科普 | 雨生红球藻，虾青素的最佳来源之一
2010年10月，中华人民共和国卫生部发布第17号公告，批准雨生红球藻为新资源食品，雨生红球藻开始正式进入中国的食品、保健以及日化行业。雨生红球藻富含大量虾青素（ATX），可达到细胞干重的4%-6%[1,2]，在抗氧化、抗炎、抗衰老等方面具有良好的活性。
雨生红球藻 雨生红球藻（拉丁学名：Haematococcus pluvialis），属于绿藻门、绿藻纲、团藻目、红球藻科、红球藻属的一种单细胞绿藻。雨生红球藻细胞广卵形到广椭圆形，长28至63微米，宽9至15微米，细胞壁和原生质体间距许多分支或不分支的细胞质连丝相连，细胞前端无细胞质连丝，其间的空隙充满胶样物质，原生质体卵形，有两根等长的鞭毛，叶绿体杆状，成熟时呈网状或颗粒状，具多个不规则排列的蛋白核，眼点灰白色，细胞核位于细胞中央的空腔内，是研究次生类胡萝卜素的生物合成与基因表达的良好材料，呈世界性分布，各种静止小水体、潮湿土壤中均可见。 ◆雨生红球藻的形态随虾青素积累而变化 雨生红球藻为单细胞微藻，生活史主要分为两个阶段：绿色营养细胞（GV）阶段和不动细胞阶段。绿色营养细胞有两条鞭毛，能运动，在光下进行光合作用，在黑暗中营异养生活。不动细胞根据颜色和形态特征，又分为绿色不动细胞（GR）、桔黄色不动细胞（OR）和红色孢囊（RC）。桔黄色不动细胞处于营养饥饿状态，是雨生红球藻快速积累虾青素的时期，最后随着细胞变为孢囊的过程，雨生红球藻红色逐渐加深，这表示细胞已成熟，虾青素已大量积累。 虾青素在雨生红球藻中是通过类异戊二烯途径合成的，合成在叶绿体外进行。起始物质为乙酰-CoA，经茄红素、番茄红素、ζ-胡萝卜素、角黄素等中间物，最后合成为虾青素[1,2]。 雨生红球藻关键成分——虾青素 天然的虾青素主要由微藻、酵母、细菌和一些植物合成，随后通过食物链在各种海洋动物（鱼类，特别是鲑鱼和甲壳类动物）和一些鸟类（如火烈鸟和鹌鹑）中累积。雨生红球藻作为鲑鱼和鳟鱼的食物来源，可以使其肉质更加鲜美，同时也增加了抗病能力，食用虾青素可从海洋生物中获取，作为人类和动物的膳食补充剂，进而预防或降低各种疾病的发生[1]。 ◆结构特点 虾青素是一种亲脂性化合物，具有多种结构形式，可采用溶剂法、酸法、食用油法、微波法和酶法进行提取，属于烯萜类不饱和化合物，存在3种光学异构体，全顺式(3S,3'S)、顺反式(3S,3'R)和全反式(3R,3'R)，分子式为C40H52O4，相对分子质量为596.84。 虾青素的结构[2] ◆生理活性 ●抗氧化 过量的氧化分子可能通过链式反应与蛋白质、脂质和DNA发生反应，从而导致蛋白质和脂质的氧化以及DNA的损伤，这些生物分子的损伤与各种疾病有关。氧化应激是由细胞内氧化与抗氧化反应的平衡状态紊乱而引起的，在疾病病理过程具有重要作用。虾青素通过中和单线态氧、清除自由基以防止连锁反应、通过抑制脂质过氧化、增强免疫系统功能和调节基因表达等多种机制发挥抗氧化作用[3]。 ●抗炎 炎症是一系列复杂的免疫反应，作为宿主防御机制或身体损伤的反应，以启动组织修复过程。然而，过度或不受控制的炎症可能对宿主细胞和组织有损害。虾青素可阻止生物系统炎症的发生，与阻断NF-κB依赖性信号通路，并抑制白介素和肿瘤坏死因子-α等下游炎症介质的基因表达有关。虾青素还通过抑制脂多糖刺激的BV2小胶质细胞中环氧合酶和一氧化氮来发挥抗炎作用。体内研究也表明，虾青素能减少组织和器官的炎症[3]。 ●抗凋亡 过度凋亡与神经退行性疾病、缺血性脑卒中、心脏病、脓毒症和多器官功能障碍综合征有关。许多关键的凋亡蛋白参与了两种主要的凋亡途径，即内源性凋亡途径（线粒体途径）和外源性凋亡途径（死亡受体途径）。虾青素可以修饰一些关键凋亡蛋白，从而防止相关疾病的发生。虾青素通过调节丝裂原活化蛋白激酶p38，增强Bcl-2相关死亡蛋白的磷酸化，下调细胞色素c、caspase-3和caspase-9的活性，还能激活PI3K/AKT信号通路，进而改善线粒体相关凋亡情况。也有相关文献报道，虾青素可通过ERK/MAPK和PI3K/AKT级联的失活诱导仓鼠口腔癌模型的内源性凋亡途径[3]。 ◆虾青素的抗衰老作用 虾青素是一种类胡萝卜素，具有很强的抗氧化和抗炎特性。据推测，与年龄相关的皮肤变化是由两个主要机制引起的：生物衰老和紫外线照射（光老化）。光老化会导致细胞外基质成分（胶原蛋白和弹性蛋白）被破坏，导致皱纹、色素沉着和皮肤纹理退化。 通过抑制炎性细胞因子来减少氧化应激对于预防与年龄相关的皮肤退化至关重要。Tominaga等人发现，6mg或12mg剂量的虾青素或安慰剂减少了紫外线诱导的角质形成细胞中炎性细胞因子的释放，安慰剂组和低剂量组角质层中的白细胞介素-1水平显著增加，但在健康女性的第0至16周之间，高剂量组没有。 Chalyk等人观察到，在人体模型每天接受4毫克虾青素后，丙二醛（MDA）的水平降低（第15天降低11.2%，第29天降低21.7%）。此外，Seong-Ryeong等人揭示了虾青素作为一种营养补充剂，可以防止正常人真皮成纤维细胞（NHDF）中双酚A（BPA）产生的皮肤成纤维细胞自噬细胞死亡，并减少活性氧生成驱动的细胞外信号调节激酶（ERK）的磷酸化。在NHDF中，BPA显著增加凋亡细胞死亡和自噬，虾青素（10M）减少细胞内ROS的产生，有效恢复了BPA诱导的自噬细胞死亡[4]。 参考文献： [2]董林红,刘亚.虾青素抗癌的生物学机制研究进展[J].药物生物技术,2021,28(05):547-550. [3]张舟艺,曲雪峰,胡文力,等.虾青素的检测及生物活性研究进展[J].食品安全质量检测学报,2020,11(05):1431-1438. [4]Oslan SNH, Tan JS, Oslan SN, et al. Haematococcus pluvialis as a Potential Source of Astaxanthin with Diverse Applications in Industrial Sectors: Current Research and Future Directions. Molecules. 2021 Oct 27;26(21):6470. 
