光語(yǔ)帶你認(rèn)識(shí)微藻
第六篇——蝦青素與其功效
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作者：俞建中（微信號(hào)：Scophy117）
（本篇圖少，君莫嫌棄）
1.蝦青素簡(jiǎn)介
蝦青素，英文名叫Astaxanthin，臺(tái)灣稱為蝦紅素，是類胡蘿卜素的一種，脂溶性，廣泛存在于微生物細(xì)胞內(nèi)和水生動(dòng)物體內(nèi)。目前主要應(yīng)用于食品色素、保健品、化妝品、魚蝦飼料等。
研究表明，除了我們熟知的鮭鱒魚類肌肉和蝦蟹類甲殼中含有蝦青素外，還有很多的微生物種類中含有，如藻類里有雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）、新綠球藻（Neochloris?wimmeri）、綠球藻（Chlorococcum）、佐芬根小球藻（Chlorella zofingiensis，現(xiàn)已更名為色綠球藻Chromochloris）、柵藻（Scenedesmus）、腸滸苔（Enteromorpha intestinalis）、石莼（Ulva lactuca）、鏈藻（Catenella repens，屬紅藻），以及血紅裸藻（Euglena sanguinea，早期資料稱含有血紅素，實(shí)為蝦青素），其他的微生物如農(nóng)桿菌（Agrobacterium aurantiacum）、副球菌（Paracoccus carotinifaciens）、法夫酵母（Phaffia rhodozyma）和破囊壺菌（Thraustochytrium）等。
目前商業(yè)化的蝦青素產(chǎn)品主要來(lái)源于雨生紅球藻、法夫酵母和化學(xué)合成。依據(jù)化學(xué)中手性分子的說(shuō)法，蝦青素其實(shí)有好幾種立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，如下圖所示的四種，名字很復(fù)雜，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，用個(gè)字母代號(hào)來(lái)表示他們的幾種類型：A=“3S，3’S”、B=“3R，3’R”，C=“3S，3’R”， D=“3R，3’S”。
（按本篇代號(hào)，從上往下依次為A、B、C和D型）
不同原料獲取的蝦青素的化學(xué)立體結(jié)構(gòu)是有區(qū)別的：如雨生紅球藻中全是A型；法夫酵母中B型占98%以上，剩下是C和D型；化學(xué)合成的A和B型各占25%，剩下的是C和D型（也有文獻(xiàn)報(bào)道A：B：C：D=1:1:2:2），而三文魚肌肉中測(cè)到數(shù)據(jù)，80%左右是A，其他三種含量較低。盡管都是蝦青素，但攝入體內(nèi)后就有可能因立體結(jié)構(gòu)的不同，影響吸收利用及其生物學(xué)功效。另外一個(gè)情況是，在生物體內(nèi)，游離的蝦青素很少，大部分是跟脂肪酸結(jié)合形成酯結(jié)構(gòu)，而合成的蝦青素全部為游離形式，因此推斷認(rèn)為，酯化的蝦青素更容易被吸收利用。
2.蝦青素的抗氧化作用
抗氧化是蝦青素最顯著的功能
抗氧化是指的是一種物質(zhì)抑制氧化的能力，氧化性損傷是由自由基和活性氧造成的，生物體正常的有氧代謝就能產(chǎn)生活性很強(qiáng)的自由基和活性氧，在過(guò)量的情況下，就會(huì)跟蛋白、脂質(zhì)和DNA等物質(zhì)形成系列的反應(yīng)，導(dǎo)致這些物質(zhì)的損傷和破壞。
自由基和活性氧的氧化能力可以被內(nèi)源或外源的抗氧化物質(zhì)所抑制，如類胡蘿卜素。蝦青素相比于他類胡蘿卜素，如葉黃素、番茄紅素和α/β-胡蘿卜素，具有更高的抗氧化能力。如圖顯示的是不同抗氧化物質(zhì)猝滅單線態(tài)氧強(qiáng)度的比較，圖為不同抗氧化物質(zhì)清除氧自由基的能力。同時(shí)動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明，給實(shí)驗(yàn)大鼠喂養(yǎng)雨生紅球藻后，鼠的血漿及肝臟中各種抗氧化酶的活性均有大幅度提高。
（1）抑制脂過(guò)氧化
蝦青素的強(qiáng)抗氧化能力來(lái)源于其分子一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)（分子兩端的紫羅酮環(huán)帶有的羥基和酮基），該結(jié)構(gòu)使得蝦青素的抗氧化能力是其他類胡蘿卜素的數(shù)倍，如（數(shù)）十倍于玉米黃素、葉黃素、斑蝥黃素、β-胡蘿卜素，百倍于維生素E。蝦青素分子在細(xì)胞膜中形成穿膜，因此可以通過(guò)整個(gè)分子的碳鏈將活性電子傳遞至細(xì)胞外（如圖）。因此具有抑制細(xì)胞膜上的脂過(guò)氧化、增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能和調(diào)節(jié)基因表達(dá)等功能，此功能已經(jīng)在很多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。
（2）消炎作用
雨生紅球藻中提取的蝦青素具有消除細(xì)菌感染引起的炎癥反應(yīng)的作用，如幽門桿菌引起的胃炎，還能降低因炎癥引起的DHA氧化損傷，在肺炎、胃潰瘍、皮膚炎等病癥中也證明了其功效。
（3）視力健康
眼睛的黃斑變性認(rèn)為與光誘導(dǎo)的氧化損傷有關(guān)，蝦青素能夠通過(guò)血視網(wǎng)膜屏障進(jìn)入眼球，以其抗氧化能力對(duì)此病癥發(fā)生作用。另外更深入的研究發(fā)現(xiàn)，蝦青素對(duì)眼球疲勞引起的酸脹、視力模糊、雙影等癥狀均有效果。
（4）糖尿病
蝦青素能夠保護(hù)胰臟β-細(xì)胞，降低胰臟細(xì)胞中因高血糖引起的氧化水平，并提升血漿胰島素水平，恢復(fù)糖尿病導(dǎo)致的淋巴細(xì)胞機(jī)能障礙，通過(guò)抑制脂和蛋白氧化使得人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞具有抑制糖和糖蛋白導(dǎo)致的細(xì)胞毒作用，提高自發(fā)性糖尿病動(dòng)物的胰島素敏感度，降低尿蛋白水平，預(yù)防糖尿病腎病等。
（5）心血管疾病預(yù)防
低密度膽固醇（LDL）被認(rèn)為與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生有關(guān)，而蝦青素能夠通過(guò)提升高密度膽固醇的含量而減低產(chǎn)生動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)，從而具有維護(hù)心血管的健康。同時(shí)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是動(dòng)脈粥樣硬化冠心病疾病的病例特征之一，而蝦青素具有的抗氧化和消炎作用使其有可能成為治療該疾病的藥物原料。另外蝦青素還具有影響血壓，增加血液流動(dòng)速度，還能抑制某些高膽固醇血脂造成的蛋白氧化。
（6）抗癌活性
活性氧如過(guò)氧化物、過(guò)氧化氫和自由羥基等在正常的有氧代謝中就會(huì)產(chǎn)生，而單線態(tài)氧由光化學(xué)反應(yīng)催化而來(lái)，氫過(guò)氧自由基則產(chǎn)生于脂質(zhì)過(guò)氧化。這些氧化物會(huì)通過(guò)氧化DNA而導(dǎo)致衰老和退化性疾病如癌癥和動(dòng)脈硬化的發(fā)生。
抗氧化物可以通過(guò)抑制對(duì)細(xì)胞的氧化損傷而降低突變和癌變幾率。細(xì)胞間某個(gè)交聯(lián)蛋白的增加可以提升細(xì)胞間隙連接，從而降低癌細(xì)胞增殖，蝦青素較之斑蝥黃素和β-胡蘿卜素具有明顯的抗癌活性，能夠明顯提升人體皮膚成纖維細(xì)胞的細(xì)胞間隙連接。另有研究證明蝦青素能夠抑制細(xì)胞死亡、癌細(xì)胞增殖、乳腺癌增生、皮膚瘤增生，抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增生并促進(jìn)其凋亡等等。
（7）免疫調(diào)節(jié)
免疫系統(tǒng)的細(xì)胞對(duì)自由基破壞非常敏感，而蝦青素可以對(duì)抗自由基以維護(hù)免疫細(xì)胞的防御能力。在小鼠的實(shí)驗(yàn)中，蝦青素與β-胡蘿卜素相比具有更高的免疫調(diào)節(jié)功效；蝦青素具有提高年老動(dòng)物抗體的產(chǎn)量和降低體液免疫應(yīng)答的作用；在實(shí)驗(yàn)室研究中發(fā)現(xiàn)，蝦青素具有促進(jìn)人細(xì)胞產(chǎn)生免疫球蛋白的功能；在人體實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)期的攝入蝦青素后，可提升某些自然殺傷細(xì)胞的活性，T細(xì)胞和B細(xì)胞的數(shù)量提升，DNA損傷降低，C-反應(yīng)蛋白顯著降低。
目前的研究中，已經(jīng)在體內(nèi)或體外得到驗(yàn)證的蝦青素生物活性有，抗氧化、防紫外輻射、抗皮膚癌、消炎、抗胃癌、保肝、抗糖尿病、心血管保護(hù)、免疫應(yīng)答、神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)等（by RR Ambati?et al.,2014）
3.其他
以下是一些問(wèn)題，對(duì)于探討機(jī)理的研究來(lái)說(shuō)，沒(méi)有發(fā)paper的價(jià)值，而對(duì)于我們現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用確是意義重大。就老俞掌握的，已經(jīng)公開(kāi)出來(lái)的資料來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料還不夠全面，可能是我們下一階段需要做的工作（當(dāng)然不排除個(gè)別機(jī)構(gòu)已經(jīng)做了相關(guān)的研究，而數(shù)據(jù)處于保密階段），如果有朋友看到相關(guān)的研究報(bào)告，煩請(qǐng)告知。
問(wèn)題如下：
- 幾種不同結(jié)構(gòu)的蝦青素之間，其抗氧化活性和其他生物活性差距有多少？
- 酯化蝦青素和游離蝦青素相比，優(yōu)勢(shì)在哪里？例如被細(xì)胞吸收和利用的比例各有多少？
- 人體攝入量的問(wèn)題，有見(jiàn)到過(guò)量攝入無(wú)法吸收而直接排除體外的情況，是否有能夠促進(jìn)吸收的輔料物質(zhì)或方法？
- 微膠囊等技術(shù)可以提升蝦青素的穩(wěn)定性，但對(duì)吸收有否影響？
- 活性越強(qiáng)、保存越難，各種風(fēng)吹草動(dòng)產(chǎn)生的氧化物質(zhì)都會(huì)對(duì)蝦青素活性產(chǎn)生影響，各種保存條件對(duì)蝦青素結(jié)構(gòu)及活性的影響力度有多大？如溫度、光照、保存時(shí)間等？這塊有過(guò)研究，但是比較粗淺，動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)不夠詳實(shí)。
- 最后一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，蝦青素在200℃以上結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，那煮熟（100℃以下溫度）蝦殼里的蝦青素結(jié)構(gòu)是否還完整，活性是否還保持？
參考文獻(xiàn)
（1）Mar. Drugs 2014, 12, 128-152; RR Ambati et al.
（2）http://trace.tennessee.edu/utk_chembiopubs/94; KD Nguyen.
（3）https://www.researchgate.net/publication/242219323; J Wilkinson & T Evans.
（4）The World’s Best Kept Health Secret: Natural Astaxanthin; 2ed, B Capelli & G Cysewski.
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