(yǎng)技術(shù)和種質(zhì)篩選方法的進步，微藻產(chǎn)品已從低端的藻粉生產(chǎn)階段，慢慢過渡到高端微藻保健品和營養(yǎng)補充劑生產(chǎn)階段。目前，部分微藻產(chǎn)品已能夠逐漸滿足食品和制藥工業(yè)上的高要求。隨著研究的深入開展，微藻及其活性物質(zhì)在作為抵抗多種病毒侵害、促進人體免疫和治療疾病的候選藥物及保健品方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景（圖1）。

圖1 微藻及其活性物質(zhì)的應(yīng)用前景圖Figure 1 Application prospect map of microalgae and its active substances

微藻及其活性物質(zhì)在大規(guī)模開發(fā)利用過程中存在一些急需解決的問題，如微藻提取物含量偏低、穩(wěn)定性差，分離純化步驟繁瑣，提取率低等。此外，對于微藻及其活性物質(zhì)的精細生產(chǎn)和應(yīng)用而言，提取物純度有待進一步提高，分子結(jié)構(gòu)尚不確定，功效關(guān)系尚需進一步明確。最重要的是，如今我國微藻活性物質(zhì)產(chǎn)品多為保健品，品種單一而在臨床治療方面的應(yīng)用開發(fā)偏少。所以其增強免疫功能與抑制病毒的機制和分子基礎(chǔ)尚需進一步研究。