冰島刺參生物活性成分及其功能活性研究進展

趙祥忠，高云龍，徐夢豪，朱紀海

1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟南 250353；2.山東中碩海洋科技有限公司，山東 日照 276800

0 引言

冰島刺參(Cucumariafrondosa)又稱紅筋參、紅極參、葉瓜參，屬棘皮動物門(Echinodermata)海參綱(Holothurcidea)枝手目(Dendrochirotida)瓜參科(Cucumariidae)海洋動物[1]，主要分布于北大西洋海域的冰島、挪威、俄羅斯等國家[2]。冰島刺參是重要的海洋食物和藥物資源，作為天然營養(yǎng)食品受到人們的喜愛。目前，國內(nèi)外關(guān)于冰島刺參生物活性成分的研究非?；钴S，已相繼從冰島刺參中分離獲得多種生物活性成分，包括脂類(脂肪酸[3]、腦苷脂[4]、神經(jīng)酰胺[5]、長鏈堿[6]等)、多糖類[7]、皂苷類[8]、多肽及蛋白質(zhì)類[9]等，這些成分具有抗癌[10]、抗衰老[11]、抗肥胖[12]、抗血栓[13]、抗炎[14]、降血糖[15]、免疫調(diào)節(jié)[16]等功能活性。本文擬對冰島刺參生物活性成分及其功能活性的相關(guān)研究進行綜述，討論冰島刺參的營養(yǎng)、生物學(xué)和藥理特性，并提出冰島刺參未來的發(fā)展方向，以期為冰島刺參的開發(fā)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 冰島刺參生物活性成分組成

1.1 脂類

新鮮冰島刺參體內(nèi)總脂質(zhì)含量為0.62%～0.78%，富含脂肪酸、鞘脂等功能性脂質(zhì)。脂肪酸主要集中在冰島刺參內(nèi)臟(性腺、消化器官、呼吸器官等)，以多不飽和脂肪酸為主，其中二十碳五烯酸(EPA)約占總脂肪酸含量的42.2%～44.2%。除EPA外，還有少量的二十二碳六烯酸(DHA)，約占總脂肪酸含量的5.2%～6.4%[17]。鞘脂類則主要包括腦苷脂、神經(jīng)酰胺、長鏈堿等[7-9]。

1.2 多糖類

冰島刺參多糖的含量為其干重的(12.2±14.7)%[18]，主要存在于冰島刺參體壁中，包括冰島刺參巖藻糖基硫酸軟骨素(Cf-FCS)和冰島刺參巖藻聚糖硫酸酯(Cf-FUC)[19-20]。Cf-FCS分為骨架和巖藻糖支鏈，骨架是由硫酸軟骨素(CS)片段A和E以二糖重復(fù)單元→3-β-D-GalNAc4S6S-(1→4)-β-D-GlcA3S-(1→和→3)-β-D-GalNAc4S-(1→4)-β-D-GlcA3S-(1→)組成，其中CS是以葡萄糖醛酸(GlcA)和N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)的重復(fù)二糖單元組成，CS-A在GalNAc的O-4位置被硫酸化，CS-E在GalNAc的O-4和O-6位置被硫酸化[21]；巖藻糖支鏈有3種類型，分別為與GlcA殘基O-3位置相連的α-L-Fuc3S4S和α-L-Fuc2S4S，以及與GalNAc殘基O-6位置相連的過氧硫酸化α-L-Fuc2S3S4S，這3種支鏈的比例為5∶2∶1[19]。Cf-FUC則由巖藻糖、半乳糖胺、半乳糖和葡萄糖胺以1∶0.1∶0.3∶0.17的比例組成，其中硫酸鹽含量為29.31%[20]。

1.3 皂苷類

海參皂苷是一類三萜糖苷，由苷元和寡糖鏈兩部分組成，其中，苷元為羊毛甾烷的衍生物，通常含有5個角甲基，20位上連接有側(cè)鏈；寡糖鏈是由4～6個單糖組成的直鏈或支鏈，通過β-O-糖苷鍵與苷元的C-3相連[22-23]。目前，已從各類海參中鑒定出約300種皂苷，包括Frondoside A、Frondoside B、Frondoside C、Frondoside D、Frondoside A2-1、Frondoside A2-2、Frondoside A2-3、Frondoside A2-4等[24]。

1.4 多肽及蛋白質(zhì)類

蛋白質(zhì)是干海參的主要成分[25]，冰島刺參的蛋白質(zhì)含量為其干重的(56.4±9.1)%，超過總成分的50%。此外，還含有16種游離氨基酸(見表1)，其中，必需氨基酸含量為10.24%，鮮味氨基酸含量為84.73%，精氨酸(39.92%)、谷氨酸(24.04%)和丙氨酸(17.75%)的含量遠遠高于其他氨基酸[18]。冰島刺參多肽由冰島刺參蛋白經(jīng)蛋白酶水解、分離、純化后得到[26]，具有保護細胞氧化性損傷[27]、抗腫瘤[28]、提高免疫力[29]、延緩衰老[30]等多種功能活性，對人體生理機能的改善起著重要作用。

1.5 酚類化合物

酚類化合物是一種強大的抗氧化劑，廣泛分布于植物中。但是海參，尤其是冰島刺參，雖然是動物物種，由于其以浮游植物為食，仍含有大量具有適度抗氧化活性的酚類物質(zhì)，是酚類化合物的主要來源[31]。研究[32]表明，冰島刺參不同部位(肌肉、性腺、消化道和呼吸器官)含有大量的酚類化合物(22.5～236.0 mg沒食子酸當(dāng)量/100 g)和類黃酮(2.9～59.8 mg蘆丁當(dāng)量/100 g)，其氧自由基吸收能力(ORAC)值為140～800 μmol水溶性維生素E當(dāng)量/g。

表1 冰島刺參游離氨基酸的含量[18]Table 1 Contents of free amino acids inCucumaria frondosa[18] %

2 冰島刺參的功能活性

2.1 抗腫瘤活性

抗腫瘤化合物在腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移的不同階段都起著至關(guān)重要的作用，海參(如冰島刺參)含有多種抗腫瘤成分，并表現(xiàn)出對腫瘤生長的顯著抑制作用[33]。目前臨床使用的抗腫瘤藥物大多具有較強的毒副作用，在殺死腫瘤細胞的同時，也會對機體正常組織造成嚴重損傷。相較而言，冰島刺參的多種生物活性成分具有抑制腫瘤的作用，同時又能有效保護機體免疫臟器官的正常生長。L.Du等[34]研究發(fā)現(xiàn)，冰島刺參富含EPA的磷脂(EPA-PL)可以通過上調(diào)腫瘤細胞中Bax的表達與下調(diào)Bcl-2的水平，誘導(dǎo)細胞色素C從線粒體釋放到細胞質(zhì)中，激活caspase-9和caspase-3細胞凋亡途徑，減少腹水量并殺死腫瘤細胞，顯著延長S180腹水荷瘤小鼠的壽命，該研究為冰島刺參EPA-PL在癌癥治療中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。冰島刺參多肽同樣具有抗腫瘤活性，孫姿姿等[28]研究發(fā)現(xiàn)，以冰島刺參多肽為治療劑，當(dāng)其劑量為 85 mg/kg時，腫瘤細胞活性明顯受到抑制，腫瘤細胞分化、遷徙速度均顯著降低，抗腫瘤效果良好；陽性對照實驗結(jié)果表明，5-氟尿嘧啶抑制腫瘤效果顯著高于冰島刺參多肽，但對S180荷瘤小鼠免疫臟器官的生長有明顯的抑制作用。冰島刺參多肽不但具有良好的抗腫瘤效果，相比5-氟尿嘧啶還能有效維護實驗小鼠免疫臟器官的正常生長，無明顯毒副作用。

2.2 免疫調(diào)節(jié)活性

研究[35]表明，冰島刺參硫酸化多糖質(zhì)量濃度為0.1～100 μg/mL時，隨著質(zhì)量濃度的升高，能夠增加THP-1巨噬細胞腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-6(IL-6)和白細胞介素-10(IL-10)的分泌，證明其對THP-1巨噬細胞具有免疫調(diào)節(jié)活性。此外，冰島刺參皂苷及多肽也表現(xiàn)出免疫調(diào)節(jié)活性，D.L.Aminin等[36]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給予治療組小鼠最大劑量冰島刺參Frondoside A時，F(xiàn)rondoside A會導(dǎo)致體內(nèi)刺激抗體斑塊形成細胞(通常為脾臟中的B細胞)數(shù)量增加，產(chǎn)生最大的刺激作用(刺激指數(shù)為1.86)，進而增強治療組小鼠的細胞免疫功能。因此，F(xiàn)rondoside A可以預(yù)防性治療因免疫功能衰竭導(dǎo)致的疾病。徐先鋒等[29]研究發(fā)現(xiàn)，以SPF級昆明種小鼠為模型，通過連續(xù)灌胃冰島刺參多肽15 d后，冰島刺參多肽能夠顯著增加小鼠足跖厚度，促進Th1淋巴細胞介導(dǎo)的遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)及小鼠細胞免疫功能；顯著增加小鼠免疫球蛋白G含量，提高抗體水平，促進小鼠體液免疫功能；顯著增強小鼠巨噬細胞吞噬能力，促進小鼠非特異性免疫功能。所以，冰島刺參多肽可通過體液免疫、細胞免疫及非特異性免疫方式調(diào)節(jié)實驗小鼠免疫功能，提高機體免疫力。

2.3 抗炎活性

由于多種生物活性成分(包括多糖、脂類等)的存在，冰島刺參具有潛在的抗炎活性。胡世偉等[37]研究發(fā)現(xiàn)，冰島刺參Cf-FCS可顯著降低胰島素抵抗小鼠血清中的促炎癥因子、TNF-α、巨噬細胞炎癥蛋白-1(MIP-1)、白細胞介素-1β(IL-1β)和IL-6水平，提高抑炎癥因子IL-10水平；抑制小鼠脂肪組織TNF-α、MIP-1、IL-1β和IL-6基因mRNA的表達，促進IL-10基因mRNA的表達，抑制C-Jun氨基末端激酶(JNK)及抑制劑激酶-κβ(IK-κβ)/核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)信號通路，從而起到改善胰島素抵抗小鼠炎癥反應(yīng)的作用。此外，S.Sandeep等[38]研究發(fā)現(xiàn)，冰島刺參Frondanol能夠降低疾病活動指數(shù)并減少與炎癥相關(guān)的結(jié)腸長度，降低組織髓過氧化物酶(MPO)、中性粒細胞和巨噬細胞mRNA表達、促炎細胞因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)在蛋白質(zhì)和mRNA上的水平及白三烯-B4(LT-B4)的含量，表現(xiàn)出強大的抗炎活性，能減輕結(jié)腸炎癥。

2.4 抗衰老活性

人類年齡與細胞大分子氧化損傷積累之間的相關(guān)性已有相關(guān)報道[39]。C.Cheignon等[40]研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激會導(dǎo)致與年齡相關(guān)的學(xué)習(xí)和記憶障礙，從而誘發(fā)與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病。L.Z.Lin等[30]研究發(fā)現(xiàn)，酶促水解制備的冰島刺參多肽通過上調(diào)克老素蛋白(Klotho)的表達，可提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性，抑制脂質(zhì)過氧化和蛋白質(zhì)氧化，降低乙酰膽堿酯酶活性，提高對氧化應(yīng)激的抵抗力，明顯延長果蠅壽命，并改善D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠的學(xué)習(xí)和記憶障礙。

2.5 保護細胞氧化性損傷活性

目前，海洋天然抗氧化劑受到業(yè)界廣泛關(guān)注，而冰島刺參被認為是良好抗氧化劑的可能來源。C.C.Wang等[41]研究發(fā)現(xiàn)，利用Folch法從冰島刺參中提取純化得到的EPA-PL，可以通過線粒體介導(dǎo)、絲裂原活化的蛋白激酶兩種途徑，抑制1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細胞凋亡，減輕多巴胺能神經(jīng)元損失，改善由MPTP引起的帕金森氏病小鼠的癥狀，為神經(jīng)退行性疾病的預(yù)防和治療提供了參考。同樣，趙芹等[27]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)劑量大于50 μg/mL時，冰島刺參膠原蛋白多肽C1(6 kDa

2.6 降血糖活性

近年來，隨著居民生活水平的提升，高血糖患病人群呈迅速擴大和日益低齡化的發(fā)展趨勢[42]，冰島刺參提取物顯示出潛在的抗糖尿病和降血糖活性。S.W.Hu等[43]研究了冰島刺參EPA-PL對鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的高血糖大鼠的影響。結(jié)果表明，冰島刺參EPA-PL能夠促進實驗大鼠腓腸肌中胰島素受體(IR)、胰島素受體底物-1(IRS-1)、磷酸肌醇3激酶(PI3K)、蛋白激酶B(PKB)、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(GLUT4)等糖代謝相關(guān)基因的表達，并顯著增加IR-β、PI3K、PKB、GLUT4的蛋白質(zhì)豐度及IR-β中酪氨酸、PI3K中p85調(diào)節(jié)亞基、PKB中絲氨酸473的磷酸化，從而上調(diào)胰島素介導(dǎo)的PI3K/PKB信號通路，達到降血糖的目的，可作為營養(yǎng)補充劑為糖尿病患者提供輔助治療。Q.Y.Zhu等[44]研究發(fā)現(xiàn)，Cf-FCS能夠降低Ⅱ型糖尿病(T2DM)大鼠的血糖，減輕炎癥狀態(tài)和氧化應(yīng)激，保護肝臟免受損傷，并通過激活I(lǐng)RS/PI3K/PKB信號通路調(diào)節(jié)糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)的基因表達，改善T2DM大鼠胰島素抵抗，促進肝糖原積累，起到治療T2DM的作用。Y.M.Wang等[45]研究發(fā)現(xiàn)，Cf-FUC能夠有效降低胰島素抵抗小鼠的空腹血糖和胰島素水平，提高實驗小鼠的葡萄糖和胰島素耐量，起到降血糖的作用，為冰島刺參多糖降血糖功能食品的商業(yè)化提供一種可行策略。

3 結(jié)論與展望

本文對冰島刺參活性成分的組成及其功能活性進行了綜述，指出，冰島刺參是生物活性成分的理想來源，富含諸如海參脂類、多糖類、皂苷類、多肽等多種活性成分，具有抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗衰老等功能活性，在功能性食品、營養(yǎng)保健品、藥用化妝品等方面具有潛在用途。但是，冰島刺參的生長過程、成熟年齡、種群結(jié)構(gòu)、自然死亡率、捕獲方法、可持續(xù)利用率等研究較少，其生物活性成分及其功能活性也尚待進一步鑒定。由于冰島刺參含有70%～90%的水分，離開海水后會自動溶解，這使其儲存和運輸非常困難[46]。此外，冰島刺參體壁常作為市場產(chǎn)品出售，包括性腺、腸道和呼吸樹在內(nèi)的內(nèi)臟器官通常被作為廢棄物丟棄，對其潛在用途的研究還很少。因此，未來的研究方向主要集中于以下方面：1)對冰島刺參的生長過程、成熟年齡、捕獲方式等進行系統(tǒng)研究。2)對已從冰島刺參中分離出的活性成分進行全面的純化、鑒定和表征，并進一步研究其功能活性、藥理效力、產(chǎn)品的感官品質(zhì)等。3)對冰島刺參的采后儲運進行深入研究，從源頭保障活性成分的提取。4)利用內(nèi)臟等廢棄物提取潛在的高附加值產(chǎn)品，并將其應(yīng)用于功能性食品、營養(yǎng)保健品、藥品等。例如，海參加工過程中的漂白水可以脫水成粉末或濃縮后用于強化食品(如湯品罐頭、功能面包等)，還可用作谷類產(chǎn)品和休閑食品的成分或補充劑。5)作為傳統(tǒng)的民間藥物，雖然冰島刺參的一些藥用特性已被證實，但仍有必要對其體內(nèi)效果驗證方法進行改進，即需要科學(xué)的臨床研究作支撐。