专家科普:虾青素,缘何能保护神经元?

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  虾青素(ATX)为萜烯类不饱和化合物,是类胡萝卜素类的高级别产物,也是能透过血脑屏障的类胡萝卜素。近日,有媒体报道,研究显示,ATX具有抗氧化、抗炎症、抗凋亡等多种生物活性,可在体内、外广泛发挥神经保护作用。

  那么,虾青素,究竟能否保护神经?在该领域有哪些研究发现?

  虾青素是类胡萝卜素类、第四代抗氧化物质

  虾青素(ATX)又名虾黄质,是一种红色的脂溶性色素,属于类胡萝卜素,其化学名称为3,3'-二羟基-4,4'-二酮基-β,β'-胡萝卜素,摩尔质量为596.84g/mol,分子式为C40H52O4。

  中国中医科学院医学实验中心及研发实验服务基地、中医药防治重大疾病基础研究北京市重点实验室副研究员欧阳竞锋告诉记者,天然虾青素在藻类、酵母、鱼、虾等水生动植物中存在广泛,目前可利用雨生红球藻和酵母红曲酵母进行合成。如红球藻种质培育与虾青素制品国家地方联合工程研究中心与云南爱尔康生物技术有限公司已通过培育雨生红球藻提取出虾青素。

  研究发现,虾青素是一种高度不饱和的萜烯类化合物,分子结构与β-胡萝卜素类似,由一条多烯烃链和两端的2个β-紫罗酮环组成,分子结构中酮基、羟基、长链共轭不饱和双键的存在使得虾青素共具抗氧化、抗炎症、抗凋亡等多种生物活性。“ATX的分子结构中共轭双键、酮基、羟基数量众多,电子效应活泼,可通过提供电子吸引自由基并与其反应,从而终止细胞内的自由基链式反应,因此ATX具有强大的抗氧化活性。”欧阳竞锋说。

  此外,两端β-紫罗酮环中所含羟基基团使ATX具有亲水性,多烯烃链的结构又使其具有疏水性,一方面使ATX能够更好地贯穿于细胞膜内外,增强细胞膜的稳定性与机械强度,避免损伤分子破坏神经细胞;另一方面ATX可由脂肪分子直接携带,穿过血脑屏障,以供大脑组织利用。

  欧阳竞锋表示,天然的ATX作为一种营养补充剂,具有相当高的安全性,无不良反应。日本一项随机临床试验发现,健康成人每天食用10毫克左右的虾青素,除了有益人体,无任何毒副作用。鉴于虾青素的强大抗氧化性和无任何毒副作用的特性,美国食品药品监督管理局于1999年批准其作为膳食补充剂,并于2009年批准雨生红球藻虾青素具有12项功能声称;欧盟FSA于2008年批准雨生红球藻虾青素为新资源食品,并对其五大功效做出健康声明;中国卫生部于2010年11月正式批准雨生红球藻以及来源于雨生红球藻的虾青素为新资源食品。

  研究显示虾青素可保护神经细胞

  神经退行性疾病主要包括阿尔兹海默症(AD)、帕金森病(PD)、肌萎缩侧索硬化症(ALS)、亨廷顿病(HD)、雅氏病等疾病。这些疾病虽然病变部位及组织病理学改变有所差异,但均与氧化应激反应、神经炎症、线粒体功能障碍等因素密切相关,不同的分子机制及信号通路诱导了疾病的发生。

  欧阳竞锋介绍,ATX抗氧化、抗炎症、抗凋亡等生物活性在帕金森病(PD)、阿尔茨海默症(AD)的研究中不断取得新成果,但在其他神经退行性疾病,如肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)、亨廷顿病(HD)的保护作用仍需更多研究证明。

  帕金森病(PD)以中脑黑质致密部多巴胺(DA)能神经元进行性变性丢失,嗜酸性路易小体(LB)形成为典型病理学改变。临床表现以静止性震颤、肌肉强直、运动迟缓和姿势平衡障碍等症状为主。众多研究表明,氧化应激、神经炎症、线粒体功能障碍等是导致PD主要发病机制。

  有关ATX对PD影响的研究显示,ATX可在体内、外广泛发挥抗氧化、抗炎症、抗凋亡作用,保护神经细胞。ATX能够恢复抗过氧化酶的活性、抑制活性氧的产生及炎性因子的释放,抑制MPP+诱导的氧化应激及炎症反应对PC12细胞的损伤;ATX还可调控Bcl-2/Bax比例,下调α-synuclein表达,抑制MPP+诱导的SH-SY5Y细胞损伤;ATX可通过抑制线粒体膜电位的降低以及p38MAPK、caspase-3/caspase-9的激活,抑制6-OH-DA对SH-SY5Y细胞中线粒体功能的损伤,通过线粒体抗凋亡机制保护神经元;有关MPTP诱导的帕金森小鼠模型研究结果表明,ATX可缓解小鼠发作PD的相关症状,并显著延长小鼠滚筒运动的潜伏期,还可减慢DA的代谢率,促进DA的释放,提示与ATX能够提高脑内抗氧化物质水平有关。

  虾青素可抑制阿尔茨海默症的神经元损伤

  阿尔茨海默症(AD)又称为老年痴呆症,其典型病理特征之一为海马组织区域内出现以β淀粉样蛋白酶(Aβ)为主要成分的淀粉样斑块,该斑块在脑内的异常增加和沉积可诱导氧化应激反应和炎症反应,导致神经细胞的退化和凋亡,患者主要表现为渐进性记忆减退和认知功能障碍,氧化应激和神经炎症是导致AD的重要机制。

  近年来研究证明,ATX可通过抗氧化、抗炎症、抗凋亡机制抑制AD的神经元损伤。研究显示,ATX能够抑制Aβ引起的SH-SY5Y细胞线粒体膜电位的降低、Bcl-2/Bax比例的降低以及细胞色素C的释放; ATX预处理SH-SY5Y细胞后,可以剂量依赖性抑制Aβ引起的JNKs及p38MAPK的激活,从而抑制细胞内OS的过度产生,减少氧化应激对神经细胞的损伤,ATX还可通过激活ERK1/2通路、Akt/GSK-3β通路,上调HO-1表达,抑制谷氨酸诱导的细胞损伤与凋亡。

  欧阳竞锋表示,一项对有轻度认知功能障碍的AD患者进行的60d短期草本复方(含雨生红球藻的萃取物)疗法试验表明,日常服用含虾青素的复方可显著改善该类患者的记忆功能障碍,且无严重的不良反应,但由于受复方中其他成分的干扰,该试验中虾青素的单一效应有待进一步研究。

  虾青素在治疗肌萎缩性脊髓侧索硬化症研究中取得新进展

  肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS) 是一种由运动神经元渐进性变性导致的神经系统疾病,主要表现为进行性痉挛、反射亢进、肌无力及肌萎缩,氧化应激是导致该疾病的重要因素。

  研究发现,ALS患者编码铜锌超氧化物歧化酶的基因发生突变,该酶是对抗自由基的关键酶,基因突变导致其合成障碍,机体对自由基的清除能力下降,从而发生氧化应激反应,损伤运动神经元。研究证实,虾青素能够通过抑制氧化应激反应,保护神经元,降低ALS患者运动神经元的损伤,但其具体作用机制仍需深入研究。

  虾青素在神经退行性疾病研究中不断取得新进展

  欧阳竞锋指出,神经退行性疾病发病机制的复杂,给治疗方法创新与新药研发增加了困难。近年来虾青素在神经退行性疾病中的研究不断取得新进展,其对神经细胞所发挥的抗氧化、抗炎症、抗凋亡作用在众多体内、外研究中得到充分验证,相关机制的研究也不断深入。然而,目前关于虾青素应用于临床疾病治疗的研究尚不充分,对临床帕金森病、阿尔茨海默症、肌萎缩侧索硬化症、亨廷顿病等神经退行性疾病的作用影响仍需大量研究。

  “虾青素对于神经细胞的保护具有巨大潜力,且对人体有很高的安全性。进一步探究其对神经细胞的保护机制及临床应用研究,有望为临床神经退行性疾病的治疗及新药研发提供新方向。”欧阳竞锋强调。

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