微藻及其活性物质在免疫调节和抗病毒方面的研究进展

李晓楠，秦 松，葛保胜

（1.中国石油大学（华东）化学工程学院，青岛266580；2.中国科学院烟台海岸带研究所，烟台264003）

微藻是一类形态微小、结构简单的水生生物，遍布世界各地的河流、湖泊和海洋。尽管微藻在地球上历史悠久，但我国大规模培养微藻技术近几十年才发展起来。目前，我国主要有螺旋藻、小球藻、雨生红球藻、杜氏盐藻、裸藻等微藻品种被大规模养殖。不同种类微藻的共同特点是富含蛋白质、多糖、色素、维生素、活性多肽等成分，但每种微藻藻粉营养物质与组成成分具有明显的区别（表1），例如：螺旋藻藻粉、小球藻藻粉和盐藻藻粉富含蛋白质，其蛋白含量占藻粉干重的30%～70%，多糖类物质占10%～40%；而紫球藻藻粉和裸藻藻粉主要富含多糖类物质，其多糖含量占干重的30%～60%，蛋白质含量相对较少为10%～35%。在正常培养条件下，各种微藻藻粉中脂类物质含量均不高，为10%～20%。

表1 不同微藻藻粉主要成分Table 1 Main components of different microalgae powders

微藻中提取的活性物质主要有微藻色素、微藻蛋白和微藻多糖等，据报道微藻活性物质具有抗氧化、抗肿瘤、消炎、促免疫和抗病毒等多种功能［6］。微藻活性物质根据其藻种来源不同，具有不同的结构和组成。以微藻多糖为例：不同藻种来源的微藻多糖均含有葡萄糖，但螺旋藻多糖、小球藻多糖和盐藻多糖中的单糖种类要显著多于紫球藻多糖和裸藻多糖；在糖苷键类型方面也具有明显区别，螺旋藻多糖和小球藻多糖是α 型糖苷键，而紫球藻多糖、盐藻多糖、裸藻多糖以β型糖苷键为主；螺旋藻多糖、小球藻多糖、盐藻多糖和裸藻多糖上的修饰基团主要以硫酸化修饰为主，但硫酸化修饰水平可能具有一定的差异（表2）。尽管不同微藻多糖的结构与组成不同，但它们均显示出显著的增强机体免疫力和抑制病毒活性的功能。

表2 不同微藻多糖的结构与组成Table 2 Structure and composition of different microalgae polysaccharide

1 微藻及其活性物质的促免疫抗病毒研究进展

微藻被认为是一种良好的保健食品和药用资源。微藻藻粉是由微藻培养液经收获、洗涤，瞬时烘干制成的，保留了微藻的多种活性成分，具有良好的机体免疫调节功能［12］（表3）。在小鼠和人体实验中螺旋藻、小球藻、紫球藻等微藻藻粉均表现出良好的效果，其中每天补充少量小球藻藻粉可以显著增加人体唾液中的抗体数目，促进人体免疫力。多项细胞、动物实验或人体实验也证实微藻多糖，如螺旋藻多糖、小球藻多糖、盐藻多糖等，都具有良好的促免疫活性［13］（表3）。细胞实验显示小球藻多糖相对于其他多糖具有用量少、效果明显的特点，而裸藻多糖在人体实验中也显示出其良好的促免疫效果。除微藻多糖外，微藻中的色素，如雨生红球藻虾青素、盐藻β⁃胡萝卜素，均具有较强的抗氧化作用，同时可以通过增加免疫细胞数量、促进细胞因子释放等途径起到调节免疫的作用（表3）。雨生红球藻虾青素还可以抑制TNF⁃α、IL⁃6、IL⁃1β、IL⁃12 和IL⁃8 等多种促炎细胞因子的过度释放，从而避免由于免疫过激引起的“炎症风暴”［14］。雨生红球藻和盐藻被认为是虾青素、β⁃胡萝卜素最丰富的天然生产者，这极大地增加了雨生红球藻和盐藻的应用价值。微藻蛋白同样具有较高的营养价值和免疫调节活性，例如螺旋藻藻蓝蛋白可以促进免疫器官的发育，促进和激活淋巴细胞的增殖，增加抗体的释放量，调节细胞因子的释放量［15］（表3）。小球藻热水提取物（CGF）也具有激活淋巴细胞、增强吞噬细胞的吞噬能力，促进组织因子释放等功效。

微藻及其活性物质对某些病毒具有良好的抑制效果，在防止病毒感染方面具有很好的应用前景。微藻中的硫酸多糖，如螺旋藻多糖、小球藻多糖、紫球藻多糖等可以较好地抑制多种病毒的传染（表4），特别是紫球藻多糖具有细胞毒性低、对病毒抑制作用优于其他现有药物的优点，在新药物研发方面具有较好的应用前景［9］。微藻水提取物是通过多次离心浓缩和萃取从微藻中提取的具有良好营养价值的活性物质，如螺旋藻水提取物也同样对多种病毒具有抑制作用［16］（表4）。微藻中蛋白不仅可以调节免疫，还可以抑制病毒活性（表4），如藻蓝蛋白可以抑制病毒的复制，从而起到抵抗病毒侵害的作用［17］。

2 微藻及其活性物质促免疫抗病毒机理研究

除微藻在促免疫抗病毒方面的功效探索外，关于微藻促免疫和抗病毒机理方面的研究也越来越多。c⁃Jun氨基末端激酶（c⁃Jun N⁃termina kinase，JNK）家族是促分裂原活化蛋白激酶超家族的成员之一，JNK 的磷酸化可以促进TNF⁃α、IL⁃6、IL⁃1β、IL⁃12 和IL⁃8 等多种细胞因子以及NO 的产生和释放，在细胞增殖与分化、细胞凋亡、应激反应等多种细胞调控方面起着至关重要的作用，而微藻中多种活性物质都能影响JNK 的磷酸化从而起到调节免疫的作用。藻蓝蛋白可以使吞噬细胞NF⁃kB 和JNK 蛋白激活，从而上调IL⁃1、IL⁃6 等细胞因子含量，促进吞噬细胞的活性［15］。硫酸化的微藻多糖可以促进小鼠巨噬细胞NO的产生，使用多种激酶的抑制剂试验发现，只有JNK 抑制剂可以抑制微藻多糖引起的NO产生，证明微藻多糖通过JNK途径促进巨噬细胞NO 的产生［9］。雨生红球藻虾青素可以调控多种细胞因子的含量，在LPS 攻击小鼠巨噬细胞体外实验中发现，虾青素可以通过抑制ERK/p38／JNK 磷酸化，阻止LPS 刺激小鼠MAPK 和NF⁃κB 活化，从而抑制TNF⁃α、IL⁃6、IL⁃1β、IL⁃12 和IL⁃8 等多种细胞因子的过度释放［14］。除此之外，微藻活性物质也可以通过别的途径来起到调节免疫的作用。如微藻多糖可以通过促进转录增加多种细胞因子含量，通过使用逆转录聚合酶链测量免疫细胞因子mRNA 的诱导水平，结果显示微藻多糖可以显著增加白介素和肿瘤坏死因子的mRNA水平［3］。

表3 不同微藻及其活性物质促免疫研究Table 3 Effect of immune promotion of different microalgae and their extracts

表4 不同微藻及其活性物质的抗病毒研究Table 4 Antiviral effect of different microalgae and their extracts

病毒增殖周期包括吸附、穿入、脱壳、生物合成、组装等多种过程，而病毒吸附是感染的起始阶段。微藻多糖可以与病毒颗粒形成多糖⁃病毒复合物，从而抑制病毒和细胞受体的结合，防止病毒感染［9］。多种微藻多糖，如螺旋藻多糖、紫球藻多糖、盐藻多糖和小球藻多糖均可以抑制病毒复制的初始阶段，阻止病毒附着细胞表面，从而起到抑制病毒的作用。螺旋藻多糖可以抑制HSV⁃1的膜蛋白VP16向细胞递送，阻止病毒附着细胞［18］。盐生隐杆藻多糖和裸藻多糖可以通过增强小鼠自身的免疫力，从而起到抑制病毒感染的作用［19］。此外，使用螺旋藻提取物对豚鼠红细胞进行流感病毒血凝抑制实验，结果显示螺旋藻提取物可以中断流感病毒的病毒血凝反应，从而抑制病毒的附着和吸附［16］。然而目前关于微藻多糖的结构及硫酸化方面的研究还相对较少，关于微藻多糖抗病毒和促免疫的详细作用机制尚需进一步深入研究。

3 展望

大量研究表明，微藻不仅营养全面，而且其含有的微藻活性物质具有调节机体免疫和抗病毒等功能，或将成为人们补充营养、调节免疫和抗击病毒的有效手段。随着微藻培养技术和种质筛选方法的进步，微藻产品已从低端的藻粉生产阶段，慢慢过渡到高端微藻保健品和营养补充剂生产阶段。目前，部分微藻产品已能够逐渐满足食品和制药工业上的高要求。随着研究的深入开展，微藻及其活性物质在作为抵抗多种病毒侵害、促进人体免疫和治疗疾病的候选药物及保健品方面展现出良好的应用前景（图1）。

图1 微藻及其活性物质的应用前景图Figure 1 Application prospect map of microalgae and its active substances

微藻及其活性物质在大规模开发利用过程中存在一些急需解决的问题，如微藻提取物含量偏低、稳定性差，分离纯化步骤繁琐，提取率低等。此外，对于微藻及其活性物质的精细生产和应用而言，提取物纯度有待进一步提高，分子结构尚不确定，功效关系尚需进一步明确。最重要的是，如今我国微藻活性物质产品多为保健品，品种单一而在临床治疗方面的应用开发偏少。所以其增强免疫功能与抑制病毒的机制和分子基础尚需进一步研究。