蝦青素抗炎及免疫調節作用的研究述評

歐陽競鋒 吳秋瑾 徐興利 張 勇 李林品

（1 中國中醫科學院醫學實驗中心&中醫藥防治重大疾病基礎研究北京市重點實驗室，北京，100700；2 紅球藻種質培育與蝦青素制品國家地方聯合工程研究中心，云南 楚雄 675000；3 中國食品雜志社，北京 100050）

蝦青素（astaxanthin）又名蝦黃素、蝦黃質，是類胡蘿卜素的酮式含氧衍生物，化學名為3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素，為萜烯類不飽和化合物，化學分子式為C40H52O4，分子結構中有兩個β-紫羅蘭酮環，11個共軛雙鍵[1]。目前，天然蝦青素的主要來源于含量極其豐富的淡水藻、雨生紅球藻和法夫酵母等，如云南愛爾發生物科技有限公司通過培育雨生紅球藻提取蝦青素，已經成為行內的標桿企業。

天然蝦青素是迄今為止在自然界中發現的最強的抗氧化劑，屬于第四代抗氧化劑。在蝦青素的分子結構中，共軛雙鍵、羥基和不飽和酮基在共軛雙鍵鏈上數量多，羥基和酮基形成α-羥基酮[2]，這些結構都非?；顫?，可將自由基吸附到未成對電子或向自由基提供電子，導致過氧化基失活，猝滅單線氧，清除氧自由基，效率是β-胡蘿卜素的50多倍、原花青素的150倍、茶多酚的200倍、維生素E的550多倍、輔酶Q10的800多倍，被稱為“超級抗氧化劑”[3-4]。基于蝦青素的抗氧化作用，蝦青素在增強機體免疫力、抗炎等方面均有明顯的活性，蝦青素作為膳食補充劑對人類健康具有很大的潛力和應用價值。

本文主要歸納綜述蝦青素提高機體免疫力、抗炎的功效及其作用機制。

1 蝦青素能顯著提高機體免疫功能

人體具有完善和復雜功能的免疫系統，由免疫器官、免疫細胞和免疫活性物質構成。免疫系統通過細胞免疫和體液免疫而起著免疫監視、防御和調控的作用。機體的免疫系統能力與自由基如活性氧等密切相關。線粒體是細胞能量產生的中心，而活性氧（reactive oxygen species，ROS）是線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ和Ⅲ電子泄漏的副產品[5]。自由基，在化學上也成為“游離基”，指化合物的分子在一定的條件下，共價鍵發生均裂而形成的具有不成對電子的分子、原子、離子或原子團。自由基化學反應活性高，同時有一定磁矩，表現在其主動搶奪鄰近分子的電子，造成對方被氧化且變得不穩定。機體在正常生理條件下，由超氧化物歧化酶等組成的細胞抗氧化防御系統可以清除線粒體ROS，而在病理條件下，活性氧產生過量而積聚，進而損害線粒體和細胞[6]，氧化應激誘導的線粒體功能障礙與多種疾病相關的炎性反應密切相關，也是氧化應激和炎癥無休止循環的基礎。功能失調的線粒體觸發氧化反應爆發、放大并傳播炎癥，炎癥條件下氧化應激的增加導致線粒體功能障礙，進一步促進ROS的產生和線粒體的滲漏[7]。線粒體功能障礙還會誘導促炎性因子的表達，增加細胞對炎癥信號的反應，激活炎癥小體[8]，故清除包括ROS的自由基、恢復線粒體的正常功能是抗炎和提高機體免疫力的基礎。

研究發現，蝦青素能顯著提高機體免疫功能[9]，這包括增強機體細胞免疫（cellular immunity）和體液免疫（humoral immunity）能力。

在增強機體細胞免疫方面，蝦青素可增強Th1和Th2細胞特異性免疫反應[10]，增加CD3+、CD4+、T輔助細胞的數量[11]，增加嗜中性白血球的數目，用以包圍細菌并分泌降解細菌的酶[12]，增強白細胞介素-2和干擾素γ的能力[13]，增加自然殺傷細胞的數目，以消除機體內被感染的細胞[14]。

在增強機體體液免疫方面，蝦青素可增強B細胞的活力，增強體液免疫，提高血清補體活性[15]，刺激分泌IgM和IgG等免疫球蛋白的細胞數量增加[11]，增強機體脾淋巴細胞功能和特異性體液免疫反應[16]。

蝦青素還可刺激細胞分裂和具有重要的免疫調節作用，故可作為免疫增強劑使用。

2 蝦青素具有顯著的抗炎作用

炎癥的本質是機體應對各種損傷性刺激時進行自我保護的防御反應[17]，在炎癥過程中，損傷因子對細胞和組織造成損害，機體通過炎癥充血、滲出反應，稀釋、殺傷和包圍損傷因子，并且通過細胞再生修復受損組織。炎性反應的主要成分包括炎性細胞和炎性介質，前者泛指參與炎性反應的細胞，包括淋巴細胞、漿細胞、粒細胞（嗜酸、嗜堿性、中性）和單核細胞等；后者包括細胞因子和趨化因子[18]。其中，在炎性反應發生時發揮主要作用，稱為促炎反應介質，如氧自由基、轉化生長因子β、干擾素等；而在炎癥消退時起主要作用，稱為抗炎反應介質如IL-4、IL-5及第二信使物質等[19]。

蝦青素可明顯抑制神經、心血管等系統的炎性反應。比如，蝦青素直接抑制哮喘小鼠模型肺內的肥大細胞及炎性細胞浸潤、黏液生成、肺纖維化，IL-4和IL-5的細胞因子的生成，促進γ-干擾素（IFN-γ）的生成[20]；抑制脂多糖（LPS）誘導的體內及體外炎性反應[21]；抑制一氧化氮合酶、環氧合酶-2（COX-2）活性，并具有明顯地劑量依賴性抗炎作用[21-22]；直接抑制促炎細胞因子如一氧化氮、腫瘤壞死因子α、前列腺素E2（PGE2）、IL-1β、IL-6等的分泌表達[23-24]。

蝦青素的抗炎作用是[21,23]通過調節TOLL樣受體（TLR-4）、核因子κB（NF-κB）和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路發揮作用[25-26]。蝦青素還可以通過調節過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPAR），抑制PPARβ和PPARγ，減少巨噬細胞等分泌促炎因子而抗炎[27]。

3 蝦青素通過調節氧化應激/抗氧化水平而抗炎

活性氧和炎癥密切相關?；钚匝蹙哂须p重作用，一方面，活性氧可殺死病原體和清除損傷組織的中末端效應分子，另一方面，它也上調促炎性因子的表達，是炎癥的引發劑，和促炎性細胞因子形成正反饋環（圖1），抗氧化劑和抗氧化酶能抑制炎性因子的基因表達而阻斷這種正反饋環[28]。

圖1 活性氧與炎癥的反饋環

蝦青素的共扼雙鍵和α-羥基酮具有特殊的化學結構，使其容易捕獲并中和自由基[29]，淬滅單線態氧，清除自由基，降低膜通透性，維持膜穩定。蝦青素的共軛多烯部分和末端環部分可分別在膜、膜表面和膜中捕獲自由基，故其抑制細胞膜脂質過氧化作用比L-胡蘿卜素更有效。

總之，蝦青素的共軛雙鍵和α-羥基酮賦予其超強抗氧化性，這些獨特的性質使它具有很高的應用價值和巨大的市場潛力，也是目前蝦青素被開發應用的主要方面。大量人體試驗和動物試驗已經證明天然蝦青素是一種非常安全的類胡蘿卜素。美國食品藥品監督管理局（FDA）于1999年批準其作為膳食補充劑，并于2009年批準雨生紅球藻蝦青素具有12項功能聲稱；歐盟FSA于2008年批準雨生紅球藻蝦青素為新資源食品，并對其五大功效做出健康聲明[30]；中國衛生部于2010年11月正式批準雨生紅球藻為新資源食品。

基于其超強抗氧化性，蝦青素在抗炎、防止紫外線輻射、抗癌、保護眼睛和中樞神經及緩解亞健康狀態等很多方面均應有很好的應用，這些應用方面的研究均亟待深入。