海參生物資源開發(fā)與利用現(xiàn)況

黃佳升，原麗紅

（廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院，廣東 廣州 510006）

開發(fā)海洋資源，提高海洋科技創(chuàng)新水平，是我國海洋強國戰(zhàn)略的重要組成部分。海洋生物為了適應高壓、高鹽、黑暗、缺氧、低溫、局部高溫等極端的生存環(huán)境，進化形成了結(jié)構(gòu)奇特、活性多樣且功能顯著的海洋天然產(chǎn)物，這些天然產(chǎn)物為現(xiàn)代創(chuàng)新藥物的研發(fā)提供了重要的物質(zhì)基礎，是多種人類重大疾?。ㄈ缒[瘤、心腦血管疾病、免疫系統(tǒng)疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等）預防和治療藥物篩選的重要源泉。

海參是無脊椎動物，屬于棘皮動物門（Echinodermata）、海參綱（Holothuroidea），全球共有1 000多種，我國海域約有140種，其中可食用海參20余種。海參被列為“八珍”之一，具有補益養(yǎng)生的功效。近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的海參天然產(chǎn)物（如膠原蛋白、海參多糖、海參皂苷、海參肽和腦苷脂等）被分離出來。研究表明，這些活性物質(zhì)具有抑瘤、抗氧化、抗菌、抗病毒、抗凝、降血糖及調(diào)節(jié)免疫活性等作用，在生物醫(yī)藥和保健品領域具有廣泛的應用前景。目前，以海參為原料的產(chǎn)品多為保健品和護膚品，藥用產(chǎn)品極少?，F(xiàn)檢索了1989—2020年國內(nèi)外海參活性物質(zhì)相關(guān)的專利成果，分析其分布和研究方向，旨在為海參生物資源開發(fā)和利用提供參考。

1 海參相關(guān)專利分析

目前國內(nèi)外海參產(chǎn)品研發(fā)較少，主要為保健食品和護膚品，僅有一款玉足海參藥物（絡通）正在進行三期臨床研究。以海參、海參多糖和海參皂苷為關(guān)鍵詞，分別在世界知識產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）和國家知識產(chǎn)權(quán)局（CNIPA）數(shù)據(jù)庫進行檢索，統(tǒng)計分析了海參各領域的專利現(xiàn)況，檢索日期截止至2021年1月14日。

在WIPO中檢索到涉及海參的相關(guān)專利共3 268項，其中中國擁有2 707項。2000年以來，隨著我國科技的發(fā)展和國家政策的支持，我國海參專利發(fā)布量迅速增加，于2017年達到峰值（圖1）；在海參專利的申請國家中，我國以84%的占比居于首位，其次是韓國（10%），其余各國均不超過1%，反映了海參市場主要以中、韓為主（圖2）。我國可利用海參資源優(yōu)勢研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，打造中國品牌，開拓海外市場。

圖1 1989—2020年國內(nèi)外海參相關(guān)專利申請量對比分析

圖2 1989—2020年各國海參相關(guān)專利占比

從海參相關(guān)專利所屬領域看，主要涉及A23L（食品或非酒精飲料的制備或處理），A61K（化妝品、含有效成分的醫(yī)藥配置品），A01K（培養(yǎng)或飼養(yǎng)所有動物或獲得其產(chǎn)品的設備與方法），A61P（化學化合物或藥物制劑的特定治療活性），A23K（專門適用于動物的喂養(yǎng)飼料的生產(chǎn)方法），A23B（保存、催熟或罐裝產(chǎn)品），C12P（發(fā)酵或使用酶的方法來合成所需的化學化合物或組成，或從消旋混合物中分離光學異構(gòu)體），A23P（未被其他單一小類所完全包含的食料成型或加工），C12G（果汁酒、其他含酒精飲料的制備）等。在這些領域中，國內(nèi)相關(guān)專利申請依舊占主導（圖3）。當前，海參的利用主要集中于食品加工，藥用物質(zhì)的提取與利用相對較少，其中以多肽和多糖為主（圖4）。在食品加工和藥用物質(zhì)提取與利用領域，我國分別占了85.4%和90.4%（圖5）。

圖3 國內(nèi)外海參相關(guān)專利所屬領域?qū)Ρ确治?/p>

圖4 海參相關(guān)專利在各產(chǎn)業(yè)申請量分析

圖5 國內(nèi)外海參相關(guān)專利在各產(chǎn)業(yè)申請量分析

通過對海參相關(guān)專利現(xiàn)況進行分析，不難看出，當前全球海參生物資源開發(fā)利用的方式主要為捕撈和海水養(yǎng)殖，主要用于滿足水產(chǎn)品消費需求。傳統(tǒng)的海參資源開發(fā)利用方式不僅不利于提高我國海洋生物資源深度開發(fā)和利用能力，也不利于提升海洋經(jīng)濟的發(fā)展質(zhì)量和促進海洋產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。因此，大力發(fā)展醫(yī)藥領域的海參生物資源研發(fā)應是今后的主導方向。

2 海參生物活性物質(zhì)研發(fā)與利用

2.1 海參食品加工

海參作為天然補品，具有多種補益養(yǎng)生功能，富含氨基酸、維生素等營養(yǎng)成分，還具有皂苷、多糖等生物活性物質(zhì)，深受消費者喜愛。因此，海參食品開發(fā)種類較多，而食品加工技術(shù)門檻較低，因此海參食品加工領域?qū)＠暾埩枯^高。

在海參加工過程中，傳統(tǒng)加工方法有糖干、鹽干、料干和淡干等，所得海參為即食海參、半干海參、干海參、糖干海參和凍干海參。加工會導致海參部分營養(yǎng)成分流失，而且海參食品口味也不同，因此在最大限度地保留營養(yǎng)成分的前提下，海參食品的加工樣式尤為重要。如2020年12月22日發(fā)布的一種海參果凍，以海參素和果蔬提取物、卡拉膠等輔料制備而成，具有抗腫瘤、降血壓、改善免疫功能等功效，不但能有效遮蓋海參的腥味，而且保留了食品風味和保健功能，對開拓海參市場具有一定意義。除此之外，還有海參罐頭、含海參多糖的糖果等海參食品，具有抗腫瘤、降血壓和降血糖等保健功能。綜合看來，我國海參食品領域的專利申請量雖然高，但尚未形成品牌效應，生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)業(yè)鏈不完善。因此應大力開發(fā)營養(yǎng)、實惠、美味的海參保健食品，以價格和風味優(yōu)勢開拓市場。

2.2 海參藥用物質(zhì)提取與利用

海參具有多種生物活性物質(zhì)，如膠原蛋白、海參多糖、海參皂苷、海參肽和腦苷脂等，其中，海參多糖和海參皂苷是當前關(guān)注的熱點。

2.2.1 海參多糖

海參多糖是海參體壁的主要組成成分，含量僅次于海參蛋白，主要以海參糖胺聚糖和海參巖藻多糖組成，具有抗腫瘤、抗凝血等作用。李天等用不同濃度的海參多糖處理人腎癌細胞A498，并采用MTT細胞增殖試驗、黏附試驗等多種檢測方式探究海參多糖的抗癌作用，結(jié)果顯示海參多糖對人腎癌A498有很強的細胞毒性，而且表現(xiàn)出劑量依賴性，即海參多糖濃度越高，對人腎癌A498細胞的抑制作用越強；同時還初步探究了其作用機制，可能是通過抑制NF-κB信號通路下調(diào)MMP-9和VEGF的表達，來發(fā)揮抗癌作用。張佩文通過從玉足海參中提取的單一成分（酸性黏多糖）的凝血試驗及體內(nèi)外試驗，發(fā)現(xiàn)該酸性黏多糖具有很強的凝血活性，小劑量即可有效，其效能與肝素相似，具有作為新抗凝劑用于血管外科及治療血栓性疾病的藥理基礎。

2020年9月15日發(fā)布的一種海參多糖在抗新型冠狀病毒中的應用，通過真假病毒模型證實了海參多糖能夠通過與SARS－CoV－2病毒表面的S蛋白結(jié)合，防止機體細胞的細胞膜對SARS-CoV-2病毒進行吸附和內(nèi)化，從而阻止SARS-CoV-2病毒感染機體細胞，表明海參多糖具有預防和治療新型冠狀病毒感染的肺炎的效果。該發(fā)明可用于制備海參多糖吸入劑，加入護手乳液配方或制成口服液，用來預防和輔助治療新型冠狀病毒。

2.2.2 海參皂苷

海參皂苷是海參的主要次級代謝產(chǎn)物，也是海參化學防御的基礎，由苷元和糖鏈通過β-糖苷鍵結(jié)合而成，大多數(shù)為海參烷型皂苷，其中又以羊毛甾烷型三萜皂苷為主，少數(shù)為非海參烷型皂苷。通過研究其構(gòu)效關(guān)系發(fā)現(xiàn)，苷元為海參烷型以及靠近該基團的氧基，對于保持皂苷的生物活性有重要意義。海參皂苷具有抗腫瘤、細胞毒作用和溶血作用等多種藥理活性。有關(guān)海參皂苷對不同類型的細胞和細胞系，包括人類腫瘤細胞系的細胞毒活性的研究較多。已發(fā)現(xiàn)三萜皂苷在體外對幾種人腫瘤細胞有抑制作用，如白血病P388、淋巴細胞性白血病L1210、人肺癌A-549細胞、人結(jié)腸腺癌HT-29細胞、人腎透明細胞癌皮膚轉(zhuǎn)移細胞CAKI-1等。Hoang等研究表明，越南海參（）皂苷對HepG2（肝癌）、KB（表皮樣癌）、LNCaP（前列腺癌）、MCF7（乳腺癌）和SK-Mel2（黑色素瘤）5種癌細胞均具有一定的細胞毒作用。Omran等從地中海沿岸海參中提取出的一種非硫酸鹽六皂苷對結(jié)腸腺癌細胞系HCT116和乳腺癌細胞系MCF7具有殺傷作用。2016年8月24日發(fā)布的黑乳海參中新的抗腫瘤化合物黑乳海參皂苷研究，涉及了該化合物的結(jié)構(gòu)，可為研制新的抗腫瘤藥物提供先導化合物，對中國海洋藥用生物資源的開發(fā)利用具有重要價值。海參皂苷類物質(zhì)逐漸成為抗腫瘤藥物的重要儲備。

2.2.3 海參肽

海參肽是海參蛋白降解產(chǎn)物，有抗氧化、調(diào)節(jié)免疫、降低血糖、延緩衰老等活性。周婷等連續(xù)8周給小鼠頸背部皮下注射大劑量D-半乳糖以建立衰老小鼠模型后，分別用低、中、高三個含量（125，250，500 mg/kg）海參肽進行給藥，結(jié)果表明，中、高劑量海參肽使衰老小鼠的胸腺和脾臟指數(shù)上升、血清谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活力和心肝組織的超氧化物歧化酶（SOD）活力增強、血清脂褐素（Lipo）含量降低，推測出海參肽對D-半乳糖誘導的衰老模型小鼠具有提高免疫和增強抗氧化能力的作用，能夠延緩小鼠衰老。盧連華等將海參肽以經(jīng)口給藥的方式灌輸給小鼠，然后測定小鼠遲發(fā)性變態(tài)反應、小鼠血尿素氮含量、血乳酸水平和肝糖原含量等十項免疫調(diào)節(jié)與抗疲勞指標，結(jié)果表明：海參肽能有效增強小鼠單核巨噬細胞作用、體液免疫和細胞免疫功能，增強小鼠機體的抗疲勞能力。Gong等通過模擬胃腸消化海參蛋白來獲得水解產(chǎn)物，并用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜、分子對接等技術(shù)，檢測到水解產(chǎn)物可促進3T3-L1細胞和高胰島素誘導的胰島素抵抗Hep G2細胞對葡萄糖的攝取，釋放的多肽與二肽基肽酶IV（DPP-IV）抑制劑Anagliptin具有相似的結(jié)合方式，預示著海參可以制成降血糖功能食品，食用后通過胃腸消化釋放降血糖肽，從而達到降血糖的目的。

海參肽專利成果多數(shù)以營養(yǎng)品形式存在，如2020年7月28日發(fā)布的一種腫瘤患者海參肽營養(yǎng)補充劑及其加工方法，由海參肽、濃縮乳清蛋白、玉米油和中鏈甘油三酯等原料配制而成，可以滿足腫瘤患者的營養(yǎng)需求，也具有提升免疫力的潛力。2019年10月22日發(fā)布的一種預防老年疾病的海參肽酵素復合制劑，由海參肽、酵素、益生菌和山梨糖醇等原料制成，可有效預防老年疾病的發(fā)生，提高身體素質(zhì)。

2.2.4 海參腦苷脂

海參腦苷脂（AMC）是存在于海參體壁中結(jié)構(gòu)獨特的鞘脂類化合物，主要成分為葡萄糖腦苷脂和半乳糖腦苷脂，有較強的生物活性，具有協(xié)調(diào)神經(jīng)生長因子誘發(fā)神經(jīng)軸突生長的能力。Du等通過研究AMC的體內(nèi)外抗腫瘤活性，發(fā)現(xiàn)海參腦苷脂通過誘導S180細胞凋亡來抑制細胞增殖，與對照組相比，AMC給藥組的小鼠壽命增加了55.28%，證明AMC是用線粒體介導的凋亡途徑誘導細胞死亡，具有潛在的抗腫瘤活性。王美玲等通過噻唑藍法和乳酸脫氫酶試驗等多種方式研究海參腦苷脂對前脂肪細胞的抑制作用和機制，結(jié)果顯示，海參腦苷脂可以明顯抑制3T3-L1細胞的增殖與分化，并初步證明其機制可能與轉(zhuǎn)錄因子PPARγ、C/EBPα以及Wnt/β-catenin通路有關(guān)。張蓓等通過對比海參與海星腦苷脂對大鼠急性肝損傷的試驗，證明通過攝食AMC能顯著提高谷胱甘肽過氧化酶（GSH-Px）和過氧化氫酶（CAT）活性，明顯降低肝臟中丙二醛（MDA）含量，增強氧化體系來抵抗CCl4所致氧化損傷，而攝食海星腦苷脂不能見效。海參腦苷脂相關(guān)專利成果較少，現(xiàn)有專利發(fā)明均顯示出其具有顯著的生理活性，如2020年8月18日發(fā)布的海參腦苷脂及其衍生物在改善血腦屏障損傷制品中的應用，通過試驗證明了海參腦苷脂具有顯著降低缺血再灌注導致的血腦屏障損傷和醋酸鉛導致的血腦屏障損傷的功效，首次驗證了海參腦苷脂及其衍生物在改善血腦屏障中損傷的作用，為血腦屏障的治療提供了新的途徑。

3 展望

海參是國際公認的藥用/保健用海洋生物，近年來全球范圍內(nèi)對高端海參產(chǎn)品的需求不斷擴大，海參食品加工已有一定規(guī)模，但目前基于海參的藥物研究總體較少且水平較低，尚無相關(guān)藥物進入臨床試驗?！笆濉逼陂g，中國海洋生物醫(yī)藥行業(yè)質(zhì)量齊飛。從中央到地方對海洋生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)高度重視，政策扶持力度不斷增加，巨大的行業(yè)潛在發(fā)展空間吸引了眾多資本聚集，海洋生物醫(yī)藥的發(fā)展速度明顯加快。我國專利已逐漸步入高質(zhì)量發(fā)展階段，專利數(shù)量已經(jīng)不能滿足我國海洋經(jīng)濟發(fā)展需求，應該進一步向高質(zhì)量、高技術(shù)含量方向發(fā)展。今后研發(fā)的重點應為解析海參相關(guān)活性成分及其藥用機理，開發(fā)海參相關(guān)藥物。此外，由于海參的種類繁多，營養(yǎng)和藥用成分含量差異較大，如果能有一個完善的海參藥用活性成分檢測和分析標準，將大大提高海參品種的開發(fā)和利用水平。