虾青素的生物活性及应用的研究进展

胡敬倩 陈林

（浙江中医药大学，浙江杭州 310000）

0.引言

虾青素（Astaxanthin）是一种在自然界中广泛存在的酮式类胡萝卜素，化学名称为3,3'-二羟基-4,4'-二酮基-β,β′-胡萝卜素，分子式为C40H52O4，相对分子质量为596.86，分子结构式见图1[1]。虾青素不溶于水，易溶于苯、丙酮和二硫化碳等有机溶剂，呈现橙红色[2]。目前，虾青素的天然来源主要有雨生红球藻、红法夫酵母、鲑鱼和磷虾[3]。

图1 虾青素结构式

虾青素分子结构中的共轭双键长碳链和羟基与酮基形成的α-羟基酮六元环，使虾青素比其他类胡萝卜素更易与自由基和活性氧发生反应，发挥抗氧化作用[4]。虾青素的抗氧化活性是β-胡萝卜素的50倍、维生素E的500倍，有“超级抗氧化剂”之称，对延缓由光化学造成的皮肤老化效果较好，因此在化妆品行业中市场广阔[3]。近年来的研究表明，虾青素在预防心血管疾病、抗癌和提高机体免疫力等方面能发挥重要作用，被应用于医药和保健品行业中[6]。

1.虾青素的主要生物活性

1.1 抗氧化

生物体内过量的自由基和活性氧可通过链式反应引起蛋白质、脂类氧化和DNA损伤，并诱发心血管疾病、肝病和癌症等[5]。袁磊等[6]的研究结果表明不同类胡萝卜素清除羟基自由基的能力依次为：虾青素＞叶黄素＞β-胡萝卜素＞番茄红素。虾青素的共轭双键能将自由基捕获至细胞膜，α-羟基酮环能清除膜内外侧的自由基和活性氧[5]。Liu[7]等将虾青素添加至饲料中喂养黄鲶鱼后，发现鱼肝脏中的过氧化氢酶和超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase,SOD）活性均升高。李峰等[8]通过对高强度运动诱导的肾功能损伤小鼠补充虾青素实验的研究，发现虾青素能提高小鼠肾脏SOD和血红素加氧酶-1活性。

1.2 抗炎

虾青素有助于修复损伤组织，杀死入侵微生物，表现出较强的抗炎性[6]。Sun等[9]研究发现在软骨细胞凋亡的小鼠模型中，虾青素能通过激活Nrf2信号转导途径，减少软骨细胞的凋亡和细胞外基质的降解，在一定程度上治疗骨关节炎。张田等[10]也发现可以利用虾青素来减轻小鼠骨关节肿胀，增加关节软骨Ⅱ型胶原含量和SOD活性。此外，Kang等[11]的研究表明虾青素能直接抑制白细胞介素-6、白细胞介素-1b和肿瘤坏死因子-α等促炎因子的分泌和表达。

2.虾青素的健康效益

虾青素的抗氧化和抗炎特性使其在预防心血管疾病[13-15]、治疗癌症[16-19]和增强机体免疫力[20-22]等方面有较大的应用价值。

2.1 预防心血管疾病

氧化应激和炎症是心血管疾病的主要病理特征，虾青素的抗氧化和抗炎活性使其能作为治疗心血管疾病的潜在药物[12]。沈成等[13]研究发现虾青素能减轻大鼠心肌缺血后炎症细胞浸润程度，维持心脏正常功能。Chen等[14]报道虾青素能抑制血管平滑肌细胞的生长，提高抗氧化酶活性、减少线粒体自噬，实现血管的重塑。Zou等[12]指出补充虾青素可以促进小鼠胆固醇的逆向转运，减少主动脉的胆固醇斑块面积。Xue等[15]通过对大鼠冠状动脉微栓塞模型的研究，发现喂食虾青素可明显减少心肌细胞凋亡，扩张冠状动脉管壁。

2.2 抗癌

虾青素能改善细胞间的缝隙连接，促进癌细胞凋亡并阻止癌细胞的增殖和转移，表现出抗癌活性[4]。Tsuji等[16]研究发现虾青素能降低Akt和ERK1/2蛋白的磷酸化水平，干预胶质母细胞瘤细胞的增殖和迁移。Rao等[17]报道虾青素可用于治疗非黑素瘤性皮肤癌。此外有研究表明，虾青素对抑制乳腺癌细胞生长的效果较好。Kim等[18]进行虾青素对人乳腺癌细胞凋亡作用的研究，结果显示虾青素在增强SOD和抗凋亡因子pontin活性的同时，能下调突变型p53基因的表达诱导癌细胞凋亡，Ahn等[19]的研究进一步表明虾青素具备作为治疗乳腺癌的临床药物的条件。

2.3 增强免疫力

虾青素能够保护机体免受自由基的伤害，一定程度上恢复免疫系统的防御机制[5]。在体液免疫方面，Yin等[20]研究发现虾青素能下调CCR7蛋白的表达，减轻脂多糖诱导的树突状细胞免疫功能障碍，可作为治疗脓毒症的潜在药物；Zhang等[21]开展了虾青素对环磷酰胺诱导的小鼠肠黏膜损伤模型影响的研究，结果表明虾青素能减轻肠道氧化应激水平，促进免疫球蛋白A分泌，维持肠黏膜的屏障功能。在细胞免疫方面，Lin等[22]研究表明虾青素可通过增强干扰素-γ和白细胞介素-2的能力，调节小鼠淋巴细胞免疫反应。

2.4 其他

机体补充虾青素除了对上述疾病具有治疗效果外，在保护肝脏[23]、改善糖代谢[24]和减轻皮肤损伤[25]等方面也有作用。Liu等[23]研究了虾青素对由乙醇诱导的小鼠酒精性脂肪肝的影响，发现虾青素能减轻肝脏脂质代谢障碍、减少脂质蓄积、改善肝功能。Mashhadi等[24]报道，虾青素能使II型糖尿病患者血清中甘油三酯和极低密度脂蛋白胆固醇浓度降低，促进机体糖代谢。此外，李福民等[25]指出外用虾青素脂质体能够吸收紫外线辐射，抑制照射后皮肤中自由基引起的细胞损伤，改善小鼠皮肤的胶原损伤情况。

3.虾青素的开发应用

国内外大量研究均已证实虾青素对疾病的预防和治疗有重要作用，其在医药、食品及保健品市场前景广阔。在医药和保健品行业中，国外早已开展了相关研究，如美国的Aquasearch公司研制出有抗血栓疗效的虾青素胶囊、日本的Fancl公司生产了含虾青素成分的营养强化剂[26]。在食品行业中，虾青素可以作为着色剂和添加剂起到保鲜、保色和保质等作用，欧盟于2008年批准雨生红球藻虾青素作为新资源食品，并对其功效做出健康声明，中国卫生部则于2010年11月正式批准[27]。

虾青素的强抗氧化活性，能够显著减弱紫外线对皮肤胶原蛋白和弹力蛋白的破坏，因此虾青素也被广泛应用于化妆品领域[28]。全球许多化妆品品牌将其作为原料应用于护肤品、防晒和唇用香脂等产品中，主打抗氧化、抗皱和防晒功效，包括珀莱雅（PROYA）、芳凯（Fancl）以及曼秀雷敦（Mentholatum）等国际品牌[29]。

4.展望

体外和体内模型中的良好试验的结果，证实了虾青素能用来对抗病变细胞的氧化损伤，对心血管疾病、肝脏疾病和癌症等多种疾病有潜在作用。我们需要对虾青素的代谢途径进行深入研究，以进一步评估虾青素在医药、保健品和化妆等行业中的开发前景。