海马的功用机理及开发应用研究进展

闫珍珍，郭全友，林听听，刘 鑫，张 东，肖冬雪

(1.中国水产科学研究院东海水产研究所，上海 200090；2.上海海洋大学食品学院，上海 201306)

海马(Hippocampus)隶属于硬骨鱼纲(Osteichthyes)海龙目(Syngathiformes)海龙科(Syngnathidae)，是热带、亚热带及暖温带沿岸浅水海域中群居的一类小型鱼类，又名水马、龙落子、海狗子和马头鱼。我国是最先将海马入药的国家，最早记载于公元502-557年梁代的《本草经集注》，曰：“又有水马，生海中，是鱼虾类，状如马形，亦主亦产”，欧洲则于18世纪将海马入药[1]。现代药理学研究表明，海马具有抗疲劳、抗衰老和治疗勃起功能障碍等功效[2]，自古食药同源，被广泛用于食药保健行业。此外，随着社会经济的发展，海马也逐渐被用于观赏和制作工艺纪念品等其它领域。目前已有关于海马药用的相关报道[3-4]，本文在前人研究基础上，从海马的药用机理、医药及保健食品开发、食疗应用以及作为旗舰物种和指示生物的海洋保护作用等方面综述了海马的功用机理及开发应用研究进展，并对其开发前景进行了展望，旨在总结海马的功用机理和应用现状，为海马的进一步研究和产品开发提供参考。

1 海马的药用机理

1.1 性激素样作用

我国自古就有海马壮阳的记载，《本草纲目》曰：“……暖水脏、壮阳道……”，《本经逢原》曰：“阳虚多带之，可代蛤蚧之功也。”海马可提高肾虚动物的雄性激素样生理活性，通过对雄性去睾丸大鼠灌胃一定剂量的海马胶囊，可显著提高其血清睾酮水平，使除前列腺外的各生殖器官脏器指数增高[5]；海马还具有提高机体性功能的作用，灌胃海马胶囊12 d后，雄性大鼠的扑捉率、交配率及射精次数显著提高，性欲和交配能力明显增强[6]。现代药理学研究发现，类激素样作用的有关活性物质可能与甾体化合物[7]和生物活性肽[8]有关。研究发现海马体内含有多种甾体化合物，包括胆甾醇、胆甾-4-烯-3-酮、胆甾-3,6-二酮[9]、胆甾-5-烯-3β,7α-二醇、胆甾醇硬脂酸酯[10]、3β-羟基-胆甾-5-烯-7-酮、3β,5α,9α-三羟基-(22E,24R)-麦角甾-7,22-二烯-6-酮、24-甲基-5α-胆甾-7,22-二烯-3β,5,6β-三醇、3β-羟基-7-甲氧基-胆甾-5-烯和3β-羟基-胆甾-5-烯-7-酮等[11]。对雄性实验小鼠灌胃海马甾醇提取物，观测小鼠体质量，检测脏器系数、血清和组织酶活力、精子浓度和活力及观察睾丸和肾脏的染色切片，发现海马的甾醇提取物能够影响黄酮、促黄体生成素和高密度脂蛋白胆固醇等激素水平，促进小鼠精子分泌，提高睾酮等生殖激素含量，并影响小鼠的组织结构。进一步分析发现，海马甾醇提取物通过调控基因表达量影响小鼠体内的酶活力，从而使激素含量增加[7]。此外，有学者对雄性小鼠连续摄入膨腹海马(H.abdominalis)酶水解物12周后发现，雄性小鼠的精子活力和精子数量增加，睾酮水平升高，主要源于碱性蛋白酶水解产物和胃蛋白酶水解产物(alcalase hydrolysate and pepsin hydrolysate，ALC 和PEP)刺激小鼠睾丸间质细胞(睾酮激素主要由此细胞分泌)增值，提高了血清睾酮水平[8]。

1.2 神经活性

近年来，随着海马药理功用不断被探究，研究人员发现从海马中提纯的多肽具有治疗神经退行性疾病特别是阿尔茨海默氏病的药理作用。PANGESTUTI等[12]通过优化酶水解的条件，从三斑海马(H.trimaculatus)中分离提纯出具有神经保护作用的肽(HTP-1)，并确定了HTP-1的氨基酸序列为GTEDELDK。利用阿尔茨海默氏病体外模型，即神经元细胞和Aβ42(β淀粉样蛋白的42个氨基酸形式)刺激的小胶质细胞(BV2)的体外共培养体系，测试HTP-1的神经保护效果，结果显示HTP-1能保护神经元细胞不受BV2神经毒性反应的影响，说明HTP-1在阿尔茨海默氏病的体外模型中对神经元细胞具有保护作用[13]。此外，海马体内的两种酚类化合物显示了抑制神经炎症的功效。王强等[10]从刺海马(H.histrix)中分离得到2-羟基-4-甲氧基苯乙酮[1-(2-hydroxy-4-methoxyphenyl)ethenone，Paeonol]，HIMAYA等[14]从库达海马(H.kuda)中也分离得到了该化合物，并发现在脂多糖(LPS，一种炎症因子)诱导BV2和巨噬细胞的炎症反应中，Paeonol可明显抑制促炎因子，如一氧化氮(NO)、前列腺素E2、肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1和白细胞介素-6的分泌，通过调节活化转录因子核因子(nuclear factor-κB，NF-κB)信号通路和有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信号通路从而抑制体外LPS诱导的神经性炎症，表现出抗神经炎症活性。另一化合物5-溴-2-羟基-4-甲氧基苯乙酮[1-(5-bromo-2-hydroxy-4-methoxyphenyl)ethanone, SEI]也通过NF-κB和MAPK信号通路显示出了与Paeonol相似的功效[15]。

1.3 治疗关节炎

关节炎是由软骨缺乏和炎症等多种原因引起的慢性疾病，患者多为老年人。我国自古就有以海马治疗关节炎的传统，临床观察发现海马治疗关节炎有较好的疗效[16-17]。现代医学研究表明其有效物质主要是新型肽(SHP-1，氨基酸序列为LEDPFDKDDWDNWKS)和具有碱性磷酸酶活性的肽(氨基酸序列为LEDPFDKDDWDNWK)。RYU等[18]研究发现库达海马粉末的蛋白酶水解液纯化产物(SHP-1)不仅可抑制基质金属蛋白酶-1(MMP-1)和基质金属蛋白酶-3(MMP-3)的表达(MMP-1、MMP-3及MMP-13均可降解软骨细胞外基质，从而损害关节软骨)，还可通过降低一氧化氮合酶(iNOS，可催化产生NO)来减少NO(可调节炎症细胞促进炎症发生)的产生，从而抑制人软骨肉瘤细胞和人骨肉瘤细胞胶原的释放，表明SHP-1具有治疗关节炎的作用。炎症因子是关节炎的重要致病因子，研究发现去除内脏的库达海马的链霉蛋白酶E水解液纯化产物(碱性磷酸酶活性最高的肽)可抑制醋酸酯(一种炎症因子)诱导产生的MMPs(MMP-1、MMP-3和MMP-13)、iNOS和环氧化酶-2的表达，即这种纯化肽具有治疗关节炎的作用[19]。

1.4 抗骨质疏松作用及治疗腰椎间盘突出

骨质疏松症可引起骨量减少、骨组织结构退化和骨脆性增高，使骨折危险性增加。根据“肾主骨”理论，中医常以补肾中药来预防治疗骨质疏松和腰间盘突出等症，但具体功能成分仍不明确。王晓钰[20]研究了5种海马(库达海马、三斑海马、克氏海马H.kelloggi、棘海马H.spinosissimus和日本海马H.mohnikei)的提取物对大鼠成骨细胞的增殖能力、骨结节含量的影响和对碱性磷酸酶活性(其活性的高低可反映成骨细胞的成熟状态)的影响，以及检测破骨细胞酒石酸酸性磷酸酶(破骨细胞识别和分化阶段的参考标准)的活性，发现克氏海马水部位(海马醇提物经石油醚、乙酸乙酯和水饱和正丁醇萃取后剩下的水溶性部分，成分包括蛋白、多糖和小分子多肽)抗骨质疏松效果最好，且对破骨细胞的抑制作用最强。腰椎间盘突出症是较为常见的疾患，据国家卫生部统计，我国腰椎病患者已超过2亿人，临床症状主要包括腰部疼痛、一侧下肢或双下肢麻木、疼痛等。邱波[21]通过每日两次将一种海马类膏药或红花油贴敷于患处，并于治疗前、后第1、2个疗程记录患者腰部压痛和行走情况，比较该海马类膏药和红花油治疗腰椎间盘的临床效果，发现该海马类膏药组临床有效率为97.1%，明显高于红花油组的40%。

1.5 治疗前列腺增生

良性前列腺增生(benign prostatic hyperplasia，BPH)常引起排尿障碍，是老年男性特发的良性疾病。XU等[22-23]根据中医理论推测海马提取物可通过调理肾脏和促进血液循环来治疗BPH，研究了海马胶囊对患有BPH雄性大、小鼠的药理作用，发现海马胶囊对实验性前列腺增生有治疗作用，并首次使用海马提取物(乙酸乙酯提取物)治疗BPH(睾丸激素诱导雄性阉割大鼠的BPH模型)，发现海马具有治疗BPH的潜力，且不会引起其它药物治疗BPH所产生的副作用。

1.6 缓解疲劳

疲劳多是由睡眠不足、情绪低落、压力过大和营养不均衡等原因引起，通常会引起贫血、早衰和抑郁等症。已有研究表明海马(包括海马粉、海马乙醇提取物以及海马酶水解产物)具有缓解疲劳的功效，但具体功能性成分及机理尚不明确。胡建英等[24]研究发现三斑海马粉能延长小鼠负重游泳时间，有效降低游泳后血乳酸含量，提高机体运动能力，加速疲劳恢复，且抗疲劳效果比人参好。朱爱民[25]也发现连续7 d灌予小鼠一定剂量的三斑海马乙醇提取液后，可延长负重小鼠游泳时间。近年来，海马的酶水解产物也被国内外学者相继研究，如刘琪等[26]通过测定小鼠负重游泳时间检测克氏海马中性蛋白酶酶解液的抗疲劳活性，结果表明，克氏海马酶解液具有抗疲劳活性。KANG等[27]通过检测细胞增殖和成肌细胞中糖原含量评估膨腹海马水解物对肌肉的作用，结果表明膨腹海马水解物具有抗疲劳活性。

1.7 治疗及预防高血压

研究发现，血管紧张素转化酶(ACE)对血压调节起着重要的作用，可将失活的血管紧张素-Ⅰ转化为血管紧张素-Ⅱ，从而促使血管收缩，保留更多的钠离子以及促进醛固醇的分泌，此外还可以使舒缓激肽丧失舒张血管功能，导致血压升高。ACE抑制肽具有抑制ACE活性的能力，因而可用于治疗高血压。研究发现，分离纯化克氏海马酶水解物可制备ACE抑制肽，进一步纯化得到PH-I1、2、3、4和5的5个组分，其中PH-I1、4和5抑制ACE的活性最好，3个组分ACE的半抑制浓度(IC50)值分别为0.896、0.982 和0.814 mg·mL-1[28]。且ACE抑制肽经ACE消化酶消化后，抑制活性可得到提高[29]。

1.8 抗氧化作用

1.9 抗炎作用及抗菌效果

我国古人认识到海马有消炎作用，常将其用于治疗产后感染。近年来药理研究表明，海马脂质提取物具有消炎功效，有机溶剂提取物和酶水解液具有特异性抗菌活性。CHEN等[35]通过建立LPS诱导的巨噬细胞体外炎症模型，检测三斑海马脂质提取物(总脂质、中性脂质、糖脂和磷脂)的抗炎活性，结果显示海马的脂质提取物有抗炎功效，且糖脂对炎症的抑制作用最强。KUMARAVEL等[36]检测了4种海马(库达海马、棘海马、克氏海马和三斑海马)的3种提取物(甲醇、氯仿和正丁醇)对20种致病菌株的抗菌活性，结果显示三斑海马的正丁醇提取物对霍乱弧菌和肺炎杆菌的抑菌圈最大，库达海马的正丁醇提取物对金黄色葡萄球菌的抑菌圈最大，表明海马具有天然的抑菌效果。刘琪等[26]通过滤纸片法检测克氏海马酶解液的抑菌活性，发现其对大肠杆菌、产气杆菌和变形杆菌的抑制性较强，对金黄色葡萄球菌和枯草杆菌的抑制性较弱。

1.10 护肝作用

过量饮酒是造成肝损伤的主要原因之一，肝损伤在世界范围内造成了大量的发病率和死亡率，我国民间有海马强肾护肝之说。最新研究发现海马的酶解液显示出了护肝潜力，用碱性酶水解膨腹海马得到酶水解产物后，经体外研究发现此水解产物增加了人张氏肝细胞的细胞活力，抑制了转化生长因子-β(导致肝纤维化的因素之一)诱导的反应。此外体内研究表明，水解产物可抑制酒精诱导的丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶(两者皆是肝细胞中的酶，当肝受损时释放到血清中)的活性，增加肝脏重量，据此推断海马具有肝保护作用[37]。

2 海马的医药及保健食品应用开发

医疗保健是海马的主要用途，海马对性功能障碍、呼吸系统紊乱、不育以及一般的嗜睡和疼痛等均有治疗作用[2,4,38]。《中国药典》收录了克氏海马、刺海马、库达海马、三斑海马和日本海马5种可以入药的海马[39]。最新全球海马分类(42种)[40,42]中记载可作为药物使用的共有13种[2](表1)，我国产9种海马有8种可作为药物使用[41-42]。泰国[36]、韩国、日本和新加坡也将海马作为医药或保健食品食用，另外马来西亚、印度尼西亚[43]、菲律宾、巴厘岛、爪哇和苏拉维西等国家和地区也有将海马入药的记载[44]。

表1 全球有记载的药用海马种类[2]Tab.1 Recorded seahorse species for medicine

2.1 海马的中药应用

中药海马以体型大、表面光滑者为上品[43,45-46]，较少单独临床使用，多与其它中药配伍水煎或入丸散[4]，其需求从20世纪80年代中期开始大幅增加[45]，主要用来治疗宫冷不孕、阳痿肾虚等症[47]。中国大陆药材市场上流通的海马有8种，分别为库达海马、克氏海马、三斑海马、刺海马、虎尾海马(H.comes)、棘海马、怀氏海马(H.whitei)和日本海马[2]，中国台湾中药市场流通的海马也是8种：库达海马、克氏海马、三斑海马、刺海马、虎尾海马、棘海马、斑点海马(H.algiricus)和南非海马(H.capensis)[48]。截至2018年3月共有10个以海马为主要成分加工制成的药品获得了我国国家食品药品监督管理总局的批准认可，制剂类型包括丸剂、膏剂和胶囊剂[49]。除此之外，海马还可制成海马饮片用于外敷[39]等。中药海马除在我国广泛应用外，也融入了其它国家的传统医药市场，如印度尼西亚的一种已有1300年历史、名为佳木(JAMU)的混合中草药就含有海马成分。不少国家中医药零售店里也将海马作为中药销售，例如澳大利亚的佩斯和悉尼就因居住大量华人而成为海马中药零售商的集中地[50]，泰国每年也将部分海马供给当地的传统中药店铺[51]。

2.2 海马类保健食品应用

《保健食品管理办法》将保健食品定义为具有特定保健功能的食品，即适用于特定人群使用、具有调节机体的功能、不以治疗为目的的食品[52]。海马作为一种名贵的强壮补益中药材，在保健食品开发中应用甚广，已有不少原材料为海马的保健食品及发明专利应运而生[53]。据统计，截至2018年3月，我国共有11个保健食品获得了国家食品药品监督管理总局批准认可，产品主要类型有胶囊、保健酒和口服液等[49]。海马类保健食品创新性应用相关研究有：盛琳等[54-55]研究了复方海马酒的加工方法和海马制剂加工处理的方法；邱桂仙[56]在原海马酒的基础上创新性的加入了补气药、壮阳药、滋阴药和补血药后，具有明显治疗和改善肾虚症状的作用。

2.3 海马的食疗膳补应用

海马在民间有“北人参、南海马”之说，不仅在医疗保健行业有广泛应用，还被用于食疗膳补。食疗膳补是饮食疗养的别称，即通过利用不同的食物来调理机体的功能，从而治愈疾病的一种手段或措施[57]。中医食疗历史悠久，2500年前的《黄帝内经》就记载了“毒药攻邪，五谷为养，五果为助，五畜为益，五菜为充，气味合而服之，以补精益气”，体现了食药同源、同性的基本原则。除有关文献汇总的海马相关食疗[3]外，民间还有海马巴戟天牛骨汤、童鸡海马火锅、海马熟地堡羊肉汤和海马斑鸠汤[41]等膳食，一般用来治疗阳痿、早泄和气血不和等症。

3 海洋保护作用

3.1 旗舰物种

海洋保护活动中，旗舰物种需要具备一个或多个吸引公众关注的特质。动物保护组织已使用旗舰物种数十年[58]，常用其强化公众对生物多样性的保护意识和筹集资金等[59]。因海马游泳能力弱，导致栖息地较固定且对居住环境较敏感，所以海马易受到栖息地污染和退化的影响[60]，且海马的栖息地(如珊瑚礁[61]、海草、海藻[62]和红树林[63])是海洋中受影响最严重的地区，气候变化也会对海洋生境和珊瑚礁产生巨大影响而威胁海马生存[64]，此外海马是因雄性繁衍后代而名满天下且有广泛用途的濒危物种，这些因素均符合旗舰物种的特质。因此，近年来已有国家开始将海马用作旗舰物种，挖掘其海洋保护作用。20世纪90年代，菲律宾开创性的将海马作为旗舰物种保护其自身与栖息地[60]，以帮助地方建立强制执行的海洋保护区[65-66]；一个致力于海马保护的海洋保护组织(Project Seahorse)也利用海马作为旗舰物种，帮助菲律宾在中部建立了34个小型强制管理的非海洋保护区[67]。澳大利亚学者评估了将海马作为旗舰物种对河口海草床的保护价值，结果表明将海马作为旗舰物种也有利于保护其它物种[68]。

3.2 污染物指示作用

生物监测是利用指示生物个体、种群或群落对环境变化或环境污染所产生的反应，从生物学的角度为环境质量的监测、评价提供依据[69]。由于鱼类可有效地代谢和积累水生环境的化学污染物，一些海洋污染监测项目已利用鱼类对毒性污染物的反应，成功评估了污染物潜在危害与污染[70]。从20世纪初KOLKWITZ和MARSSON首次采用生物监测评价水质[71]至今，指示生物已成为评估水生环境潜在污染风险的得力助手[72]。由于海马分布广泛且不善游泳更易接触到急性污染物，已有研究证明重金属、多环芳烃和有机氯农药在海马体内有生物积累效应[73-74]，另有研究表明可以通过检测石油烃对吻海马(H.reidi)的基因毒性等来评估原油污染[75-76]，表明海马是一种良好的指示生物。

4 海马开发前景与展望

海马在医疗保健中已被证明具有多种功能，但功能性有效化学成分及具体作用机制还有待进一步研究，如海马的温肾壮阳、抗骨质疏松、治疗腰椎间盘突出、抗疲劳、护肝、抑菌及消炎等功效的功能成分及作用机制鲜有详细报道，仍需大量研究以完善海马的药用机理。此外，海洋生物是生物活性物质的重要来源，海马作为名贵的海洋中药，目前对其生物活性成分的研究主要集中于微量元素、氨基酸和有机溶剂(如乙醇、甲醇和乙酸乙酯)提取物，对海马水溶性组分如多糖、糖蛋白、蛋白质和生物活性肽的研究较少[12,77]，近年来研究发现，生物活性多肽和糖蛋白往往具有很强的药理活性，如神经活性、抗氧化活性等，这或将成为今后研究海马活性成分的热点。且近期研究表明，海马活性物质具有广泛的药理作用，有重大的研究前景及开发价值。药理功用不断被探究，促使相应功能性化合物及作用机制不断被揭示，有助于特异性与综合性开发利用海马资源，并充分发挥其各功用价值，随着海马在医疗保健方面应用的进一步提升，必定具有更加广阔的市场前景。

在海洋保护中，我国尚未见将海马作为旗舰物种的报道，但海马作为旗舰物种在菲律宾和澳大利亚等国家已有所应用。海马是一种具有独特魅力的生物，将其与红树林、海草、海藻和珊瑚礁等生境有效的联系在一起，可帮助吸引公众的关注与支持，对研究旗舰物种保护作用具有深远意义。海马作为污染物指示生物，目前尚停留在实验研究方面，鲜有实践应用。检测海马体内污染物的生物积累，不仅可协助监测海洋生境污染状况，发挥生物监测能力，还可辅助规避野生药用海马潜在的健康风险。但海马种类繁多，各地区污染情况复杂，不同类型污染物对不同种类海马的生理反应是否一致，哪些海马种类更适合作为指示生物，以及海马可作为哪种污染物的指示生物等问题亟待解决和完善。

综上可见，海马的应用价值极高，需求量大，但过度捕捞导致自然资源濒临灭绝，大力发展海马养殖产业既可满足中药海马的大量需求，又能保护濒临灭绝的野生海马资源。我国目前已成功养殖了三斑海马、日本海马、库达海马、克氏海马和灰海马(H.erectus)[78-79]。随着海马养殖技术的发展及人工养殖设施的改进，海马养殖业将更加规模化、先进化，从而保证健康无污染海马原料的充足供应，并加速其在医疗保健行业的开发利用。