雨生红球藻研究论文

微藻的药用、保健价值及研究开发现状(综述)江 红 霞 ， 郑 怡（福建师范大学生物工程学院，福建 福州 350007）摘要：本文综述微藻中的各种药理活性物质及已投入市场的微藻产品的药用、保健价值，以及微藻保健与功能食品的研究开发现状。关键词：微藻；药理活性物质；保健与功能食品中图分类号：; 文献标识码：A 文章编号：1009-7791(2003)01-0068-05地球上有三万多种不同的微藻，分布在淡水和海洋里，在各种土壤（包括酷暑和寒冷的荒芜环境）里也都有微藻存在。长期以来，人们仅仅是把微藻作为鱼、虾、贝类幼体或成体的直接或间接的活饵料。近几十年来，人们逐渐注重微藻生物活性物质的研究和开发。微藻中存在着丰富的、结构独特的生物活性物质，其中有许多具有药理活性，在医药和保健品的开发应用方面具有巨大的潜力。当前，微藻及微藻产品在医药工业中的应用正逐步受到人们的重视。1 微藻中的药理活性物质及其功效 抗生素抗生素是对微藻、细菌、真菌、病毒或原虫具有毒性的有机体天然产生的抗微生物化合物，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。Pratt等是最早从微藻中分离出抗生素的研究者，他们从小球藻中分离得到含小球藻素（Chlorellin）的脂肪酸混合物，具有抗细菌和自身毒性的功能；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。随后有关学者又陆续从微藻中筛选出多种具有抗菌活性的种类，其中一些有效成分已鉴定出来，如蓝藻霍氏双歧藻中的蓝细菌素(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，都是有效的抗生物质。 毒素微藻所产生的毒素，可通过鱼、虾、蟹、贝类引起动物和人类产生麻痹性、痢疾性、肉毒性和溶血性中毒，因而可将这些毒素分为：（1）麻痹性毒素（PSP），这种毒素是由甲藻门涡鞭毛藻类的数种膝沟藻和蓝藻门的水华束丝藻产生的，其中之一为石房蛤毒素，可阻止神经、肌肉产生兴奋活动；（2）痢疾性毒素，这种毒素是由倒卵型鳍藻中某些藻类产生的，故亦称倒卵型鳍藻毒素（DTX），该化合物使中毒者产生腹泻、呕吐、吐气、腹痛之症状，也称为“腹泻性贝中毒”；（3）肉毒性毒素（CTX），它是由鞭毛藻（Gambierdiscus toxiclls）产生的。该毒素作用于交感神经纤维，能提高细胞膜对Na+ 的通透性；（4）溶血性毒素，这种毒素是小定鞭金藻产生的，具有极强的溶血性，其中卡盾氏属的Chattonella产生的速毒素（BTX）又称神经性毒素，也有溶血作用。微藻所产生的毒素大多是以对生物神经系统或心血管系统的高特异性作用为基础的，因之，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，其在医学及生理学上的应用正在研究之中。 心脑血管活性物质微藻中富含的多不饱和脂肪酸（EFA）具有多种药理作用，其中的DHA(C22：6，Docosahexaenoic acid)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，而螺旋藻则含有较多的亚油酸和亚麻酸；另外微藻中所富含的胡萝卜素、类胡萝卜素都具有一定的预防和治疗心脑血管疾病的作用。 抗肿瘤、抗辐射、抗突变活性物质从海藻和微藻筛选抗肿瘤物质是从1977年开始的，蓝藻是有效的抗癌药的重要来源。许久以前已经发现巨大鞘丝藻的脂溶性提取物具有抗白血病活性。早在1981年Moor就对蓝藻提取物的药理活性进行检测。到目前为止，已从1000余种蓝藻中发现67个品系的蓝藻具有抗肿瘤活性，并鉴定出12种类型结构独特的化合物。另外，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（Chlamydomonas sp.）中的L型天冬酰胺酶等都具有抗肿瘤活性。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，能明显提高正常小鼠血清的集落刺激活性。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。 增强免疫力与抗艾滋病的活性物质研究表明，螺旋藻多糖能全面调节机体免疫功能，能增强机体的非特异性免疫、体液免疫和细胞免疫。同时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(C-PC)能明显增强小鼠脾淋巴细胞免疫活性。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，已被NCL（美国国立癌症研究所）批准作临床前的药理、毒理研究。硫脂的结构和生物活性已被化学合成与生物检测所证实。2 几种微藻产品的药用、保健价值由于微藻含有多种药理活性物质，人们已从微藻中开发提取出多种具有用和保健价值的成分。以下介绍几种已开发成产品进入市场的具有药用和保健价值的微藻产品。 藻胆蛋白藻胆蛋白是一种水溶性蛋白，分为藻红蛋白（PE）、藻蓝蛋白（PC）和别藻蓝蛋白（A-PC）三大类。目前研究发现，藻蓝蛋白具有一定的医疗价值，能促进免疫系统提高抵抗各种疾病的能力，同时，螺旋藻藻蓝蛋白对一些癌细胞也有抑制作用；Morcos等和蔡心涵等的研究证明藻蓝蛋白有光敏作用和良好的抑癌作用；张成武提出藻蓝蛋白对骨髓造血具有刺激作用，可用于临床辅助治疗各种血液疾病。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，作为新一代的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。藻胆蛋白具有相当广阔的潜在市场，国外许多公司已投资开发藻胆蛋白，产品出售价达 $100/mg以上。 β–胡萝卜素杜氏藻在一定条件下可大量积累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。β-胡萝卜素不仅仅是维生素A的前体物质，大量实验还证明，β-胡萝卜素有很强的抑制肿瘤转化的作用，可减少紫外光和化学肿瘤促进剂诱发的癌变。β-胡萝卜素对自由基有很强的瘁灭作用，这一作用可减少过氧化物对组织的损伤。β-胡萝卜素可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。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。从盐生杜氏藻中提取的β-胡萝卜素是具有高价值的商业化产品，澳大利亚、美国、以色列都有许多厂家生产β-胡萝卜素，售价高达 $600/kg。 虾青素（简称ASTA又名超级维生素E）ASTA虾青素属于类胡萝卜素，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（超级维生素E）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（超级维生素E）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。ASTA虾青素用途广泛，其产量远远低于市场需求量，价格为 $300/kg。雨生红球藻在特定条件下可累积占干重1%以上的虾青素，为该色素的天然资源。 多不饱和脂肪酸利用微藻培养生产多不饱和脂肪酸的研究始于20世纪80年代初，多不饱和脂肪酸对人体具有比较重要的生理与保健功能。ω-3多不饱和脂肪酸与降低血脂及降低心脏疾病的发病率有着紧密的联系，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。其中DHA具有以下几方面的生理功能：（1）预防和治疗心血管疾病，哺乳动物体内的DHA主要用于合成前列腺素，其功能是减少前列凝素A2，增加前列环素的含量，降低血管阻力，减低血液粘稠度，降低血小板凝集与粘着功能；（2）预防和治疗癌症，日本学者实验发现，在喂食不同性质的脂肪后，将致癌物注射于老鼠身上，食用DHA的老鼠患乳癌、大肠癌、肺癌的发生率均很低，因此推断，DHA与癌症的预防和治疗有关；（3）调节中枢神经系统功能，DHA主要存在于大脑灰质中，是人脑中ω-3多不饱和脂肪酸的重要成分，大脑中DHA含量的降低可导致学习、记忆能力减退；（4）对视觉系统的调节作用，DHA是视网膜组织的重要组成成分，如果视网膜中DHA含量下降，可导致视网膜电图失常。尽管鱼油是EPA和DHA的主要来源，但稳定的鱼油供应受到限制且质量不稳定，养殖的微藻则是此类脂肪酸比较可靠的来源。目前市场上DHA售价达 $140/g，EPA高达 $2000/g。3 微藻保健与功能食品及其研究开发现状当今，健康已成为食品开发的主题，目前食品研究的热点和发展趋势已集中在了对保健与功能食品的研究和开发上。所谓保健与功能食品，指在具备一般食品的营养和色香味特性的基础上，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。目前，研究开发得比较成功的是螺旋藻和小球藻食品，螺旋藻、小球藻等食用微藻含有丰富的蛋白质、各种维生素、生物多糖、多不饱和脂肪酸、叶绿素、类胡萝卜素及矿物质等，故具有优异的营养保健功能。螺旋藻具有防癌、抑癌、增强机体免疫力、抗衰老的作用，同时对治疗高血压及胃和十二指肠溃疡、降低胆固醇、避免粥样硬化、以及对贫血、肝炎、糖尿病等等也有明显的功效。小球藻也对胃溃疡、外伤、贫血、肝炎、糖尿病、婴儿营养不良、精神病、癌症等具有一定的疗效，同时还具有活化皮肤细胞，加速其新陈代谢，延缓细胞衰老的功效。在日本、美国，螺旋藻和小球藻在保健食品市场中占据举足轻重的地位。我国在20世纪60年代曾出现大养小球藻的热潮。近几年来，以螺旋藻为主的微藻食品在3000多种保健食品中占有一定地位。微藻保健与功能食品形式多样，以下介绍两种保健性能较好，市场销量较大的产品形式。 微藻保健片及胶囊微藻保健片（或胶囊）能高度保持藻体的营养成分与生物活性成分，故一直在微藻保健食品市场稳居主导地位。20世纪70年代，日本、美国和欧洲国家首先研制成小球藻、螺旋藻和杜氏藻片剂（或胶囊）型保健食品，并已实现规模生产与销售。我国云南施普瑞螺旋藻胶囊是国内目前唯一获得药品级称号的微藻保健药品。此外，微藻保健品还有广东的奇珍螺旋藻片，明兴护康宝螺旋藻片等。 微藻精（营养液）研究证明，小球藻细胞内含有一种称为绿藻精的生物活性成分，可提高机体免疫力，对人体有保健功能。螺旋藻细胞及其热水浸提液也有强身健体、减肥、健美、防病治病等功效。目前，国际上以日本生产的强力绿藻精和蜂蜜绿藻精销量较大。在国内，中国科学院武汉植物所与武汉制药厂联合研制生产了螺旋藻口服液，华南理工大学与广东茂源进出口公司联合研制成螺旋藻保健营养液。4 展望微藻所含有的独特的药理活性物质使得微藻具有多种药用和保健性能，利用微藻进行新药及保健与功能食品的研制和开发具有很大的潜力。在医药研制和开发方面，Pulz认为蓝藻最有前途，它具有免疫促进、抗新生质或胞质稳定效应，一些微藻的天然产物，如Scytophycin有可能作为药品上市；微藻还具有生长快、周期长、可塑性强等特点，易于大量繁殖。但微藻资源的开发需解决几个问题：（1）成本问题。降低成本就必须使藻生物量从仅限于保健品市场发展成大宗商品，使之在价格上具有竞争力；（2）培养问题。有必要进一步开发合适的反应器，如具有抗污染、易保持纯藻培养、控温好、细胞密度高、从而保证高产出的密闭系统；（3）藻种改良问题。要使藻生物技术在经济上有活力，需要选育出能满足多种用途、适用于多种培养环境的藻株，以及使用更多种类的微藻。随着藻类生物活性物质研究的生物技术逐步走向成熟，相信不久的将来，从微藻中提取活性产物将成为现代医药和保健食品工业的支柱。