由于天然蝦青素（AXT）的安全性、獨特結(jié)構(gòu)和特殊功能，以及其在人類健康和多種行業(yè)潛在的應(yīng)用，全球市場對其需求正在迅速增長。目前，雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis，又名H. lacustris）被認(rèn)為是天然AXT的最佳規(guī)模化生產(chǎn)者之一。然而，該行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展面臨兩個主要挑戰(zhàn)：蝦青素生產(chǎn)工藝高度依賴高光條件，導(dǎo)致其可規(guī)模化生產(chǎn)的區(qū)域有限；AXT的低產(chǎn)量特性，以及其復(fù)雜、耗時的上游生物質(zhì)培養(yǎng)和下游提取過程導(dǎo)致的高生產(chǎn)成本。因此，迫切需要制定新的策略來提高雨生紅球藻AXT的產(chǎn)量，以滿足工業(yè)需求，使其商業(yè)化成本更高。盡管，目前篩選優(yōu)秀的目標(biāo)菌株、優(yōu)化培養(yǎng)條件以獲得高生物產(chǎn)量、闡明AXT的生物合成途徑、開發(fā)高含量AXT的有效誘導(dǎo)劑等策略已被應(yīng)用，但仍有一些未解決和容易被忽視的問題。
本文的總結(jié)歸納如下：
1. 研究問題: 本文旨在探討蝦青素（ATX）在高脂飲食（HFD）誘導(dǎo)的小鼠脂肪肝和氧化應(yīng)激中的作用及其機制。
2. 研究難點: 肥胖及其相關(guān)代謝疾病是全球范圍內(nèi)常見的健康問題，現(xiàn)有的抗肥胖藥物存在副作用和耐受性問題，因此尋找天然、安全的替代品具有重要意義。
3. 相關(guān)工作: 現(xiàn)有研究表明，蝦青素作為一種天然的抗氧化劑，具有抗炎、抗代謝紊亂等作用，但其對肝臟脂質(zhì)代謝和腸道菌群的調(diào)節(jié)作用尚不明確。
研究方法
本文通過動物實驗研究了蝦青素對高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的肝臟脂質(zhì)代謝和氧化應(yīng)激的影響。具體方法如下：
1. 動物模型: 選用48只雄性C57BL/6小鼠，隨機分為正常飲食組（ND）、溶劑對照組和高脂飲食組（HFD），并在高脂飲食組中進(jìn)一步分為三個亞組，分別給予0.25%、0.5%和0.75%的蝦青素處理。
2. 給藥方式: 所有小鼠在適應(yīng)期后進(jìn)行為期9周的灌胃處理，每日一次。
3. 生理指標(biāo)檢測: 記錄小鼠的體重、攝食量和器官重量，測定血清中的甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）、高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平及肝功能酶活性。
4. 組織病理學(xué)檢查: 通過蘇木精-伊紅（H&E）染色、油紅O染色和TUNEL凋亡檢測等方法評估肝臟和附睪脂肪組織的病理變化。
5. 分子生物學(xué)分析: 采用定量聚合酶鏈反應(yīng)（qPCR）和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析肝臟基因表達(dá)，利用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS/MS）進(jìn)行脂質(zhì)組學(xué)分析，并通過16S rRNA測序分析腸道菌群多樣性。
實驗設(shè)計
1. 動物分組: 小鼠被隨機分為六組，每組八只，分別為正常飲食組（ND）、溶劑對照組、高脂飲食組（HFD）及三個不同劑量的蝦青素處理組（HFD+0.25% ATX、HFD+0.5% ATX、HFD+0.75% ATX）。
2. 飼料組成: 正常飲食組喂食標(biāo)準(zhǔn)嚙齒動物飼料，高脂飲食組喂食高脂飼料，蝦青素通過玉米油溶解后灌胃給藥。
3. 樣本收集: 在實驗結(jié)束時，收集小鼠的血液、肝臟、心臟、脾臟、腎臟和脂肪組織，并進(jìn)行相應(yīng)的生化分析和組織病理學(xué)檢查。
4. 數(shù)據(jù)分析: 使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用Duncan多重范圍檢驗。
結(jié)果與分析
1. 體重和攝食量: 高脂飲食組小鼠體重顯著增加，而蝦青素處理組體重增加較少，且高劑量蝦青素效果更明顯。各組小鼠的能量攝入無顯著差異。
2. 肝臟重量和脂肪沉積: 高脂飲食組小鼠肝臟重量和脂肪沉積顯著增加，蝦青素處理組肝臟重量和脂肪沉積顯著減少，尤其是0.75%蝦青素組。
3. 血清脂質(zhì)和肝功能: 高脂飲食組小鼠血清TG、TC和LDL-C水平顯著升高，HDL-C水平降低；蝦青素處理組血清脂質(zhì)水平顯著改善，尤其是0.75%蝦青素組。
4. 抗氧化指標(biāo): 高脂飲食組小鼠肝臟ROS和MDA水平顯著升高，抗氧化酶活性顯著降低；蝦青素處理組ROS和MDA水平顯著降低，抗氧化酶活性顯著提高。
5. 肝臟病理學(xué)變化: 高脂飲食組小鼠肝臟出現(xiàn)典型的脂肪變性、炎癥細(xì)胞浸潤和氣球樣變；蝦青素處理組肝臟病理學(xué)變化顯著改善，尤其是0.75%蝦青素組。
6. 腸道菌群變化: 高脂飲食組小鼠腸道菌群多樣性降低，蝦青素處理組腸道菌群多樣性顯著提高，尤其是0.75%蝦青素組。蝦青素顯著抑制了肥胖相關(guān)菌群（如Parabacteroides和Desulfovibrio）的生長，促進(jìn)了有益菌群（如Allobaculum和Akkermansia）的生長。
總體結(jié)論
本文研究表明，蝦青素通過調(diào)節(jié)腸肝軸，顯著改善高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠脂肪肝和氧化應(yīng)激。蝦青素不僅降低了體重和脂肪沉積，還改善了血清脂質(zhì)水平和肝功能，增強了抗氧化能力，并調(diào)節(jié)了腸道菌群結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)為蝦青素在預(yù)防肥胖及相關(guān)代謝疾病中的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。
Biotechnology Advances (IF=12.1) 2025-1-10
中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所 崔紅利&秦松 課題組
原文及鏈接：Advancements of astaxanthin production in?Haematococcus pluvialis: Update insight and way forward
