冰岛刺参生物活性成分及其功能活性研究进展

赵祥忠，高云龙，徐梦豪，朱纪海

1.齐鲁工业大学(山东省科学院) 食品科学与工程学院，山东 济南 250353；2.山东中硕海洋科技有限公司，山东 日照 276800

0 引言

冰岛刺参(Cucumariafrondosa)又称红筋参、红极参、叶瓜参，属棘皮动物门(Echinodermata)海参纲(Holothurcidea)枝手目(Dendrochirotida)瓜参科(Cucumariidae)海洋动物[1]，主要分布于北大西洋海域的冰岛、挪威、俄罗斯等国家[2]。冰岛刺参是重要的海洋食物和药物资源，作为天然营养食品受到人们的喜爱。目前，国内外关于冰岛刺参生物活性成分的研究非常活跃，已相继从冰岛刺参中分离获得多种生物活性成分，包括脂类(脂肪酸[3]、脑苷脂[4]、神经酰胺[5]、长链碱[6]等)、多糖类[7]、皂苷类[8]、多肽及蛋白质类[9]等，这些成分具有抗癌[10]、抗衰老[11]、抗肥胖[12]、抗血栓[13]、抗炎[14]、降血糖[15]、免疫调节[16]等功能活性。本文拟对冰岛刺参生物活性成分及其功能活性的相关研究进行综述，讨论冰岛刺参的营养、生物学和药理特性，并提出冰岛刺参未来的发展方向，以期为冰岛刺参的开发和应用提供理论依据。

1 冰岛刺参生物活性成分组成

1.1 脂类

新鲜冰岛刺参体内总脂质含量为0.62%～0.78%，富含脂肪酸、鞘脂等功能性脂质。脂肪酸主要集中在冰岛刺参内脏(性腺、消化器官、呼吸器官等)，以多不饱和脂肪酸为主，其中二十碳五烯酸(EPA)约占总脂肪酸含量的42.2%～44.2%。除EPA外，还有少量的二十二碳六烯酸(DHA)，约占总脂肪酸含量的5.2%～6.4%[17]。鞘脂类则主要包括脑苷脂、神经酰胺、长链碱等[7-9]。

1.2 多糖类

冰岛刺参多糖的含量为其干重的(12.2±14.7)%[18]，主要存在于冰岛刺参体壁中，包括冰岛刺参岩藻糖基硫酸软骨素(Cf-FCS)和冰岛刺参岩藻聚糖硫酸酯(Cf-FUC)[19-20]。Cf-FCS分为骨架和岩藻糖支链，骨架是由硫酸软骨素(CS)片段A和E以二糖重复单元→3-β-D-GalNAc4S6S-(1→4)-β-D-GlcA3S-(1→和→3)-β-D-GalNAc4S-(1→4)-β-D-GlcA3S-(1→)组成，其中CS是以葡萄糖醛酸(GlcA)和N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)的重复二糖单元组成，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]；岩藻糖支链有3种类型，分别为与GlcA残基O-3位置相连的α-L-Fuc3S4S和α-L-Fuc2S4S，以及与GalNAc残基O-6位置相连的过氧硫酸化α-L-Fuc2S3S4S，这3种支链的比例为5∶2∶1[19]。Cf-FUC则由岩藻糖、半乳糖胺、半乳糖和葡萄糖胺以1∶0.1∶0.3∶0.17的比例组成，其中硫酸盐含量为29.31%[20]。

1.3 皂苷类

海参皂苷是一类三萜糖苷，由苷元和寡糖链两部分组成，其中，苷元为羊毛甾烷的衍生物，通常含有5个角甲基，20位上连接有侧链；寡糖链是由4～6个单糖组成的直链或支链，通过β-O-糖苷键与苷元的C-3相连[22-23]。目前，已从各类海参中鉴定出约300种皂苷，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 多肽及蛋白质类

蛋白质是干海参的主要成分[25]，冰岛刺参的蛋白质含量为其干重的(56.4±9.1)%，超过总成分的50%。此外，还含有16种游离氨基酸(见表1)，其中，必需氨基酸含量为10.24%，鲜味氨基酸含量为84.73%，精氨酸(39.92%)、谷氨酸(24.04%)和丙氨酸(17.75%)的含量远远高于其他氨基酸[18]。冰岛刺参多肽由冰岛刺参蛋白经蛋白酶水解、分离、纯化后得到[26]，具有保护细胞氧化性损伤[27]、抗肿瘤[28]、提高免疫力[29]、延缓衰老[30]等多种功能活性，对人体生理机能的改善起着重要作用。

1.5 酚类化合物

酚类化合物是一种强大的抗氧化剂，广泛分布于植物中。但是海参，尤其是冰岛刺参，虽然是动物物种，由于其以浮游植物为食，仍含有大量具有适度抗氧化活性的酚类物质，是酚类化合物的主要来源[31]。研究[32]表明，冰岛刺参不同部位(肌肉、性腺、消化道和呼吸器官)含有大量的酚类化合物(22.5～236.0 mg没食子酸当量/100 g)和类黄酮(2.9～59.8 mg芦丁当量/100 g)，其氧自由基吸收能力(ORAC)值为140～800 μmol水溶性维生素E当量/g。

表1 冰岛刺参游离氨基酸的含量[18]Table 1 Contents of free amino acids inCucumaria frondosa[18] %

2 冰岛刺参的功能活性

2.1 抗肿瘤活性

抗肿瘤化合物在肿瘤发展和转移的不同阶段都起着至关重要的作用，海参(如冰岛刺参)含有多种抗肿瘤成分，并表现出对肿瘤生长的显著抑制作用[33]。目前临床使用的抗肿瘤药物大多具有较强的毒副作用，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对机体正常组织造成严重损伤。相较而言，冰岛刺参的多种生物活性成分具有抑制肿瘤的作用，同时又能有效保护机体免疫脏器官的正常生长。L.Du等[34]研究发现，冰岛刺参富含EPA的磷脂(EPA-PL)可以通过上调肿瘤细胞中Bax的表达与下调Bcl-2的水平，诱导细胞色素C从线粒体释放到细胞质中，激活caspase-9和caspase-3细胞凋亡途径，减少腹水量并杀死肿瘤细胞，显著延长S180腹水荷瘤小鼠的寿命，该研究为冰岛刺参EPA-PL在癌症治疗中的应用提供了理论基础。冰岛刺参多肽同样具有抗肿瘤活性，孙姿姿等[28]研究发现，以冰岛刺参多肽为治疗剂，当其剂量为 85 mg/kg时，肿瘤细胞活性明显受到抑制，肿瘤细胞分化、迁徙速度均显著降低，抗肿瘤效果良好；阳性对照实验结果表明，5-氟尿嘧啶抑制肿瘤效果显著高于冰岛刺参多肽，但对S180荷瘤小鼠免疫脏器官的生长有明显的抑制作用。冰岛刺参多肽不但具有良好的抗肿瘤效果，相比5-氟尿嘧啶还能有效维护实验小鼠免疫脏器官的正常生长，无明显毒副作用。

2.2 免疫调节活性

研究[35]表明，冰岛刺参硫酸化多糖质量浓度为0.1～100 μg/mL时，随着质量浓度的升高，能够增加THP-1巨噬细胞肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)和白细胞介素-10(IL-10)的分泌，证明其对THP-1巨噬细胞具有免疫调节活性。此外，冰岛刺参皂苷及多肽也表现出免疫调节活性，D.L.Aminin等[36]研究发现，当给予治疗组小鼠最大剂量冰岛刺参Frondoside A时，Frondoside A会导致体内刺激抗体斑块形成细胞(通常为脾脏中的B细胞)数量增加，产生最大的刺激作用(刺激指数为1.86)，进而增强治疗组小鼠的细胞免疫功能。因此，Frondoside A可以预防性治疗因免疫功能衰竭导致的疾病。徐先锋等[29]研究发现，以SPF级昆明种小鼠为模型，通过连续灌胃冰岛刺参多肽15 d后，冰岛刺参多肽能够显著增加小鼠足跖厚度，促进Th1淋巴细胞介导的迟发型变态反应及小鼠细胞免疫功能；显著增加小鼠免疫球蛋白G含量，提高抗体水平，促进小鼠体液免疫功能；显著增强小鼠巨噬细胞吞噬能力，促进小鼠非特异性免疫功能。所以，冰岛刺参多肽可通过体液免疫、细胞免疫及非特异性免疫方式调节实验小鼠免疫功能，提高机体免疫力。

2.3 抗炎活性

由于多种生物活性成分(包括多糖、脂类等)的存在，冰岛刺参具有潜在的抗炎活性。胡世伟等[37]研究发现，冰岛刺参Cf-FCS可显著降低胰岛素抵抗小鼠血清中的促炎症因子、TNF-α、巨噬细胞炎症蛋白-1(MIP-1)、白细胞介素-1β(IL-1β)和IL-6水平，提高抑炎症因子IL-10水平；抑制小鼠脂肪组织TNF-α、MIP-1、IL-1β和IL-6基因mRNA的表达，促进IL-10基因mRNA的表达，抑制C-Jun氨基末端激酶(JNK)及抑制剂激酶-κβ(IK-κβ)/核转录因子-κB(NF-κB)信号通路，从而起到改善胰岛素抵抗小鼠炎症反应的作用。此外，S.Sandeep等[38]研究发现，冰岛刺参Frondanol能够降低疾病活动指数并减少与炎症相关的结肠长度，降低组织髓过氧化物酶(MPO)、中性粒细胞和巨噬细胞mRNA表达、促炎细胞因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)在蛋白质和mRNA上的水平及白三烯-B4(LT-B4)的含量，表现出强大的抗炎活性，能减轻结肠炎症。

2.4 抗衰老活性

人类年龄与细胞大分子氧化损伤积累之间的相关性已有相关报道[39]。C.Cheignon等[40]研究发现，氧化应激会导致与年龄相关的学习和记忆障碍，从而诱发与年龄相关的神经退行性疾病。L.Z.Lin等[30]研究发现，酶促水解制备的冰岛刺参多肽通过上调克老素蛋白(Klotho)的表达，可提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性，抑制脂质过氧化和蛋白质氧化，降低乙酰胆碱酯酶活性，提高对氧化应激的抵抗力，明显延长果蝇寿命，并改善D-半乳糖诱导的衰老小鼠的学习和记忆障碍。

2.5 保护细胞氧化性损伤活性

目前，海洋天然抗氧化剂受到业界广泛关注，而冰岛刺参被认为是良好抗氧化剂的可能来源。C.C.Wang等[41]研究发现，利用Folch法从冰岛刺参中提取纯化得到的EPA-PL，可以通过线粒体介导、丝裂原活化的蛋白激酶两种途径，抑制1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)诱导的氧化应激和细胞凋亡，减轻多巴胺能神经元损失，改善由MPTP引起的帕金森氏病小鼠的症状，为神经退行性疾病的预防和治疗提供了参考。同样，赵芹等[27]研究发现，当剂量大于50 μg/mL时，冰岛刺参胶原蛋白多肽C1(6 kDa

2.6 降血糖活性

近年来，随着居民生活水平的提升，高血糖患病人群呈迅速扩大和日益低龄化的发展趋势[42]，冰岛刺参提取物显示出潜在的抗糖尿病和降血糖活性。S.W.Hu等[43]研究了冰岛刺参EPA-PL对链脲佐菌素诱导的高血糖大鼠的影响。结果表明，冰岛刺参EPA-PL能够促进实验大鼠腓肠肌中胰岛素受体(IR)、胰岛素受体底物-1(IRS-1)、磷酸肌醇3激酶(PI3K)、蛋白激酶B(PKB)、葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)等糖代谢相关基因的表达，并显著增加IR-β、PI3K、PKB、GLUT4的蛋白质丰度及IR-β中酪氨酸、PI3K中p85调节亚基、PKB中丝氨酸473的磷酸化，从而上调胰岛素介导的PI3K/PKB信号通路，达到降血糖的目的，可作为营养补充剂为糖尿病患者提供辅助治疗。Q.Y.Zhu等[44]研究发现，Cf-FCS能够降低Ⅱ型糖尿病(T2DM)大鼠的血糖，减轻炎症状态和氧化应激，保护肝脏免受损伤，并通过激活IRS/PI3K/PKB信号通路调节糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)的基因表达，改善T2DM大鼠胰岛素抵抗，促进肝糖原积累，起到治疗T2DM的作用。Y.M.Wang等[45]研究发现，Cf-FUC能够有效降低胰岛素抵抗小鼠的空腹血糖和胰岛素水平，提高实验小鼠的葡萄糖和胰岛素耐量，起到降血糖的作用，为冰岛刺参多糖降血糖功能食品的商业化提供一种可行策略。

3 结论与展望

本文对冰岛刺参活性成分的组成及其功能活性进行了综述，指出，冰岛刺参是生物活性成分的理想来源，富含诸如海参脂类、多糖类、皂苷类、多肽等多种活性成分，具有抗肿瘤、免疫调节、抗炎、抗衰老等功能活性，在功能性食品、营养保健品、药用化妆品等方面具有潜在用途。但是，冰岛刺参的生长过程、成熟年龄、种群结构、自然死亡率、捕获方法、可持续利用率等研究较少，其生物活性成分及其功能活性也尚待进一步鉴定。由于冰岛刺参含有70%～90%的水分，离开海水后会自动溶解，这使其储存和运输非常困难[46]。此外，冰岛刺参体壁常作为市场产品出售，包括性腺、肠道和呼吸树在内的内脏器官通常被作为废弃物丢弃，对其潜在用途的研究还很少。因此，未来的研究方向主要集中于以下方面：1)对冰岛刺参的生长过程、成熟年龄、捕获方式等进行系统研究。2)对已从冰岛刺参中分离出的活性成分进行全面的纯化、鉴定和表征，并进一步研究其功能活性、药理效力、产品的感官品质等。3)对冰岛刺参的采后储运进行深入研究，从源头保障活性成分的提取。4)利用内脏等废弃物提取潜在的高附加值产品，并将其应用于功能性食品、营养保健品、药品等。例如，海参加工过程中的漂白水可以脱水成粉末或浓缩后用于强化食品(如汤品罐头、功能面包等)，还可用作谷类产品和休闲食品的成分或补充剂。5)作为传统的民间药物，虽然冰岛刺参的一些药用特性已被证实，但仍有必要对其体内效果验证方法进行改进，即需要科学的临床研究作支撑。