葛仙米主要生物活性成分和生物活性功能研究进展

魏芬芬 王文娟 贺青华 张波

摘要 葛仙米具有多种生物活性物质及活性功能，逐渐受到广泛的关注。目前对葛仙米的研究主要集中在葛仙米培养条件、活性物质提取方法的优化，以及少部分的活性功能研究。综述葛仙米中多糖、蛋白质、氨基酸等主要活性成分及抗氧化、抗癌、免疫调节以及调节脂代谢等活性功能，为葛仙米资源更好地开发和利用提供依据。

关键词 葛仙米;活性成分;活性功能

中图分类号 TS201.2文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）33-0008-04

球状念珠藻（Nostoc sphaeroides kützing），俗称葛仙米，属蓝藻门蓝藻纲念珠藻目念珠藻科念珠藻属。主要形状呈球细胞球形胶质状或者其他不规则形状，呈蓝绿色或者黄褐色[1-6]。葛仙米在世界范围内分布极少，我国葛仙米主要分布在湖北鹤峰县[7]。葛仙米在我国具有悠久的食用与药用历史，除了用作人们的餐桌美食[8]，还常用来治疗夜盲症、消化不良、烫伤等，是一种传统的药食两用蓝藻[1，9-10]。研究发现，葛仙米富含蛋白质、氨基酸、脂肪酸、多糖、维生素等多种营养成分[11]，且具有多种生物活性功能，如抗炎抗菌、抗氧化、抗癌和免疫调节的功能[12-14]，对人体有很好的保健功能[15]。该研究分析葛仙米的活性成分，并对其保健功能及其机理进行综述，以期对葛仙米在保健食品领域的开发和利用提供依据。

1 葛仙米的主要活性成分

葛仙米含有丰富的营养物质和活性成分，近年来的研究表明，葛仙米的主要活性成分有多糖、蛋白质、氨基酸、维生素和矿物质等[16-17]。汪兴平等[18]对湖北野生葛仙米和人工培养的葛仙米营养成分进行分析和比较（表1、表2）。结果表明，野生葛仙米蛋白质含量高达48.61%，共含有17种氨基酸，其中包含7种人类必需氨基酸，总含量为44.619%，除色氨酸（Trp）在处理过程中成分可能被破坏，只检测到其含微量外，其他必需氨基酸均较高。人工培养的葛仙米与野生葛仙米的营养成分相似。葛仙米富含多种维生素，如VB1、VB2、VC、VE、β-胡萝卜素含量丰富，其中抗坏血酸的含量与鲜枣含量相近，相当于山楂的5倍，柑橘的15倍[15，19-20]。Pereira等[21]试验证明，葛仙米胞外多糖干重的含量可达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，在抗炎抗菌中有广泛的应用前景[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

自由基是生物体活动过程中生物化学反应产生的中间产物，具有很高的反应活性，能够直接攻击机体，在分子、细胞和器官水平上给机体造成伤害[19，23]。研究表明，自由基与许多疾病都相关，如机体衰老、肿瘤、糖尿病等都是由于氧化损伤产生过多自由基导致的[24-25];而自由基可以导致食品和化工产品腐败变质，因此无论是在医学、食品还是化工行业，有关抗氧化剂和清除自由基的研究都广泛受到关注，在保健食品领域中，寻求具有抗氧化活性的天然物质尤为重要。

念珠藻的抗氧化活性一直是研究的热点[26]。有研究人员从葛仙米中分离出藻红蛋白和藻蓝蛋白，研究葛仙米藻红蛋白清除氧自由基的能力，结果表明，清除氧自由基的能力为：粗提物 >藻红蛋白 >藻蓝蛋白;葛仙米藻红蛋白清除氧自由基的能力为：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]。通过非脂质体系抗氧化试验、体外抗氧化试验研究葛仙米藻蓝蛋白的抗氧化能力。结果表明，葛仙米藻蓝蛋白对清除O2·-、·OH 自由基和H2O2具有较好的量效关系。在体外反应体系中，葛仙米藻蓝蛋白能显著地降低MDA生成和血、肝中过氧化物的含量（表3）。体外试验结果表明，葛仙米藻蓝蛋白对小鼠肝线粒体损伤具有保护作用，并能显著影响血浆的抗活性氧能力。Ninomiya等[3]对葛仙米、螺旋藻、蛋白核小球藻、盐生杜氏藻的保护β-胡萝卜素结构完整性能力进行探究，结果表明，在相同条件下，葛仙米组的β-胡萝卜素结构最为完整，葛仙米的抗氧化能力均强于其他3种藻类。Tang等[5]从葛仙米中分离出多糖，研究葛仙米多糖清除自由基和增强细胞抗氧化酶活性的能力，结果表明，葛仙米多糖能显著清除O2·-、·OH以及和DPPH。通过体外试验，葛仙米多糖能够显著增强HEK193细胞SOD、CAT、GPx活性，增强细胞的存活率。以上研究均表明，葛仙米对多种自由基具有良好的清除作用，也能够增强自身的氧化防御体系和抗氧化能力，但其在生物體内发挥抗氧化作用的机制和途径尚未有详细报道，可能是直接参与自由基的猝灭，还可能使通过调节机体自身抗氧化活性，具体机制还待进一步研究[31-33]。

2.2 葛仙米抗肿瘤和免疫调节活性研究

癌症仍然是造成全球死亡的主要病因和全球范围内最大的公共卫生问题，是威胁人类健康和生命的重大杀手[34]，肿瘤大部分是由于机体内细胞凋亡调控紊乱所导致的，自身免疫力低下也容易受到癌细胞攻击[4，12]。由于肿瘤细胞是由正常细胞分化而来，因此常用于治疗肿瘤的化学疗法缺乏选择性，在杀死肿瘤细胞的同时，对人体正常细胞也具有杀伤力，在治疗过程中患者会出现严重的毒副作用[34-35]。目前，对于大部分的抗癌药物，肿瘤都产生耐药性，治疗效果不甚理想。因此，开发出能够增强机体免疫力的功能食品或者是治疗效果好、副作用小的新型抗癌药品，具有重大意义。

葛仙米的抗癌作用一直是人们研究的热点。汤俊等[36]研究发现葛仙米能够显著诱导肝癌细胞HepG2凋亡。彭常安等[37]通过试验发现葛仙米多糖对人体结肠直肠癌细胞（HCT-116）具有显著的抑制作用。莫开菊等[38]发现葛仙米多糖能够抑制S180小鼠肿瘤细胞的生长，高、中、低剂量抑瘤率分别为64.08%、38.24% 和29.91%，能够抑制由肿瘤所致的小鼠细胞免疫能力下降（包括脾淋巴细胞转化能力、NK细胞活性和迟发型变态反应）。程超等[39]利用整体动物试验，研究葛仙米藻胆蛋白对免疫调节的作用，结果表明，葛仙米中的藻胆蛋白具有提高小鼠免疫功能的活性，能够提高巨噬细胞的吞噬率、T淋巴系统的增殖、NK细胞活性以及血清中白细胞介素（IL-2和IL-4）细胞因子水平。

总之，葛仙米抗肿瘤和免疫调节作用是一个复杂的过程，是葛仙米多种成分共同作用于机体，发挥协同作用的结果。综合近几年的研究，将葛仙米可能的抗癌活性和免疫调节活性总结为以下四点：

①调节或激活机体免疫系统。葛仙米通过增强免疫细胞活性，如巨噬细胞吞、NK细胞、淋巴细胞等，增强脾淋巴细胞转化能力，进而通过这些免疫细胞直接抑制或者是杀伤肿瘤细胞。此外，还可以通过调节细胞因子（如IL-2、IL-4和TNF-α等）的分泌進而调节免疫反应[40]。

②直接杀伤癌细胞。除了通过调节机体的免疫系统，葛仙米还能够直接杀伤肿瘤细胞，其主要机制是诱导癌细胞的凋亡。如抑制DNA聚合酶及转绿因子导致细胞功能缺陷而凋亡。

③抑制癌细胞的转移和增殖。葛仙米可以通过抑制细胞的核转录以及细胞增殖的相关通路，从而诱导癌细胞的凋亡、分化以及成熟，进而抑制癌细胞的转移和增殖。

④使致癌物失活，保护正常细胞。葛仙米通过发挥自身的抗氧化、抗辐射作用，减少由诱变剂导致的细胞损伤或是癌变，保护正常细胞不受攻击，抑制癌基因的活化（表4）。

安徽农业科学 2018年

2.3 葛仙米调节脂代谢活性研究

近年来，随着社会的发展以及人们生活水平的提高，我国脂代谢异常的发生表现出显著增加趋势，血脂水平普遍偏高，严重危害健康。脂代谢紊乱是引起动脉粥样硬化最重要、最危险的因素，其主要病症是高血脂症[41]。有关医学研究证实动脉粥样硬化能导致心血管疾病及其他动脉疾病，并引起较高死亡率，高脂血症的防治依然是当今的最迫切任务之一[42-43]。现代医学研究治疗血脂异常的药物也很多，但这些药物毒副作用大，长期服用容易造成肝肾损伤。因此，开发和研制出效果好、毒副作用小的、新型的预防或者是治疗血脂异常的药物具有重大意义。

葛仙米脂肪酸含量为8.11%，主要为中链脂肪酸，中链脂肪酸组成的三酰甘油酯能够抑制脂解作用，从而降低血浆中必需脂肪酸的需要量，减少胆固醇的合成，另外中链脂肪酸不经过淋巴，而是经由门脉血大量被肝脏截获，不会引起高脂血症[44-46]。关于葛仙米对脂代谢的调节作用，美国康涅狄格大学Ji-Young Lee教授团队一直在研究。Yang等[47]首先研究长期食用葛仙米对C57BL/6J小鼠脂代谢的影响，发现食用葛仙米半年的C57BL/6J小鼠，血浆总胆固醇（TC）和总甘油三酯（TG）水平显著低于对照组。之后，Ku等[48]通过体内、体外试验研究葛仙米以及葛仙米脂溶性提取物对脂代谢的调控作用，体内试验结果显示，葛仙米能够显著降低血浆中的TC和TG水平，但脂溶性提取物对血浆TC和TG无明显降低作用。葛仙米在降低血脂的同时，肝脏中SREPB2、3-羟基-3-甲基-辅酶A还原酶（HMGR）以及脂肪酸合成酶（FAS）表达增加。同时体外试验证明葛仙米的脂溶性提取物能够使HePG2细胞和原代小鼠肝细胞的SREBP2、HMGR以及FAS的蛋白水平显著降低。结合体内、体外试验结果分析可知，葛仙米降低血脂的作用主要可能是非脂溶性成分发挥作用，可能是一些粗纤维和植物甾醇等，而体外试验也佐证，肝脏中SREPB2、HMGR以及FAS的表达增强并非是由葛仙米所导致，相反，葛仙米的脂溶性提取物还能抑制肝细胞中SREPB2、HMGR以及FAS的表达。通过直接降低血浆中的风险因子TC、TG含量，增强肝脏代谢脂肪的能力，将脂肪代谢转移至肝脏，减少患动脉粥样硬化的风险。Rasmussen等[6]通过C57BL/6J小鼠研究葛仙米降脂的作用机制，结果表明，葛仙米之所以能够直接降低血浆中的TC、TG含量，主要是直接通过减少肠道对胆固醇的吸收和促进胆固醇的排泄发挥作用。Ku等[9]研究葛仙米对动脉粥样硬化发展的影响，利用载脂蛋白E基因敲除小鼠为试验模型，从血脂调节和炎症反应2个角度出发，葛仙米能够降低血脂，减轻炎症反应，抑制脂蛋白E基因敲除小鼠的动脉粥样硬化病变。以上研究表明，葛仙米的降脂活性非常优越，直接从肠道能减少对胆固醇的吸收和促进其排泄，未增加肝脏代谢负担，具有可以作为一种预防动脉粥样硬化安全有效的天然产物（表5）。

3 展望

可食用藻类的生物资源的开发与利用是当前食品、保健品和医药等领域的重要发展方向[49-50]，随着我国经济的发展及人民生活水平的提高，人们对食品有更高的追求，对绿色、健康食品的认识与重视也日益提高，期待能够有更多的天然生物源的功能食品问世[51]。拟球状念珠藻—葛仙米，我国一种传统的药食同源藻类，其多种生物活性功能（抗氧化、抗癌和免疫调节等）已经被证实[49]，受到广大学者、专家的重视，被认为是一种安全且有巨大潜力的功能食品和药品的原料。

目前，对于葛仙米的研究主要集中在少数的多糖及蛋白的提取和分离纯化，关于葛仙米其他成分的研究报道极少，对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极大的研究价值，有必要运用先进的技术与方法对其进行系统深入的研究，为葛仙米的开发与利用提供更多的依据。

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