微藻在医疗保健上的应用及研究开发现状

微藻在医疗保健上的应用及研究开发现状王巍巍中国医科大学药学院，沈阳（110001）E-mail：[e-mail]摘要：微藻对人体具有抗衰老、增强机体免疫功能、降血脂、防癌抗肿瘤和防贫血等营养保健作用。微藻广泛应用于多个领域，尤以螺旋藻和小球藻的开发最为成功。本文着重介绍了微藻中的各种药理活性物质及从微藻中提取的药用成分，并综述了微藻在医疗保健上的应用及研究开发新进展。关键词：微藻，药理活性物质，药用成分，保健，功能食品微藻(microalgae)是指在显微镜下才能辨别形态的微小藻类类群，个体微小，从几微米到几十微米不等，结构简单，为单细胞或单细胞群体，广泛分布于淡、海水中，绝大多数能营光自养。二战期间及战后，欧洲科学家研发微生物蛋白饲料，其代表之一是小球藻，为微藻营养价值的研发揭开了新篇章[1]。自本世纪60年代，科学家掀起了海洋药物研究的高潮。我国和日本、美国、英国等国家将微藻作为医药和食品原料,建立了许多微藻工厂。国内外的研究表明,微藻及其产品有增加人体免疫力、抗肿瘤、抗辐射和心血管系统的保健等作用,对疾病有预防和治疗功能。目前，现已进行大量培养的藻类有:小球藻属(Chlorella)、螺旋藻属(Spirulina)、杜氏藻属(Dunaliella)、栅列藻属(Scenedesmus)、尾丝藻属(Uronema)、眼虫藻属(Euglena)、颤藻属(Oscillatoria)、衣藻属(Chlamydomonas)等,其中不少是海洋藻种。微藻广泛应用于食品、饲料、精细化工原料、医药、航空航天等领域，在医药保健领域尤其以螺旋藻和小球藻的开发昀为成功。本文介绍微藻的药理活性物质和几种从微藻中提取的药用成分，并简介微藻保健与功能食品螺旋藻和小球藻。1.微藻中的药理活性物质1.1抗生素微藻所产生的抗生素大多未鉴定清楚，已知的有脂肪酸、其它有机酸、溴酚、酚类抑制剂、丹宁、类萜、多糖和其它碳水化合物及酚类[2]。Pratt等昀早从小球藻中分离出含小球藻素（Chlorellin）的脂肪酸混合物，有抗菌和自身毒性功能。此后Pesando证明硅藻（日本星杆藻）的二十碳五烯酸光氧化产物有很强的抗菌活性；Sieburth证明金藻植物褐胞藻合成的丙烯酸是抗菌化合物[3]。从腰鞭毛藻分离出的goniodomins也被证明对真菌Mortierellaramannianus和Candidaalbicans有抵抗作用[4]。此外，有关学者陆续从微藻中筛选出多种具有抗菌活性的种类，如蓝藻霍氏双歧藻中的蓝细菌(Cyanobacterin)、河口鞘丝藻中的2,5-二甲基十二酸、泉生软管藻中的一种吲哚生物碱、灰色念珠藻中的酚类化合物和极大螺旋藻的甾醇等[2]。1.2毒素微藻尤其是双鞭甲藻和蓝藻能产生各种毒素，可分为：麻痹性毒素（PSP）、痢疾性毒素、肉毒性毒素（CTX）、溶血性毒素[5]。这些毒素大多以对生物神经系统或心血管系统的高特异性作用为基础，因而，这些毒素及作用机制是开发神经系统或心血管系统药物的重要导向化合物和线索。如双鞭甲藻产生的石房蛤毒素(Saxitoxin,STX)，对研究神经钠通道非常有价值；从Hormothamnionentromorphoides提取的Hormotnamnione,具有细胞毒性,可抑制人原髓细胞白血病细胞株的生长；从水华鱼腥藻(Anabaenaflosaquae)产生的鱼腥藻毒素a(Anatoxina)是强烈的神经性毒素,能阻断神经肌肉接头的去极化[6]；双鞭毛藻（Gambierdiscustoxicus）产生的刺尾鱼毒素(maitotoxin,MTX)有收缩大动脉作用、强心作用及使培养神经细胞释放去甲肾上腺素等神经递质的作用[7]；从屋甲藻（Goniodomapseudogoniaulax）得到的一种毒素GoniodominA可显著激活骨骼肌和心室肌的肌球蛋白β-ATPase,该成分可作为研究肌动蛋白的构造和功能之间的相互关系的一种工具药[8]。从伪枝藻（Scytonemapesudohofmanni）中分离出的Scytophytin-A是强烈的细胞毒素和杀菌剂,对KB细胞昀低抑制浓度为1ng/mL,在浓度为10µg/mL时具有广谱的抗真菌作用[9]。Kobayashi等从珊瑚和海绵等生物中分离出共生的双鞭毛藻（Amphidiniumsp.），在实验室中大量繁殖培养后并从中分离出抗肿瘤活性成分Amphidinolide-A、B、C,并发现其对小白鼠白血病L1210细胞显示出强的活性,比目前广泛使用的抗癌药丝裂霉素强1400倍[10]。从海藻Laurenciaobtusa和L.venusta中发现了3种萜类化合物,其中之一对P338细胞的IC50为0.3ng/mL,显示出强烈的细胞毒性[11]。1.3心脑血管活性物质微藻中富含的多不饱和脂肪酸（Polyunsaturatedfatacids,PUFAs）具有多种药理作用，其中的二十二碳六烯酸(Docosahexaenoicacid,DHA)可用于预防和治疗高血脂所致的动脉粥样硬化、冠心病和舒张血管、抗血小板凝聚及抗血栓作用。紫球藻富含花生四烯酸，螺旋藻含有较多的亚油酸和亚麻酸；另外微藻中还富含胡萝卜素、类胡萝卜素，这些都是具有防治心脑血管疾病作用的活性物质[12]。1.4抗肿瘤、抗辐射、抗突变活性物质许久以前已发现巨大鞘丝藻的脂溶性提取物具有抗白血病活性。1981年Moor对蓝藻提取物的药理活性进行了检测，此后蓝藻逐渐成为抗癌药的重要来源。目前已从1000余种蓝藻中发现67个品系具有抗肿瘤活性，并鉴定出12种类型结构独特的化合物[13]。此外，甲藻前沟藻中的前沟藻内酯、小球藻和栅藻中的一种糖蛋白、一种海产衣藻Chlamydomonassp.中的L型天冬酰胺酶等都具有抗肿瘤活性[2]。另外，螺旋藻藻蓝蛋白具有较好的抗辐射作用，能提高粒单系组细胞(CFU-GM)的生成，明显提高正常小鼠血清的集落刺激活性[14]。螺旋藻多糖能显著增强辐射引起的DNA损伤的切除、修复作用和程序外DNA合成（UDS），还具有一定的抗突变功能[15]。1.5增强免疫力与抗艾滋病的活性物质螺旋藻多糖能全面调节机体免疫功能，增强机体的非特异性免疫、体液免疫和细胞免疫。还能消除或减轻环磷酰胺对机体免疫系统的抑制作用。藻蓝蛋白能明显增强小鼠脾淋巴细胞免疫活性[16]。在抗艾滋病活性物质筛选时发现，来自太平洋裂膜藻的一种硫酸多糖SAE是病毒逆转录酶的特异性抑制剂，不仅可抑制HIV的逆转录酶，而且对其它病毒的此种酶亦有抑制作用。另外，从蓝藻鞘丝藻提取分离的含硫糖脂能抑制HIV复制。硫脂的结构和生物活性已被化学合成与生物检测所证实[17]。2从微藻中提取的药用成分及其应用2.1藻胆蛋白（Phycobiliprotein）藻胆蛋白是一种水溶性蛋白，分为藻红蛋白（Phycoerythrin,PE）、藻蓝蛋白（Phycocyanin,PC）和别藻蓝蛋白（Allophycocyanin,A-PC）。其中藻蓝蛋白有时也被称为藻蓝素,主要存在于蓝藻细胞类囊体膜上。藻蓝蛋白是重要的光合作用天线色素,具有捕光作用(lightharvesting)，作为一种色素蛋白它安全无毒，是理想的光敏剂。实验证明藻蓝蛋白有良好的抑癌作用，可开发为光敏剂用于激光治疗癌症。国外已用于皮肤癌、乳腺癌光动态治疗，已获得美国食品医药局(FDA)的批准。藻蓝蛋白对骨髓造血也具有刺激作用，可用于临床辅助治疗各种血液疾病[18]。由于藻胆蛋白具有性质稳定、荧光量子产率高、背景干扰小、易于同生物素抗体和糖蛋白等大分子交联等特点，被制成荧光探针，在临床诊断、免疫学、细胞生物学、组织化学、分子生物学等方面可代替同位素和酶作标记物[19]。2.2微藻多糖（Polysaccharides）微藻多糖是广泛存在于微藻生物体的一种天然大分子物质。微藻多糖一方面具有抗肿瘤、抗病毒、抗辐射损伤、抗突变、抗衰老、抗凝血、降血脂及调节机体免疫应答反应等复杂而广泛的生物学作用。如螺旋藻多糖(SPS)能促进人肝胎细胞(HuH-6KK)的快速生长,对大规模细胞培养生产目的物有重要意义[20]；能全面调节增强机体的免疫能力,还能消除或减轻环磷酰胺对机体免疫系统的抑制作用；通过增强机体的免疫能力，对肿瘤有强烈的抑制作用,增强核酸内切酶活性和DNA修复合成,显著抑制移植性癌细胞；具有抗辐射作用。鼠尾藻多糖抑制氧自由基对不饱和脂肪酸的氧化作用[21]。嗜盐隐杆藻胞外多糖能显著提高由环磷酰胺所致的免疫低下反应[22]。马尾藻科羊栖菜多糖[23]对P388小鼠红细胞的免疫功能有促进作用。紫球藻多糖具有抗病毒活性[24]。另一方面，因微藻多糖在高温、脱水、冷冻等情况下具有独特的稳定性,如紫球藻多糖、红藻多糖具有胶体性能,且是热逆特性胶体，可用于医用生物制品的干燥和保存,如血液制品(血浆、血液球蛋白、转移因子等)、菌苗、疫苗、单克隆抗体、载药脂质体、抗血清等[25].2.3类胡萝卜素（Carotenoids）微藻的类胡萝卜素产品中,β-胡萝卜素和虾青素（Astaxanthin）昀令人关注。β-胡萝卜素是维生素A的前体物质，可用于维生素A缺乏症和光敏感患者的治疗。研究还证实β-胡萝卜素能抑制肿瘤转化，减少紫外光和化学肿瘤促进剂诱发的癌变；对自由基有很强的瘁灭作用，减少过氧化物对组织的损伤；促进吞噬细胞和淋巴细胞的功能，并可促进细胞释放一些抗肿瘤因子[26]。β-胡萝卜对眼睛白内障和黄斑变性病以及心血管病也有一定的防护作用[12]。由于微藻中的β-胡萝卜素为天然的立体异构混合型(以顺式结构为主),比合成的全反式在体内更容易被吸收。杜氏藻可大量积累β-胡萝卜素，含量可达干重的10%左右，为自然界中所有生物之首。目前,从盐生杜氏藻(Dunaliellasalina)中提取β-胡萝卜素已工厂化。虾青素具有很强的抗氧化功能，能清除体内由紫外线照射产生的自由基，调节和降低由光化学导致的伤害，对紫外线引起的皮肤癌有很好的治疗效果；虾青素的抗氧化功能高于其它类胡萝卜素，具有抑制生物膜被氧化的作用；虾青素还能显著地促进淋巴结抗体的产生，特别是与体内T细胞相关抗原的抗体产生[27]。2.4多不饱和脂肪酸（Polyunsaturatedfatacids,PUFEs）传统上工业鱼油是PUFEs的主要来源,但传统鱼油提取的PUFAs存在腥臭味,加工工艺复杂,产量较低,导致售价过高,且供应受季节和鱼产量的限制。相对来讲,海洋微藻是良好、可靠的替代资源。ω-3PUFEs与降低血脂及降低心脏疾病的发病率有着紧密的联系[28]，还可改善烧伤症状、减轻脓毒症病情，并具有抗衰老、改善老年人记忆以及在器官移植方面的作用等，可代替非甾体抗炎药治疗免疫异常疾病[29]。二十碳五烯酸(eicosapentaenoicacid,EPA)和二十二碳六烯酸(decosahexaenoicacid,DHA)可改善大脑记忆功能、维持正常视力、降血脂、抗血液凝集、抗炎、抗癌及免疫调节等[30，31]。3微藻保健或功能食品保健与功能食品是指在具备一般食品的营养和色香味特征的基础上，还具有对人体的体质、免疫力、代谢等有明显促进作用的食品。微藻作为食品开发已有几十年历史，随着对微藻营养保健价值的不断阐明，人们越来越重视微藻保健食品的研究开发。目前，研究开发得比较成功的是螺旋藻和小球藻。3.1螺旋藻开发利用研究现状螺旋藻属于蓝藻门,是一种古老的低等原核单细胞水生植物,又称蓝绿藻。世界上用于生产的主要有2种:钝顶螺旋藻（Spirulunaplatensis）和巨大螺旋藻(Spirulunamaxima)。螺旋藻的价值令世人瞩目，1974年，联合国世界粮食会议上，螺旋藻被公认为“超级保健品”。联合国