劉婧怡，左青青，馮 壤，陳曉紅，李海波

（中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)，重慶 400038）

蝦青素對(duì)缺血-再灌注損傷的防治作用進(jìn)展

劉婧怡，左青青，馮 壤，陳曉紅，李海波

（中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)，重慶 400038）

目的 研究蝦青素對(duì)缺血-再灌注損傷（IRI）的預(yù)防保護(hù)作用及可能的作用機(jī)制。方法 收集蝦青素及其預(yù)防保護(hù)缺血-再灌注損傷作用的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)蝦青素和缺血-再灌注損傷之間的關(guān)系進(jìn)行綜述。結(jié)果缺血-再灌注損傷是一種氧化損傷，而蝦青素具有強(qiáng)大的抗氧化活性。經(jīng)過(guò)蝦青素預(yù)處理后，缺血-再灌注損傷情況可得到有效改善。結(jié)論 蝦青素作為抗氧化劑，能有效預(yù)防及減輕缺血-再灌注損傷，其作用機(jī)制可能與其抗氧化、抗細(xì)胞凋亡相關(guān)。

蝦青素；缺血-再灌注損傷；抗氧化；抗細(xì)胞凋亡

缺血-再灌注損傷（IRI）是一種在缺血基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后組織損傷反而加重，甚至發(fā)生不可逆性損傷的現(xiàn)象[1]。缺血-再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制暫時(shí)還不明確，目前認(rèn)為氧自由基增多是其重要原因[2]。蝦青素又稱(chēng)蝦黃素，是一種紅色脂溶性的類(lèi)胡蘿卜素，廣泛存在于自然界，尤其是微生物和一些海生動(dòng)物(龍蝦、蟹等)體內(nèi)[3]。蝦青素的化學(xué)名稱(chēng)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(lèi)不飽和化合物。蝦青素與其他類(lèi)胡蘿卜素結(jié)構(gòu)相似，具有共軛雙鍵長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)。但蝦青素在共軛雙鍵鏈的兩端還存在羰基和羥基等基團(tuán)，形成了α-羥基酮結(jié)構(gòu)。這種共軛結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了蝦青素的電子效應(yīng)，使其更容易與自由基的未配對(duì)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(dá)出強(qiáng)大的抗氧化能力，在預(yù)防和治療缺血-再灌注損傷表現(xiàn)出了巨大潛力。

1 缺血－再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制

缺血-再灌注損傷是指組織缺血一段時(shí)間，當(dāng)血流重新恢復(fù)后，組織的損傷程度較缺血時(shí)進(jìn)一步加重、器官功能進(jìn)一步惡化的綜合征。在缺血-再灌注過(guò)程中，缺血導(dǎo)致的低氧條件會(huì)誘導(dǎo)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(xì)胞聚集及激活、線粒體膜損傷、兒茶酚胺自氧化增加等，導(dǎo)致自由基增多。而大量的自由基的產(chǎn)生，會(huì)導(dǎo)致膜脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng)、蛋白質(zhì)功能抑制及核酸染色體破壞等細(xì)胞損傷情況的發(fā)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(dǎo)致組織受損又進(jìn)一步促進(jìn)了缺血-再灌注損傷的發(fā)生發(fā)展，進(jìn)而形成惡性循環(huán)。

2 蝦青素的生理活性及安全性

2．1 來(lái)源

蝦青素的來(lái)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(chǎn)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(dòng)物之中。由于人工合成的蝦青素價(jià)格昂貴且同天然蝦青素在結(jié)構(gòu)、功能、安全性等方面差異較大，目前已經(jīng)投入商業(yè)應(yīng)用的蝦青素幾乎都是從藻類(lèi)和酵母中天然提取的。

2．2 生理活性

蝦青素具有強(qiáng)大的抗氧化活性，能預(yù)防心腦血管疾病，對(duì)神經(jīng)、皮膚、眼睛等系統(tǒng)與器官具有保護(hù)作用，也表現(xiàn)出抗炎、抗癌等作用，同時(shí)能緩解肌肉運(yùn)動(dòng)損傷，增強(qiáng)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(qiáng)的清除氧自由基的能力，但蝦青素并不在人體內(nèi)表現(xiàn)出維生素A原的活性[7-11]。因其廣泛的生理活性，特別是強(qiáng)大的抗氧化活性，蝦青素被廣泛應(yīng)用于保健品和日化領(lǐng)域。

2．3 生物利用度

蝦青素同時(shí)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(biāo)器官或組織中，如腦、視網(wǎng)膜及骨骼肌等[12]。蝦青素經(jīng)腸上皮細(xì)胞吸收后被動(dòng)擴(kuò)散與脂肪分子相結(jié)合[13]，未酯化的部分能和乳糜微粒相結(jié)，合并通過(guò)淋巴系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)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(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前尚未收到任何關(guān)于天然蝦青素不良反應(yīng)的報(bào)告[16]。同時(shí)，一項(xiàng)臨床隨機(jī)跟蹤研究表明，食物中6 mg／d的蝦青素添加量對(duì)健康成人來(lái)說(shuō)非常安全[17]。1999年，美國(guó)食品藥物管理局（FDA）已批準(zhǔn)將天然蝦青素作為膳食補(bǔ)充劑添加進(jìn)入食物中[10]。

3 蝦青素防治缺血－再灌注損傷的應(yīng)用

3．1 抗氧化作用

研究表明，蝦青素能保護(hù)細(xì)胞對(duì)抗H2O2介導(dǎo)的細(xì)胞氧化，也可保持腎臟的功能和組織學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)緩和細(xì)胞氧化帶來(lái)的影響[18]。通過(guò)建立小鼠腎缺血 -再灌注模型，研究人員發(fā)現(xiàn)濃度為250 nmol／L的蝦青素，能減輕濃度為100 μmol／L的H2O2介導(dǎo)的管狀上皮細(xì)胞缺血-再灌注損傷。而在生物體體內(nèi)，蝦青素能在缺血-再灌注發(fā)生后12～24 h內(nèi)繼續(xù)維持腎功能。而研究中另一項(xiàng)試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)蝦青素灌胃預(yù)處理14 d的小鼠，在缺血-再灌注發(fā)生后24 h，才會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的組織學(xué)損傷。組織學(xué)、免疫學(xué)等各項(xiàng)指標(biāo)、結(jié)果都表明，在用蝦青素對(duì)小鼠進(jìn)行預(yù)處理以后，小鼠腎臟缺血-再灌注模型中各項(xiàng)表示損傷程度的指標(biāo)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(xiàng)研究中，經(jīng)過(guò)蝦青素預(yù)處理的小鼠，在肝臟缺血-再灌注發(fā)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(guò)灌胃方式注入小鼠體內(nèi)14 d作為預(yù)處理，第15天中斷小鼠左外側(cè)肝葉血供60 min后再恢復(fù)60 min再灌注。在試驗(yàn)后期，取右心室血樣測(cè)定血漿中丙氨酸氨基轉(zhuǎn)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(guò)透視電鏡和組織病理學(xué)評(píng)價(jià)來(lái)評(píng)析小鼠肝部超微結(jié)構(gòu)，從而評(píng)估蝦青素對(duì)缺血-再灌注損傷的作用。結(jié)果顯示，蝦青素預(yù)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(duì)腦部缺血-再灌注損傷的作用試驗(yàn)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(guò)對(duì)神經(jīng)學(xué)評(píng)分、腦梗體積、超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）水平等指標(biāo)測(cè)定，結(jié)果顯示，蝦青素能明顯改善試驗(yàn)大鼠的神經(jīng)學(xué)癥狀，減小腦梗體積，具有神經(jīng)保護(hù)作用[21]。

以上2項(xiàng)研究均提示，通過(guò)用蝦青素對(duì)試驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行預(yù)處理，能明顯提高血清SOD、降低MDA水平，加快對(duì)氧自由基的清除。蝦青素的抗氧化活性對(duì)維持缺血-再灌注后的腎臟功能和組織學(xué)結(jié)構(gòu)具有顯著效果。

3．2 抗細(xì)胞凋亡作用

除了抗氧化作用，文獻(xiàn)[22]報(bào)道，在經(jīng)蝦青素預(yù)處理的小鼠模型中，蝦青素能通過(guò)減少活性氧簇（ROS），下調(diào)相關(guān)蛋白活性，最終起到抗細(xì)胞凋亡的作用。因此，蝦青素還具有抗細(xì)胞凋亡作用。

蝦青素可能通過(guò) 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(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬現(xiàn)象[23]。由于缺血-再灌注損傷經(jīng)常出現(xiàn)在肝臟手術(shù)或肝移植中，成為影響手術(shù)療效的一個(gè)重要問(wèn)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(jī)分為兩組，分別給予30 mg／d和60 mg／d連續(xù)14 d做預(yù)處理，在缺血-再灌注損傷發(fā)生2，8，24 h后通過(guò)腹腔手術(shù)收集血清樣本和組織樣本，檢測(cè)ALT、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）、炎性因子、ROS和MAPK家族關(guān)鍵蛋白含量。研究結(jié)果顯示，蝦青素通過(guò)下調(diào)MAPK家族中如P38 MAPK，JNK和ERK等相關(guān)蛋白的磷酸化修飾作用活性，減少了ROS和細(xì)胞炎性因子的釋放，從而抑制了細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬現(xiàn)象。在對(duì)成年小鼠用蝦青素預(yù)處理后構(gòu)造腦部缺血-再灌注模型的試驗(yàn)中，也觀察到了蝦青素的抗細(xì)胞凋亡作用[24]。

4 結(jié)語(yǔ)

蝦青素在應(yīng)對(duì)缺血-再灌注損傷方面有潛在的研究?jī)r(jià)值，目前對(duì)蝦青素的在缺血-再灌注損傷預(yù)防和治療的研究主要集中在抗氧化作用和抗細(xì)胞凋亡作用2個(gè)方面。

更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，蝦青素具有強(qiáng)抗氧化活性，通過(guò)對(duì)缺血-再灌注損傷建立模型后進(jìn)行試驗(yàn)的數(shù)據(jù)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?jī)r(jià)值。蝦青素主要是通過(guò)升高SOD活性，降低血漿中ROS和MDA水平，下調(diào)相關(guān)蛋白的修飾活性來(lái)發(fā)揮抗細(xì)胞氧化作用，以及通過(guò)下調(diào)MAPK家族中的磷酸化來(lái)抗細(xì)胞凋亡的作用，從而對(duì)缺血-再灌注損傷起到有效的預(yù)防和治療作用。相對(duì)其他抗氧化劑來(lái)說(shuō)，蝦青素有內(nèi)部親脂、兩端親水的結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)相近，故能很好地吸附在細(xì)胞膜兩側(cè)，更加有效地表達(dá)抗氧化活性[25-26]。與此同時(shí)，蝦青素在消除自由基時(shí)，本身不會(huì)參加反應(yīng)，也就說(shuō)蝦青素幾乎不會(huì)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(dāng)廣闊的臨床應(yīng)用前景，但目前仍然需要更充分的臨床試驗(yàn)來(lái)探究蝦青素的生物功能，為蝦青素作為膳食補(bǔ)充劑及其在醫(yī)藥方面的應(yīng)用提出更加科學(xué)、詳實(shí)的理論依據(jù)。

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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(xué)本科在讀，研究方向?yàn)榫€粒體靶向抗氧化藥物的設(shè)計(jì)、合成及活性研究，（電話(huà)）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?yàn)榭寡趸幬锛耙呙缱魟┑脑O(shè)計(jì)與合成，本文通訊作者，（電話(huà)）023-68772363（電子信箱）sculhb＠126．com。

2016－01－06；

2016－02－24)

國(guó)家自然科學(xué)基金，項(xiàng)目編號(hào)：31400788；重慶市基礎(chǔ)與前沿一般項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：cstc2013jcyjA1037。