虾青素来源及生物活性的研究进展

吕亭亭，刘海丽，冯晓慧，葛　声

(上海交通大学附属第六人民医院临床营养科，上海　200233)



虾青素来源及生物活性的研究进展

吕亭亭，刘海丽，冯晓慧，葛声

(上海交通大学附属第六人民医院临床营养科，上海200233)

虾青素(3，3’-二羟基-4，4’-二酮基-β，β’-胡萝卜素)是一种类胡萝卜素，来自于微生物和海洋动物。目前已有大量体内、体外研究表明，虾青素被用来预防糖尿病、心血管疾病、神经系统疾病等，对人类和动物健康有促进作用。本文综述虾青素的来源、生物活性及安全性等的研究进展。

虾青素；类胡萝卜素；抗氧化

虾青素是一种断链抗氧化剂，有极强的猝灭单线态氧和清除自由基能力，比维生素E强百倍以上，被称为“超级维生素E”。许多研究指出，虾青素对健康具有促进作用，能够预防和治疗多种疾病[3，4]。如今，虾青素已被制成保健品，并作为食用色素、畜牧业和水产品的饲料添加剂得到较为广泛的应用。

1　虾青素的来源

1.1人工合成

虾青素是类胡萝卜素合成的终点，β-胡萝卜素需要加上2个羟基和2个酮基才能转变为虾青素，人工化学合成较困难。虾青素具有3S-3’S、3R-3’S、3R-3’R(也称为左旋、内消旋、右旋)3种异构体，其中，人工合成的虾青素为3种结构的混合体，抗氧化活性极少。

1.2生物来源

天然虾青素主要存在于藻类、酵母菌、三文鱼、鳟鱼、虾等，生物来源的虾青素使用安全，具有环境友好性，有广阔的发展前景。目前，天然虾青素主要依靠微生物发酵生产，能产虾青素的微生物包括：真菌担子菌纲的发夫酵母属，两株同化烃类的细菌和生长在氮缺乏环境下的绿藻类。雨生红球藻是一种重要的虾青素产生菌[5]，它是自然界中虾青素含量最丰富的生物，虾青素含量可达干重的3.0%，约占类胡萝卜素总量的90%以上，被誉为天然虾青素的“浓缩品”。而且，藻源虾青素是100%左旋，具有较强的生物学活性。雨生红球藻所处生长环境的不同也会对其虾青素的含量产生影响，比如在氮源缺乏的环境中，能够大量积累虾青素。此外，雨生红球藻生存力强、生长速率快、耐高温且易于户外培养，在虾青素大规模生产工艺中颇具潜力。

2　虾青素的生物活性

2.1抗氧化活性

机体的正常有氧代谢会产生自由基和活性氧(reactive oxygen species，ROS)，因其含非配对电子，极不稳定，有很强的生物活性，过量的氧化分子会与蛋白质，脂质和DNA发生链式反应，造成氧化损伤。虾青素是单线态氧的强大猝灭剂，可以清除氧自由基，是一种强大的抗氧化剂[6]。通过比较虾青素、叶黄素、玉米黄质、β-胡萝卜素和番茄红素对多不饱和脂肪酸作用下膜脂过氧化氢生成浓度的影响，McNulty等[7]发现，非极性类胡萝卜素，如番茄红素和β-胡萝卜素会使脂质过氧化物水平升高85%，促进氧化剂对细胞脂质双分子层的损伤，而虾青素能使脂质过氧化物水平降低40%。一项动物研究[8]用雨生红球藻粉饲喂大鼠，结果显示，其过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等在血浆和肝细胞中的浓度显著升高。8-羟基鸟嘌呤可作为DNA氧化损伤的标志物，Edge等[9]发现，β-胡萝卜素、玉米黄质、番茄红素和虾青素可以降低氧化鸟嘌呤核苷水平。

2.2抗炎活性

虾青素具有强大的抗氧化作用，可以通过调控机体自由基和抗氧化剂之间的平衡发挥间接的抗炎作用。幽门螺杆菌感染可引起胃黏膜的炎症，感染后机体一般难以将其清除而变成慢性感染，而且，幽门螺杆菌感染可以增加胃溃疡、十二指肠溃疡甚至是胃癌的发病风险。有研究报道，富含虾青素的藻类饮食可以抑制BALB/c小鼠的幽门螺杆菌感染，减轻胃部炎症程度[10，11]。Park JS等[12]一项为期8w的双盲随机对照临床试验，选取健康的成年女性为研究对象，结果显示，虾青素可以显著降低DNA损伤的标记物——8-OHdG的水平，并能降低血浆C反应蛋白浓度，证实了虾青素对人体的抗炎作用。

2.3预防动脉粥样硬化相关疾病

氧化应激和炎症是动脉粥样硬化性心脏病的重要病理生理特征，而虾青素强大的抗氧化和抗炎活性也提示其潜在的抗动脉粥样硬化的作用[13]。低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)的氧化是导致动脉硬化的重要原因，而高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)与冠心病的危险性呈负相关，高水平的HDL 能预防动脉粥状硬化。研究表明，虾青素能够显著升高HDL并能降低LDL水平，所以虾青素可能对动脉硬化、冠状动脉粥样硬化性心脏病有一定的预防作用[14]。

2.4抗癌活性

癌症是一种多致病因素疾病，其发病与遗传、接触致癌物、氧化损伤、基因突变等因素有关。Tanka T 等[15]研究了饲料中添加虾青素对致癌物氧化偶氮甲烷所致F344大鼠结肠癌形成过程中的作用，其结果显示，虾青素可以显著降低结肠癌的发病率，并能抑制畸变隐窝病灶的形成，抑制癌细胞的增殖。Kavitha等[16]研究发现，虾青素可以预防化学物质诱导的仓鼠颊袋肿瘤的发生，并初步探索其机制可能与Nrf2/Keap-1信号通路的激活有关。另外，虾青素能够抑制乳腺癌的生长，而其他类胡萝卜素如β-胡萝卜素和角黄素则不具备这一功能[17]。总之，越来越多的研究表明，虾青素具有抑癌、抗癌作用，这些作用主要体现在虾青素预防肿瘤的发生、抑制肿瘤细胞增殖、促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤转移、增强免疫、增加细胞间通讯等方面[18]。

2.5增强免疫功能

细胞膜上含多不饱和脂肪酸，易于发生脂质过氧化，从而导致细胞膜的流动性和通透性发生改变，最终改变细胞的结构和功能，而虾青素因其独特的分子结构，可以插入到脂质双分子层，所以与β胡萝卜素和维生素C相比，可以更好地抑制细胞膜上的脂质过氧化，保护细胞膜的结构。免疫细胞对自由基损伤非常敏感，自由基会促进巨噬细胞细胞膜的降解，而损害其吞噬功能。抗氧化物尤其是虾青素可以保护免疫系统免受自由基的损害。裴凌鹏等[19]发现，虾青素可以增加S180荷瘤小鼠免疫器官的脏器指数、肿瘤抑制率，并能明显增强T淋巴细胞百分数，增强其免疫功能。陈立武等[20]也通过动物实验表明虾青素可以增加脾细胞的数量，增强其对肿瘤细胞的杀伤作用。Kuan-Hung Lin等[21]发现，对于原代培养的淋巴细胞，虾青素可以促进脂多糖诱导的干扰素产生，动物实验也表明，虾青素会增加IL-2的产生，并能促进脂多糖诱导的淋巴细胞的增殖。并有研究提示，虾青素可以增强脾脏细胞对抗原的免疫应答，增强抗体的生成[22，23]，促进有丝分裂原诱导的淋巴细胞的增殖，增强NK细胞的细胞毒性，并能增加外周血中T淋巴细胞和B淋巴细胞的总数[12]。一项细胞实验也证实虾青素可以促进脾脏细胞和胸腺细胞的增殖，尤其显著增强脾脏细胞产生多克隆抗体，促进肿瘤坏死因子α和白细胞介素-1α的释放[24]，因此，虾青素具有促进免疫细胞增殖和增强免疫的作用。

2.6其他

裴凌鹏等[25]探讨了虾青素对去卵巢骨质疏松模型大鼠骨的密度、骨矿含量的影响，发现虾青素可以改善骨质量，抑制大鼠去卵巢骨质疏松的发生，具有类似雌激素的效应。

3　天然虾青素的生物安全性

食物来源的虾青素是较安全的，但虾青素是脂溶性的，会在动物组织中积累，大量摄入会使皮肤呈黄色甚至是略带红色，同时补充脂类制剂会增加其生物活性，但未发现毒副作用[8，26]。大剂量的虾青素对血小板、凝血和纤溶功能没有不良影响[27]。常规推荐虾青素的摄入量为2～4mg/d，一项临床试验选用的红球藻来源的虾青素剂量为6mg/d，未发现任何不良影响[28]。另一项临床研究也发现，人服用红球藻提取虾青素40mg/d，连续服用4w并未发现任何不良副作用[29]。

4　结论

近年来，越来越多的研究者围绕虾青素进行了大量的体内、体外实验，结果表明，虾青素在癌症、心血管系统疾病、炎症性疾病等方面都表现出潜在的保护甚至治疗作用，而且并未发现虾青素引起的不良反应。如今，虾青素已被制成保健品，并作为食用色素、畜牧业和水产品的饲料添加剂得到较为广泛的应用。但是，目前有关虾青素的研究数据大多来自于细胞和动物实验，临床研究较少，而且现有的临床试验样本量偏少，干预时间较短。所以，未来尚需要大规模临床试验来验证虾青素在人体的功效，也需要大量基础研究更深一步探索虾青素发挥作用的分子机制和涉及的信号通路。◇

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(责任编辑李婷婷)

Research Progress on Sources and Biological Activity of Astaxanthin

LV Ting-ting，LIU Hai-li，FENG 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

吕亭亭(1990—)女，硕士，研究方向：糖尿病及其营养干预。

葛声(1967—)，女，博士，硕士生导师，研究方向：营养与慢性代谢性疾病防治。