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        葛仙米主要生物活性成分和生物活性功能研究進(jìn)展

        2018-05-14 08:59:54魏芬芬王文娟賀青華張波
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年33期
        關(guān)鍵詞:活性成分

        魏芬芬 王文娟 賀青華 張波

        摘要?葛仙米具有多種生物活性物質(zhì)及活性功能,逐漸受到廣泛的關(guān)注。目前對(duì)葛仙米的研究主要集中在葛仙米培養(yǎng)條件、活性物質(zhì)提取方法的優(yōu)化,以及少部分的活性功能研究。綜述葛仙米中多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸等主要活性成分及抗氧化、抗癌、免疫調(diào)節(jié)以及調(diào)節(jié)脂代謝等活性功能,為葛仙米資源更好地開(kāi)發(fā)和利用提供依據(jù)。

        關(guān)鍵詞?葛仙米;活性成分;活性功能

        中圖分類(lèi)號(hào)?TS201.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A文章編號(hào)?0517-6611(2018)33-0008-04

        球狀念珠藻(Nostoc sphaeroides kützing),俗稱(chēng)葛仙米,屬藍(lán)藻門(mén)藍(lán)藻綱念珠藻目念珠藻科念珠藻屬。主要形狀呈球細(xì)胞球形膠質(zhì)狀或者其他不規(guī)則形狀,呈藍(lán)綠色或者黃褐色[1-6]。葛仙米在世界范圍內(nèi)分布極少,我國(guó)葛仙米主要分布在湖北鶴峰縣[7]。葛仙米在我國(guó)具有悠久的食用與藥用歷史,除了用作人們的餐桌美食[8],還常用來(lái)治療夜盲癥、消化不良、燙傷等,是一種傳統(tǒng)的藥食兩用藍(lán)藻[1,9-10]。研究發(fā)現(xiàn),葛仙米富含蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸、多糖、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)成分[11],且具有多種生物活性功能,如抗炎抗菌、抗氧化、抗癌和免疫調(diào)節(jié)的功能[12-14],對(duì)人體有很好的保健功能[15]。該研究分析葛仙米的活性成分,并對(duì)其保健功能及其機(jī)理進(jìn)行綜述,以期對(duì)葛仙米在保健食品領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和利用提供依據(jù)。

        1?葛仙米的主要活性成分

        葛仙米含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和活性成分,近年來(lái)的研究表明,葛仙米的主要活性成分有多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等[16-17]。汪興平等[18]對(duì)湖北野生葛仙米和人工培養(yǎng)的葛仙米營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行分析和比較(表1、表2)。結(jié)果表明,野生葛仙米蛋白質(zhì)含量高達(dá)48.61%,共含有17種氨基酸,其中包含7種人類(lèi)必需氨基酸,總含量為44.619%,除色氨酸(Trp)在處理過(guò)程中成分可能被破壞,只檢測(cè)到其含微量外,其他必需氨基酸均較高。人工培養(yǎng)的葛仙米與野生葛仙米的營(yíng)養(yǎng)成分相似。葛仙米富含多種維生素,如VB1、VB2、VC、VE、β-胡蘿卜素含量豐富,其中抗壞血酸的含量與鮮棗含量相近,相當(dāng)于山楂的5倍,柑橘的15倍[15,19-20]。Pereira等[21]試驗(yàn)證明,葛仙米胞外多糖干重的含量可達(dá)80%,主要包含甘露糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖等,在抗炎抗菌中有廣泛的應(yīng)用前景[22]。

        2?葛仙米生物活性功能研究

        2.1?葛仙米抗氧化活性研究

        自由基是生物體活動(dòng)過(guò)程中生物化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的中間產(chǎn)物,具有很高的反應(yīng)活性,能夠直接攻擊機(jī)體,在分子、細(xì)胞和器官水平上給機(jī)體造成傷害[19,23]。研究表明,自由基與許多疾病都相關(guān),如機(jī)體衰老、腫瘤、糖尿病等都是由于氧化損傷產(chǎn)生過(guò)多自由基導(dǎo)致的[24-25];而自由基可以導(dǎo)致食品和化工產(chǎn)品腐敗變質(zhì),因此無(wú)論是在醫(yī)學(xué)、食品還是化工行業(yè),有關(guān)抗氧化劑和清除自由基的研究都廣泛受到關(guān)注,在保健食品領(lǐng)域中,尋求具有抗氧化活性的天然物質(zhì)尤為重要。

        念珠藻的抗氧化活性一直是研究的熱點(diǎn)[26]。有研究人員從葛仙米中分離出藻紅蛋白和藻藍(lán)蛋白,研究葛仙米藻紅蛋白清除氧自由基的能力,結(jié)果表明,清除氧自由基的能力為:粗提物 >藻紅蛋白 >藻藍(lán)蛋白;葛仙米藻紅蛋白清除氧自由基的能力為:H2O2自由基的清除率>·OH 自由基的清除率> O2·-自由基的清除率[27-30]。通過(guò)非脂質(zhì)體系抗氧化試驗(yàn)、體外抗氧化試驗(yàn)研究葛仙米藻藍(lán)蛋白的抗氧化能力。結(jié)果表明,葛仙米藻藍(lán)蛋白對(duì)清除O2·-、·OH 自由基和H2O2具有較好的量效關(guān)系。在體外反應(yīng)體系中,葛仙米藻藍(lán)蛋白能顯著地降低MDA生成和血、肝中過(guò)氧化物的含量(表3)。體外試驗(yàn)結(jié)果表明,葛仙米藻藍(lán)蛋白對(duì)小鼠肝線(xiàn)粒體損傷具有保護(hù)作用,并能顯著影響血漿的抗活性氧能力。Ninomiya等[3]對(duì)葛仙米、螺旋藻、蛋白核小球藻、鹽生杜氏藻的保護(hù)β-胡蘿卜素結(jié)構(gòu)完整性能力進(jìn)行探究,結(jié)果表明,在相同條件下,葛仙米組的β-胡蘿卜素結(jié)構(gòu)最為完整,葛仙米的抗氧化能力均強(qiáng)于其他3種藻類(lèi)。Tang等[5]從葛仙米中分離出多糖,研究葛仙米多糖清除自由基和增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化酶活性的能力,結(jié)果表明,葛仙米多糖能顯著清除O2·-、·OH以及和DPPH。通過(guò)體外試驗(yàn),葛仙米多糖能夠顯著增強(qiáng)HEK193細(xì)胞SOD、CAT、GPx活性,增強(qiáng)細(xì)胞的存活率。以上研究均表明,葛仙米對(duì)多種自由基具有良好的清除作用,也能夠增強(qiáng)自身的氧化防御體系和抗氧化能力,但其在生物體內(nèi)發(fā)揮抗氧化作用的機(jī)制和途徑尚未有詳細(xì)報(bào)道,可能是直接參與自由基的猝滅,還可能使通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體自身抗氧化活性,具體機(jī)制還待進(jìn)一步研究[31-33]。

        2.2?葛仙米抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)活性研究

        癌癥仍然是造成全球死亡的主要病因和全球范圍內(nèi)最大的公共衛(wèi)生問(wèn)題,是威脅人類(lèi)健康和生命的重大殺手[34],腫瘤大部分是由于機(jī)體內(nèi)細(xì)胞凋亡調(diào)控紊亂所導(dǎo)致的,自身免疫力低下也容易受到癌細(xì)胞攻擊[4,12]。由于腫瘤細(xì)胞是由正常細(xì)胞分化而來(lái),因此常用于治療腫瘤的化學(xué)療法缺乏選擇性,在殺死腫瘤細(xì)胞的同時(shí),對(duì)人體正常細(xì)胞也具有殺傷力,在治療過(guò)程中患者會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的毒副作用[34-35]。目前,對(duì)于大部分的抗癌藥物,腫瘤都產(chǎn)生耐藥性,治療效果不甚理想。因此,開(kāi)發(fā)出能夠增強(qiáng)機(jī)體免疫力的功能食品或者是治療效果好、副作用小的新型抗癌藥品,具有重大意義。

        葛仙米的抗癌作用一直是人們研究的熱點(diǎn)。湯俊等[36]研究發(fā)現(xiàn)葛仙米能夠顯著誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞HepG2凋亡。彭常安等[37]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)葛仙米多糖對(duì)人體結(jié)腸直腸癌細(xì)胞(HCT-116)具有顯著的抑制作用。莫開(kāi)菊等[38]發(fā)現(xiàn)葛仙米多糖能夠抑制S180小鼠腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),高、中、低劑量抑瘤率分別為64.08%、38.24% 和29.91%,能夠抑制由腫瘤所致的小鼠細(xì)胞免疫能力下降(包括脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化能力、NK細(xì)胞活性和遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng))。程超等[39]利用整體動(dòng)物試驗(yàn),研究葛仙米藻膽蛋白對(duì)免疫調(diào)節(jié)的作用,結(jié)果表明,葛仙米中的藻膽蛋白具有提高小鼠免疫功能的活性,能夠提高巨噬細(xì)胞的吞噬率、T淋巴系統(tǒng)的增殖、NK細(xì)胞活性以及血清中白細(xì)胞介素(IL-2和IL-4)細(xì)胞因子水平。

        總之,葛仙米抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)作用是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,是葛仙米多種成分共同作用于機(jī)體,發(fā)揮協(xié)同作用的結(jié)果。綜合近幾年的研究,將葛仙米可能的抗癌活性和免疫調(diào)節(jié)活性總結(jié)為以下四點(diǎn):

        ①調(diào)節(jié)或激活機(jī)體免疫系統(tǒng)。葛仙米通過(guò)增強(qiáng)免疫細(xì)胞活性,如巨噬細(xì)胞吞、NK細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等,增強(qiáng)脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化能力,進(jìn)而通過(guò)這些免疫細(xì)胞直接抑制或者是殺傷腫瘤細(xì)胞。此外,還可以通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子(如IL-2、IL-4和TNF-α等)的分泌進(jìn)而調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[40]。

        ②直接殺傷癌細(xì)胞。除了通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫系統(tǒng),葛仙米還能夠直接殺傷腫瘤細(xì)胞,其主要機(jī)制是誘導(dǎo)癌細(xì)胞的凋亡。如抑制DNA聚合酶及轉(zhuǎn)綠因子導(dǎo)致細(xì)胞功能缺陷而凋亡。

        ③抑制癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和增殖。葛仙米可以通過(guò)抑制細(xì)胞的核轉(zhuǎn)錄以及細(xì)胞增殖的相關(guān)通路,從而誘導(dǎo)癌細(xì)胞的凋亡、分化以及成熟,進(jìn)而抑制癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和增殖。

        ④使致癌物失活,保護(hù)正常細(xì)胞。葛仙米通過(guò)發(fā)揮自身的抗氧化、抗輻射作用,減少由誘變劑導(dǎo)致的細(xì)胞損傷或是癌變,保護(hù)正常細(xì)胞不受攻擊,抑制癌基因的活化(表4)。

        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)?2018年

        2.3?葛仙米調(diào)節(jié)脂代謝活性研究

        近年來(lái),隨著社會(huì)的發(fā)展以及人們生活水平的提高,我國(guó)脂代謝異常的發(fā)生表現(xiàn)出顯著增加趨勢(shì),血脂水平普遍偏高,嚴(yán)重危害健康。脂代謝紊亂是引起動(dòng)脈粥樣硬化最重要、最危險(xiǎn)的因素,其主要病癥是高血脂癥[41]。有關(guān)醫(yī)學(xué)研究證實(shí)動(dòng)脈粥樣硬化能導(dǎo)致心血管疾病及其他動(dòng)脈疾病,并引起較高死亡率,高脂血癥的防治依然是當(dāng)今的最迫切任務(wù)之一[42-43]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究治療血脂異常的藥物也很多,但這些藥物毒副作用大,長(zhǎng)期服用容易造成肝腎損傷。因此,開(kāi)發(fā)和研制出效果好、毒副作用小的、新型的預(yù)防或者是治療血脂異常的藥物具有重大意義。

        葛仙米脂肪酸含量為8.11%,主要為中鏈脂肪酸,中鏈脂肪酸組成的三酰甘油酯能夠抑制脂解作用,從而降低血漿中必需脂肪酸的需要量,減少膽固醇的合成,另外中鏈脂肪酸不經(jīng)過(guò)淋巴,而是經(jīng)由門(mén)脈血大量被肝臟截獲,不會(huì)引起高脂血癥[44-46]。關(guān)于葛仙米對(duì)脂代謝的調(diào)節(jié)作用,美國(guó)康涅狄格大學(xué)Ji-Young Lee教授團(tuán)隊(duì)一直在研究。Yang等[47]首先研究長(zhǎng)期食用葛仙米對(duì)C57BL/6J小鼠脂代謝的影響,發(fā)現(xiàn)食用葛仙米半年的C57BL/6J小鼠,血漿總膽固醇(TC)和總甘油三酯(TG)水平顯著低于對(duì)照組。之后,Ku等[48]通過(guò)體內(nèi)、體外試驗(yàn)研究葛仙米以及葛仙米脂溶性提取物對(duì)脂代謝的調(diào)控作用,體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示,葛仙米能夠顯著降低血漿中的TC和TG水平,但脂溶性提取物對(duì)血漿TC和TG無(wú)明顯降低作用。葛仙米在降低血脂的同時(shí),肝臟中SREPB2、3-羥基-3-甲基-輔酶A還原酶(HMGR)以及脂肪酸合成酶(FAS)表達(dá)增加。同時(shí)體外試驗(yàn)證明葛仙米的脂溶性提取物能夠使HePG2細(xì)胞和原代小鼠肝細(xì)胞的SREBP2、HMGR以及FAS的蛋白水平顯著降低。結(jié)合體內(nèi)、體外試驗(yàn)結(jié)果分析可知,葛仙米降低血脂的作用主要可能是非脂溶性成分發(fā)揮作用,可能是一些粗纖維和植物甾醇等,而體外試驗(yàn)也佐證,肝臟中SREPB2、HMGR以及FAS的表達(dá)增強(qiáng)并非是由葛仙米所導(dǎo)致,相反,葛仙米的脂溶性提取物還能抑制肝細(xì)胞中SREPB2、HMGR以及FAS的表達(dá)。通過(guò)直接降低血漿中的風(fēng)險(xiǎn)因子TC、TG含量,增強(qiáng)肝臟代謝脂肪的能力,將脂肪代謝轉(zhuǎn)移至肝臟,減少患動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)。Rasmussen等[6]通過(guò)C57BL/6J小鼠研究葛仙米降脂的作用機(jī)制,結(jié)果表明,葛仙米之所以能夠直接降低血漿中的TC、TG含量,主要是直接通過(guò)減少腸道對(duì)膽固醇的吸收和促進(jìn)膽固醇的排泄發(fā)揮作用。Ku等[9]研究葛仙米對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展的影響,利用載脂蛋白E基因敲除小鼠為試驗(yàn)?zāi)P停瑥难{(diào)節(jié)和炎癥反應(yīng)2個(gè)角度出發(fā),葛仙米能夠降低血脂,減輕炎癥反應(yīng),抑制脂蛋白E基因敲除小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化病變。以上研究表明,葛仙米的降脂活性非常優(yōu)越,直接從腸道能減少對(duì)膽固醇的吸收和促進(jìn)其排泄,未增加肝臟代謝負(fù)擔(dān),具有可以作為一種預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化安全有效的天然產(chǎn)物(表5)。

        3?展望

        可食用藻類(lèi)的生物資源的開(kāi)發(fā)與利用是當(dāng)前食品、保健品和醫(yī)藥等領(lǐng)域的重要發(fā)展方向[49-50],隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人民生活水平的提高,人們對(duì)食品有更高的追求,對(duì)綠色、健康食品的認(rèn)識(shí)與重視也日益提高,期待能夠有更多的天然生物源的功能食品問(wèn)世[51]。擬球狀念珠藻—葛仙米,我國(guó)一種傳統(tǒng)的藥食同源藻類(lèi),其多種生物活性功能(抗氧化、抗癌和免疫調(diào)節(jié)等)已經(jīng)被證實(shí)[49],受到廣大學(xué)者、專(zhuān)家的重視,被認(rèn)為是一種安全且有巨大潛力的功能食品和藥品的原料。

        目前,對(duì)于葛仙米的研究主要集中在少數(shù)的多糖及蛋白的提取和分離純化,關(guān)于葛仙米其他成分的研究報(bào)道極少,對(duì)于其生物活性功能更是有待深入研究。葛仙米的活性成分及其活性功能具有極大的研究?jī)r(jià)值,有必要運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)與方法對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究,為葛仙米的開(kāi)發(fā)與利用提供更多的依據(jù)。

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