蝦青素對缺血-再灌注損傷的防治作用進展

劉婧怡，左青青，馮 壤，陳曉紅，李海波

（中國人民解放軍第三軍醫大學，重慶 400038）

蝦青素對缺血-再灌注損傷的防治作用進展

劉婧怡，左青青，馮 壤，陳曉紅，李海波

（中國人民解放軍第三軍醫大學，重慶 400038）

目的 研究蝦青素對缺血-再灌注損傷（IRI）的預防保護作用及可能的作用機制。方法 收集蝦青素及其預防保護缺血-再灌注損傷作用的相關文獻，對蝦青素和缺血-再灌注損傷之間的關系進行綜述。結果缺血-再灌注損傷是一種氧化損傷，而蝦青素具有強大的抗氧化活性。經過蝦青素預處理后，缺血-再灌注損傷情況可得到有效改善。結論 蝦青素作為抗氧化劑，能有效預防及減輕缺血-再灌注損傷，其作用機制可能與其抗氧化、抗細胞凋亡相關。

蝦青素；缺血-再灌注損傷；抗氧化；抗細胞凋亡

缺血-再灌注損傷（IRI）是一種在缺血基礎上恢復血流后組織損傷反而加重，甚至發生不可逆性損傷的現象[1]。缺血-再灌注損傷的發病機制暫時還不明確，目前認為氧自由基增多是其重要原因[2]。蝦青素又稱蝦黃素，是一種紅色脂溶性的類胡蘿卜素，廣泛存在于自然界，尤其是微生物和一些海生動物(龍蝦、蟹等)體內[3]。蝦青素的化學名稱為 3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素，分子式為C40H52O4，屬于萜烯類不飽和化合物。蝦青素與其他類胡蘿卜素結構相似，具有共軛雙鍵長鏈結構。但蝦青素在共軛雙鍵鏈的兩端還存在羰基和羥基等基團，形成了α-羥基酮結構。這種共軛結構顯著增強了蝦青素的電子效應，使其更容易與自由基的未配對電子相吸引，因此蝦青素具有很好的清除氧自由基的能力[4]，從而表達出強大的抗氧化能力，在預防和治療缺血-再灌注損傷表現出了巨大潛力。

1 缺血－再灌注損傷的發病機制

缺血-再灌注損傷是指組織缺血一段時間，當血流重新恢復后，組織的損傷程度較缺血時進一步加重、器官功能進一步惡化的綜合征。在缺血-再灌注過程中，缺血導致的低氧條件會誘導三磷酸腺苷（ATP）大量消耗、黃嘌呤氧化酶形成增多、次黃嘌呤堆積、中性粒細胞聚集及激活、線粒體膜損傷、兒茶酚胺自氧化增加等，導致自由基增多。而大量的自由基的產生，會導致膜脂質過氧化增強、蛋白質功能抑制及核酸染色體破壞等細胞損傷情況的發生。再灌注不僅使自由基生成增多，而且使自由基的清除能力下降[5]，而自由基增多導致組織受損又進一步促進了缺血-再灌注損傷的發生發展，進而形成惡性循環。

2 蝦青素的生理活性及安全性

2．1 來源

蝦青素的來源有人工合成和生物獲取2種方式，人工合成是以胡蘿卜素為原料制得，而生物獲取主要是從水產品中提取獲得。蝦青素作為葉黃素家族的一員，廣泛存在于微藻、高等植物及海洋動物之中。由于人工合成的蝦青素價格昂貴且同天然蝦青素在結構、功能、安全性等方面差異較大，目前已經投入商業應用的蝦青素幾乎都是從藻類和酵母中天然提取的。

2．2 生理活性

蝦青素具有強大的抗氧化活性，能預防心腦血管疾病，對神經、皮膚、眼睛等系統與器官具有保護作用，也表現出抗炎、抗癌等作用，同時能緩解肌肉運動損傷，增強免疫力[6]。與其他葉黃素家族成員相同的是，蝦青素具有很強的清除氧自由基的能力，但蝦青素并不在人體內表現出維生素A原的活性[7-11]。因其廣泛的生理活性，特別是強大的抗氧化活性，蝦青素被廣泛應用于保健品和日化領域。

2．3 生物利用度

蝦青素同時具有親脂性和親水性，故能被脂肪分子吸收然后直接傳送至目標器官或組織中，如腦、視網膜及骨骼肌等[12]。蝦青素經腸上皮細胞吸收后被動擴散與脂肪分子相結合[13]，未酯化的部分能和乳糜微粒相結，合并通過淋巴系統轉運進入肝臟[14]。

2．4 安全性

天然蝦青素作為膳食添加劑，已被證明是非常安全的[15]。統計數據顯示，目前尚未收到任何關于天然蝦青素不良反應的報告[16]。同時，一項臨床隨機跟蹤研究表明，食物中6 mg／d的蝦青素添加量對健康成人來說非常安全[17]。1999年，美國食品藥物管理局（FDA）已批準將天然蝦青素作為膳食補充劑添加進入食物中[10]。

3 蝦青素防治缺血－再灌注損傷的應用

3．1 抗氧化作用

研究表明，蝦青素能保護細胞對抗H2O2介導的細胞氧化，也可保持腎臟的功能和組織學結構，同時緩和細胞氧化帶來的影響[18]。通過建立小鼠腎缺血 -再灌注模型，研究人員發現濃度為250 nmol／L的蝦青素，能減輕濃度為100 μmol／L的H2O2介導的管狀上皮細胞缺血-再灌注損傷。而在生物體體內，蝦青素能在缺血-再灌注發生后12～24 h內繼續維持腎功能。而研究中另一項試驗表明，經過蝦青素灌胃預處理14 d的小鼠，在缺血-再灌注發生后24 h，才會出現相應的組織學損傷。組織學、免疫學等各項指標、結果都表明，在用蝦青素對小鼠進行預處理以后，小鼠腎臟缺血-再灌注模型中各項表示損傷程度的指標都顯著下降；缺血-再灌注24 h后，氧化程度和炎癥癥狀也得到了顯著控制[19]。

在另一項研究中，經過蝦青素預處理的小鼠，在肝臟缺血-再灌注發生后損傷程度也明顯降低。研究人員將蝦青素以5 mg／(kg·d)的劑量通過灌胃方式注入小鼠體內14 d作為預處理，第15天中斷小鼠左外側肝葉血供60 min后再恢復60 min再灌注。在試驗后期，取右心室血樣測定血漿中丙氨酸氨基轉移酶(ALT)和黃嘌呤氧化酶(XO)的含量，并處死小鼠獲得非缺血組織和缺血組織，通過透視電鏡和組織病理學評價來評析小鼠肝部超微結構，從而評估蝦青素對缺血-再灌注損傷的作用。結果顯示，蝦青素預處理后小鼠的缺血-再灌注損傷程度明顯降低[20]。

在探討蝦青素對腦部缺血-再灌注損傷的作用試驗中，采用線栓法建立大鼠局灶性腦缺血-再灌注損傷(MCAO)模型，通過對神經學評分、腦梗體積、超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）水平等指標測定，結果顯示，蝦青素能明顯改善試驗大鼠的神經學癥狀，減小腦梗體積，具有神經保護作用[21]。

以上2項研究均提示，通過用蝦青素對試驗動物進行預處理，能明顯提高血清SOD、降低MDA水平，加快對氧自由基的清除。蝦青素的抗氧化活性對維持缺血-再灌注后的腎臟功能和組織學結構具有顯著效果。

3．2 抗細胞凋亡作用

除了抗氧化作用，文獻[22]報道，在經蝦青素預處理的小鼠模型中，蝦青素能通過減少活性氧簇（ROS），下調相關蛋白活性，最終起到抗細胞凋亡的作用。因此，蝦青素還具有抗細胞凋亡作用。

蝦青素可能通過 ROS／絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路降低由于缺血-再灌注損傷引起的細胞凋亡和細胞自噬現象[23]。由于缺血-再灌注損傷經常出現在肝臟手術或肝移植中，成為影響手術療效的一個重要問題。研究人員建立了小鼠肝臟缺血-再灌注模型，以了解蝦青素的作用。將小鼠隨機分為兩組，分別給予30 mg／d和60 mg／d連續14 d做預處理，在缺血-再灌注損傷發生2，8，24 h后通過腹腔手術收集血清樣本和組織樣本，檢測ALT、天冬氨酸氨基轉移酶（AST）、炎性因子、ROS和MAPK家族關鍵蛋白含量。研究結果顯示，蝦青素通過下調MAPK家族中如P38 MAPK，JNK和ERK等相關蛋白的磷酸化修飾作用活性，減少了ROS和細胞炎性因子的釋放，從而抑制了細胞凋亡和細胞自噬現象。在對成年小鼠用蝦青素預處理后構造腦部缺血-再灌注模型的試驗中，也觀察到了蝦青素的抗細胞凋亡作用[24]。

4 結語

蝦青素在應對缺血-再灌注損傷方面有潛在的研究價值，目前對蝦青素的在缺血-再灌注損傷預防和治療的研究主要集中在抗氧化作用和抗細胞凋亡作用2個方面。

更多試驗數據表明，蝦青素具有強抗氧化活性，通過對缺血-再灌注損傷建立模型后進行試驗的數據也證明了蝦青素在抗缺血-再灌注損傷方面有巨大的潛在研究價值。蝦青素主要是通過升高SOD活性，降低血漿中ROS和MDA水平，下調相關蛋白的修飾活性來發揮抗細胞氧化作用，以及通過下調MAPK家族中的磷酸化來抗細胞凋亡的作用，從而對缺血-再灌注損傷起到有效的預防和治療作用。相對其他抗氧化劑來說，蝦青素有內部親脂、兩端親水的結構，與細胞膜結構相近，故能很好地吸附在細胞膜兩側，更加有效地表達抗氧化活性[25-26]。與此同時，蝦青素在消除自由基時，本身不會參加反應，也就說蝦青素幾乎不會消耗[27]，相比于其他抗氧化劑利用率大幅提高。因此蝦青素具有相當廣闊的臨床應用前景，但目前仍然需要更充分的臨床試驗來探究蝦青素的生物功能，為蝦青素作為膳食補充劑及其在醫藥方面的應用提出更加科學、詳實的理論依據。

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Research Progress of Astaxanthin on Ischemia Reperfusion Injury

Liu Jingyi,Zuo Qingqing,Feng Rang,Chen Xiaohong,Li Haibo
(PLA Third Military Medical University,Chongqing,China 400038)

Objective To observe the efficacy of astaxanthin in the prevention and treatment of ischemia reperfusion injury(IRI)and its probable mechanism．M ethods References about astaxanthin and its prevention and protection of ischemia reperfusion injury(IRI)were collected and a review was written to explain the relationship between the astaxanthin and the prevention of IRI．Results Ischemia reperfusion injury was a kind of oxidative damage,yet astaxanthin was a strong antioxidant．The situation of IRI can be obviously improved following ATX pretreatment．Conclusion Astaxanthin,as an antioxidant,is capable to prevent IRI effectively,and its mechanism is possibly related to anti-oxidant and antiapoptosis．

astaxanthin;ischemia reperfusion injury;anti-oxidant;antiapoptosis

R282；R285．5

A

1006－4931(2016)11－0001－03

劉婧怡（1994-），女，大學本科在讀，研究方向為線粒體靶向抗氧化藥物的設計、合成及活性研究，（電話）023-68772363（電子信箱）494628830＠qq．com；李海波（1980-），男，博士研究生，副教授，研究方向為抗氧化藥物及疫苗佐劑的設計與合成，本文通訊作者，（電話）023-68772363（電子信箱）sculhb＠126．com。

2016－01－06；

2016－02－24)

國家自然科學基金，項目編號：31400788；重慶市基礎與前沿一般項目，項目編號：cstc2013jcyjA1037。