潘東進，李嘉英，梁莉芬，姚紹嫦，梁方方，唐振洲**

(1.廣西中醫(yī)藥大學海洋藥物研究院，廣西南寧 530200；2.廣西中醫(yī)藥大學藥學院，廣西南寧 530200)

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高以及生活方式的改變，肥胖已成為世界范圍內第一大流行性疾病。目前，由于肥胖問題的嚴重性和危害性，亟需開發(fā)新的降脂減肥藥物來有效防治。近年來，食物中的功能成分已成為肥胖預防和治療研究的熱點。一系列研究表明，巖藻黃素(Fucoxanthin)在防治肥胖方面具有顯著功效[1]，對胰島素抵抗[2-4]、癌癥[5-16]以及阿爾茲海默癥[17]等神經退行性疾病也具有抑制和改善作用。2017年的一項人體臨床試驗發(fā)現，巖藻黃素具有良好的減肥作用且安全性良好[1]，2020年被美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)授予食品補充劑新膳食成分。隨著研究的深入，將會進一步明確巖藻黃素的作用機制和靶點，促進巖藻黃素作為降脂減肥產品的研制與開發(fā)，加速臨床上的應用進程，使肥胖、糖尿病的治療進入一個全新的時代。

巖藻黃素，3′-乙酰氧基-6′,7′-二脫氫-5,6-環(huán)氧-5,5′,6,6′,7,8-六氫-3,5′-二羥基-8-氧代-β,β-胡蘿卜素，又稱褐藻素、巖藻黃質，分子式為C42H58O6，分子量為658.906，密度為1.09 g/cm3，熔點為166-168℃。巖藻黃素為粉末狀固體物質，不溶于水，易溶于乙醇、石油醚、正己烷、三氯甲烷等有機溶劑，在酸性、避光和低溫條件下比較穩(wěn)定，而在強堿、強光或高溫條件下都容易發(fā)生降解[18]。巖藻黃素的吸收峰位于450 nm，紅外光譜分別在3 388，1 721 cm-1處出現羥基和羰基的特征吸收峰。與β-胡蘿卜素和蝦青素等其他類胡蘿卜素相比，巖藻黃素的結構特征迥然不同，巖藻黃素結構中的丙二烯鍵和共軛雙鍵使其具有很強的猝滅自由基活性[18]。此外，多烯烴鏈、單環(huán)氧基、羰基和羥基使其極易被氧化和異構化[18](圖1)。巖藻黃素分布于眾多藻類[19-29](表1)。巖藻黃素在藻類細胞中發(fā)揮光捕獲和光傳遞作用，巖藻黃素-葉綠素a/c蛋白復合體[30]使藻類即使在弱光環(huán)境下也能夠順利進行光合作用。目前，天然巖藻黃素主要來源于海帶提取物，其含量約占海帶總色素量的60%以上。巖藻黃素的生物合成途徑仍未被完全闡明，合成途徑依次經過八氫番茄紅素合成酶(PSY)、八氫番茄紅素脫氫酶(PDS)、ζ-胡蘿卜素脫氫酶(ZDS)、類胡蘿卜素異構酶(CRTISO)和番茄紅素β環(huán)化酶(LCYb)等調控，但該合成途徑的最后一步仍然未知。由于巖藻黃素含量低、養(yǎng)殖成本高、提取工藝復雜，嚴重制約巖藻黃素生物合成產業(yè)的發(fā)展，造成巖藻黃素市場價格十分昂貴，生物合成產業(yè)鏈亟需尋求突破口。

圖1 巖藻黃素的化學結構

表1 天然巖藻黃素的主要來源

1 巖藻黃素的消化、吸收、轉運、代謝和安全性

巖藻黃素在胃腸道內被脂肪酶、膽固醇酯酶水解為巖藻黃醇，巖藻黃醇可通過淋巴系統(tǒng)進入血液循環(huán)運輸，少量巖藻黃醇在肝臟經脫氫/異構化轉化為Amarouciaxanthin A，巖藻黃醇和Amarouciaxanthin A通過異構化、脫氫、脫乙?；?、氧化和脫甲基等一系列反應，最終被分解[31-33]。也有研究認為，人和小鼠腸道吸收巖藻黃素后，由腸道細胞中的酶介導巖藻黃素酯化，酯化后的巖藻黃素被攜帶到包括皮膚在內的多種組織[34]。巖藻黃素作為疏水性化合物，一直被認為是通過簡單擴散的方式被腸上皮細胞吸收，巖藻黃素的正辛醇-水分配系數(logP)為11.4，親脂性高可能是其吸收有限的部分原因。影響巖藻黃素吸收速率的因素較多，包括飲食中脂質種類和攝入量，結合基質的穩(wěn)定性，以及其他膳食纖維等攝入物質[35-37]，將巖藻黃素與食用油或脂類結合食用，可提高巖藻黃素的吸收率[38]。由于脂溶性過高，口服巖藻黃素在人體內的生物利用度和穩(wěn)定性較低[35-37]。但巖藻黃素和巖藻黃醇仍比蝦青素等其他葉黃素類的利用度要高[39]，用阿拉伯膠和γ-環(huán)糊精乳化巖藻黃素可以提高其穩(wěn)定性和生物利用度[40]。

巖藻黃素在人體內主要被代謝為巖藻黃醇、Amarouciaxanthin A和巖藻糖黃素[31-33]，其代謝物被認為是在體內發(fā)揮生理功能的主要活性形式。攝入巖藻黃素24 h，其代謝物巖藻黃醇在小鼠肝臟中經短鏈脫氫酶或還原酶作用進一步轉化為Amarouciaxanthin A[39]，然后被迅速轉運至其他組織。在大鼠肝臟中，巖藻黃素的主要代謝物也為Amarouciaxanthin A[31]。巖藻黃素、巖藻黃醇、Amarouciaxanthin A在小鼠脂肪組織中的比例分別為13%、32%和55%，在其他組織(肝、肺、腎、心、脾)中占的百分比分別為1%-11%、63%-76%和20%-26%，這表明Amarouciaxanthin A主要儲存在腹部白色脂肪組織，而巖藻黃醇可進入血流并儲存在紅細胞、肝、肺、腎、心、脾和脂肪組織中，且主要積累在小鼠肝臟和心臟[39](圖2)。

圖2 巖藻黃素的吸收和代謝[31,32,38]

巖藻黃素對大鼠和小鼠的肝、脾、腎和性腺等均無明顯損害。Kadekaru等[41]用裙帶菜中巖藻黃素(純度>95%)給模型大鼠連續(xù)灌胃28 d，未觀察到大鼠有明顯的毒性癥狀。Beppu等[42]給ICR小鼠口服巖藻黃素(純度93%)持續(xù)30 d，單次給藥劑量為1 000或2 000 mg/kg，重復給藥劑量為500或1 000 mg/kg，受試鼠均未發(fā)生死亡或出現明顯的外觀異常；組織學觀察顯示，肝、腎、脾和性腺組織細胞也無異常變化。Iio等[43]研究發(fā)現，含巖藻黃素的角刺藻油提取物的半數致死量(LD50)大于2 000 mg/kg。巖藻黃素及其代謝物不具有體外致癌、致畸、致突變性[44]，500-2 000 mg/kg不會引起實驗小鼠畸形[45]等副作用，可用于制備濃縮食品添加劑。

2 巖藻黃素降脂作用機理

巖藻黃素能耦合亞油酸，使肥胖大鼠的體重、腹內脂肪含量、甘油三脂(TG)、血糖和瘦素水平顯著降低[46-48]。Hosokawa等[49]發(fā)現，巖藻黃素能夠緩和Ⅱ型糖尿病動物模型KK-Ay小鼠的肥胖癥，體重抑制率可達12.5%。Woo等[50]發(fā)現，巖藻黃素可顯著抑制高脂飼養(yǎng)的C57BL/6N小鼠體重，抑制率達20%。另外，巖藻黃素還能促進脂類排泄，調控過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)基因表達，干擾肝脂肪代謝酶的活性[50]，降低脂肪在小鼠肝組織中的異位沉積。2017年，日本東方職業(yè)健康協(xié)會東京分會上野檢測中心一項人體臨床研究發(fā)現，巖藻黃素對肥胖人群具有良好的減肥作用，可改善輕微肥胖人群的體重[1]。目前的研究發(fā)現，巖藻黃素可以抑制脂肪細胞分化,誘導白色脂肪細胞棕色化,調節(jié)線粒體生物發(fā)生和功能運作,調節(jié)膽固醇代謝[51,52]。

2.1 巖藻黃素抑制脂肪細胞的分化

脂肪細胞分化及其調控網絡與肥胖、胰島素抵抗的關系是當前研究的熱點，抑制脂肪細胞分化可以達到預防或治療肥胖的目的。脂肪細胞分化過程涉及多轉錄因子的調控，起正向調控作用的轉錄因子主要有CCAAT/增強子結合蛋白(C/EBPs)、PPARs等；負調控轉錄因子主要有脂肪細胞定性和分化因子1 (ADD1)，又稱固醇調節(jié)元件結合蛋白1-c (SREBP1-c)[53-56](圖3)。

圖3 脂肪細胞分化和棕色化誘導調控網絡及巖藻黃素的作用機制[54,64,65]

巖藻黃素及巖藻黃醇均可通過抑制過氧化物酶體增殖物激活受體γ (PPARγ)的表達，實現抑制脂肪細胞分化，半最大效應濃度(EC50)均小于5 μmol/L。巖藻黃素及其在白色脂肪組織中的優(yōu)勢代謝物均有降脂作用，其代謝物Amarouciaxanthin A也可抑制3T3-L1細胞的分化[57,58]。巖藻黃素及其代謝物還可抑制3-磷酸甘油醛脫氫酶的活性并抑制脂滴融合，從而起到減肥效果[59-61]。

也有研究認為，巖藻黃素是PPARγ激活劑，可作為配體激活PPARγ和下游基因解耦聯(lián)蛋白1 (UCP1)等的表達，能激活白色脂肪細胞棕色化并提高產熱代謝能力，如巖藻黃素可作為PPARγ完全激活劑，增強分化后3T3-L1細胞中PPARγ下游靶基因的表達[62]。巖藻黃素在3T3-L1細胞分化早期、中期和晚期具有不同的效應，即在3T3-L1細胞分化的不同時期添加巖藻黃素，其抑制脂質積累和抗肥胖效應會截然不同。Kang等[63]將3T3-L1前脂肪細胞分化分為早期(0-2 d)、中期(2-4 d)以及晚期(4 d以后) 3個階段，在分化的早期階段，巖藻黃素上調PPARγ、固醇調節(jié)元件結合蛋白-1(SREBP-1)和CCAAT/增強子結合蛋白α (C/EBPα)表達，促進3T3-L1細胞分化及甘油三酯的積累；在分化中、晚期階段，巖藻黃素抑制PPARγ和C/EBPα的表達。

2.2 巖藻黃素誘導白色脂肪細胞棕色化

白色脂肪細胞棕色化可促進能量消耗并限制體重增長，受PR結構域蛋白16 (PRDM16)、過氧化物酶體增殖激活受體-γ輔激活因子-1α (PGC-1α)等眾多因素調控[66]，這些調控因素對于探索機體能量代謝紊亂相關的肥胖、糖尿病等代謝綜合征有重要意義。UCP1在褐色脂肪組織中特異性表達，是調節(jié)產熱代謝的關鍵分子，利用UCP1使脂肪酸和葡萄糖氧化分解產生的能量以產熱的形式消耗，可以促進甘油三酯的分解和利用[67,68]，抑制脂肪的過度積累，使大鼠和小鼠腹內脂肪重量顯著降低[69]，從而改善肥胖[4,68,69]。PPARγ是UCP1表達的一個重要調節(jié)元件，白色脂肪棕色化及UCP1的表達必須依賴PPARγ的完全激動劑[66,70]。激活PPARγ可以誘導棕色脂肪特異基因的表達，促進棕色化過程[71]。巖藻黃素是PPARγ的完全激動劑之一，可增強PPARγ下游靶基因C/EBPα、PLIN、HSL、GLUT4等的表達[62]。Woo等[72]發(fā)現，膳食巖藻黃素對PPARγ的調節(jié)[60]可刺激白色脂肪組織中線粒體內膜UCP1的表達，從而誘導白色脂肪細胞棕色化[31,65]，提高有氧呼吸速率，促進線粒體再生。此外，Maeda等[4]研究表明，巖藻黃素可促進肥胖模型小鼠白色脂肪組織(WAT)中β3-腎上腺素受體Adrb3的mRNA表達，而Adrb3被認為是調節(jié)脂肪分解和產熱的重要原因。

與小鼠和大鼠實驗結果不同的是，0.1 μmol/L巖藻黃素及巖藻黃醇對人原代脂肪細胞沒有誘導棕色化效應，巖藻黃素和巖藻黃醇對人體脂肪細胞耗氧率和UCP1、CPT-1β、GLUT4等 mRNA表達均無影響，以及對PGC-1α、過氧化物酶體增殖物激活受體α (PPARα)、PPARγ、丙酮酸脫氫酶激酶4 (PDK4)、脂肪酸合成酶(FAS)及脂解酶的基因表達也無顯著影響(P>0.05)[5]。

2.3 巖藻黃素調節(jié)線粒體的生物發(fā)生和功能

肥胖是脂肪酸β氧化功能異常導致甘油三酯過度積累的結果，線粒體是脂肪酸β氧化的主要場所，其數量和功能調節(jié)是當前肥胖研究的新熱點。巖藻黃素可猝滅氧自由基，避免生物膜的過氧化損傷，抑制肝勻漿液及線粒體中丙二醛的生成和脂質過氧化，緩解肝線粒體腫脹[2]。此外，巖藻黃素還可以增強線粒體的生物合成[73]。Jang等[74]研究發(fā)現，巖藻黃素可有效阻斷花生四烯酸聯(lián)合鐵處理引起的細胞死亡、凋亡相關蛋白procaspase-3和多聚(ADP-核糖)聚合酶表達改變、線粒體功能障礙等病理改變。Wu等[75]研究發(fā)現，巖藻黃素能顯著上調皮下腹股溝白色脂肪和附睪白色脂肪中線粒體融合蛋白MFN1、MFN2、視神經萎縮相關蛋白OPA1的表達，而對線粒體分裂蛋白FIS1的表達沒有影響。Kang等[76]研究證實，巖藻黃素使高脂膳食小鼠附睪組織中腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)和乙酰輔酶A羧化酶(ACC)磷酸化水平下降得到改善，激活了AMPK信號通路。

2.4 巖藻黃素調節(jié)膽固醇代謝

巖藻黃素在一定濃度下具有顯著的降血脂功效。Jeon等[68]研究發(fā)現，海藻中的巖藻黃素不僅能夠降低C57BL/6J小鼠體重和甘油三酯水平，還會使血液總膽固醇水平降低[77]。巖藻黃素(80-320 mg/kg)會使ICR雄性小鼠血漿及肝臟總膽固醇、甘油三酯及丙二醛含量顯著降低，增加血清中高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平、肝臟谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)和超氧化物歧化酶(SOD)活力，其中160 mg/kg巖藻黃素效果最顯著，80 mg/kg巖藻黃素效果次之[78]。但也有報道稱，巖藻黃素單次給藥和重復給藥處理均會使ICR小鼠血漿膽固醇濃度升高。給小鼠口服巖藻黃素的劑量(500和1 000 mg/kg)遠高于大鼠，但總膽固醇濃度增加的程度與大鼠實驗結果相當，甚至是更高劑量的巖藻黃素，總膽固醇水平最多增長2倍。大鼠口服含0.1%的角黃素或蝦青素，血清總膽固醇水平可以增加至1.8倍和1.3倍，表明部分類胡蘿卜素可能會增加血清總膽固醇水平，促進膽固醇的循環(huán)再利用。也有研究發(fā)現，大鼠每天口服50 mg/kg巖藻黃素持續(xù)28 d和小鼠口服1 000 mg/kg巖藻黃素30 d，所檢測的血漿、血液中的總膽固醇水平和高密度脂蛋白水平均升高[42,43]。由以上結果可知，80-320 mg/kg低劑量巖藻黃素會使大、小鼠肝臟和血清總膽固醇含量均下降，但500和1 000 mg/kg高劑量巖藻黃素會增加大、小鼠血漿膽固醇水平，推測可能的原因是高劑量巖藻黃素作用于膽固醇代謝的某些環(huán)節(jié)，如促進膽固醇的釋放和循環(huán)利用，促進高密度脂蛋白膽固醇合成等，從而導致總膽固醇水平不降反升。然而，關于巖藻黃素是否在更高劑量下增加大、小鼠體內高密度脂蛋白膽固醇水平仍需要進一步評估。

實時逆轉錄聚合酶鏈反應(RT-PCR)和蛋白免疫印跡(Western blot)驗證結果表明，巖藻黃素可通過上調ICR小鼠肝臟固醇調節(jié)元件結合蛋白2(SREBP2)的表達，使其與羥甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMG-CoA)相結合，從而抑制肝臟膽固醇的合成，同時也伴隨著肝臟中HMG-CoA還原酶蛋白表達下調；通過抑制膽固醇?；D移酶(ACAT)的表達進而抑制肝臟膽固醇的吸收；通過上調Cyp7a1基因的表達促進膽固醇轉化為膽汁酸排出體外，刺激肝臟生成二十二碳六烯酸(DHA)，且DHA可以幫助降低膽固醇水平[79]。此外，巖藻黃素可上調低密度脂蛋白受體(LDLR)蛋白的表達，促使低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)快速代謝，防止動脈粥樣硬化[78,80]。

3 其他方面的應用及作用機制

巖藻黃素在其他方面應用廣泛。在血糖調節(jié)方面，Maeda等[69]研究發(fā)現，巖藻黃素可減少腹內脂肪重量進而減輕肥胖，通過抑制腫瘤壞死因子表達以及降低KK-Ay小鼠血糖和血漿胰島素的濃度，有效調節(jié)血糖水平。此外，巖藻黃素還能改善外圍組織的胰島素抗性，有效防止和改善Ⅱ型糖尿病。Maeda等[4]和Park等[81]研究發(fā)現，巖藻黃素可顯著降低飲食誘導的肥胖鼠中空腹血糖濃度、血漿胰島素水平及胰島素抵抗指數。Woo等[50]研究發(fā)現，巖藻黃素可使高脂飼養(yǎng)C57BL/6N小鼠中的血糖水平、血紅蛋白(A1C)和血漿胰島素濃度顯著降低，而血漿中胰高血糖素濃度無明顯變化。Nishikawa等[82]發(fā)現，巖藻黃素能降低糖尿病KK-Ay小鼠的血糖水平，上調骨骼肌中葡萄糖轉運蛋白-4 (GLUT4)和胰島素受體IR的表達以及蛋白激酶B (Akt)的磷酸化水平，因此認為巖藻黃素是通過刺激胰島素信號通路促進GLUT4表達而降低血糖含量。在成熟脂肪細胞中，巖藻黃素還可以通過抑制胰島素受體底物1 (IRS-1)的磷酸化來抑制葡萄糖的攝取。此外，巖藻黃素在降糖、抗腫瘤、抗炎癥等方面也表現出明顯活性[83,84](表2)。

表2 巖藻黃素在其他方面的應用及其作用機制

4 展望

多項研究結果表明，巖藻黃素及其衍生物對肥胖、胰島素抵抗、糖尿病等代謝綜合征疾病具有明顯的防治效果。目前，巖藻黃素的生物活性和作用機制研究主要集中在降脂方面，如誘導白色脂肪細胞棕色化、抑制脂肪細胞分化、調節(jié)線粒體再生功能以及調節(jié)膽固醇代謝等。雖然有研究證實巖藻黃素可以影響PPARγ和UCP1的表達和活性，但其直接作用靶點還需進一步驗證。另外，巖藻黃素代謝產物巖藻黃醇具有更高的生物活性，研究巖藻黃素的代謝化學對闡明巖藻黃素的降脂作用機制具有重要意義。隨著巖藻黃素作用機理研究的深入和生物利用度的提高，其在醫(yī)療保健方面有廣泛的應用前景。

目前，國際市場上巖藻黃素商品多為褐藻粗提物的單方和復方制劑形式，主要用作食品添加劑、保健品及化妝品，而國內尚未有合法流通的產品出現。因此，加快巖藻黃素生物合成研究(包括結構修飾與改造)，降低生產成本，提高生物利用度，可為開發(fā)出活性顯著、結構新穎、生物利用度更高的新型抗肥胖藥物提供科學依據和保障，同時也可推動巖藻黃素的高值化開發(fā)利用。