虾青素（astaxanthin，3.3-dihydroxy-3，B-carotene-4.4-dione）是一种天然的C40叶黄素类胡萝卜素，外观呈红色，属于酮类物质。自然界中最初是由多种细菌、藻类和红酵母发酵产生的次生代谢物，经生物链的传递使得虾、蟹等甲壳类动物等鱼类甚至于某些鸟类的体内也富含虾青素，主要以脂肪酸酯的形式存在。其中最常见的来源莫过于雨生红球藻，而且是目前唯一被批准用于人类食用的天然虾青素来源。而人类自身是无法合成虾青素的，只能通过食用海产品或由此而生产的商业化产品来补充虾青素。
虾青素的分子式是C40H52O4，其特殊性在于结构中含有两个β-紫罗兰酮环，它们位于结构的两端，中间通过多个共轭双键连接在一起，正是由于此种双键的存在使得虾青素呈现红色外观。由于两端的羟基具有旋光性，导致虾青素有3S-3'S、3R-3'S和3R-3R3种同分异构体类型，其中3S-3'S和3R-3'R是自然界天然存在的两种类型。正是因为多烯链占据极高的化学构架比例，使得虾青素具有极其强大的自由基淬灭和抗氧化功能，是迄今为止发现的最强抗氧化剂。其中3S-3'S类型的抗氧化能力相当于维生素E的550～1000倍、其他抗氧化剂（α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、叶黄素和番茄红素）的10倍，被认为是“超级维生素E”。天然的虾青素不溶于水，是脂溶性物质，易于渗透细胞膜并保持膜结构的完整性，可穿透毛细血管到达身体的各个部位发挥作用，例如能够轻松地穿越血-脑脊液屏障，并在中枢神经系统疾病的治疗中发挥重要作。而相关领域的研究者们通过应用多种方法及工艺构建了关于虾青素的不同剂型，如应用高压均质法等制备虾青素纳米乳液、应用非离子乳化剂形成虾青素纳米分散体等，从而优化虾青素的溶解性质，以提高其稳定性。3S-3'S亚型虾青素的分子结构和3D模型详见图1和图2。
图1 3S-3'S亚型虾青素的分子结构图
图2 3S-3'S亚型虾青素的3D模型示意图
虾青素被生物体摄入以后,与胆汁酸混合,在肠道中形成胶束，此胶束部分被肠道黏膜上皮吸收,之后并入乳糜微粒中经由淋巴循环被运输至肝脏代谢,经降解、储存、再分泌后被运送到身体各部位的组织中。人体对于类胡萝卜素的生物利用度低且可变,范围为初始剂量的10% ~ 50%，这是由于虾青素的脂溶性使得它在胃肠道中的溶解度或分散度低,影响了肠上皮细胞对其的吸收,最终以乳糜微粒的形式分泌到淋巴中。而与脂质膳食一同服用时,生物利用度则会提高,故可通过加入脂质成分或将其溶解在油相的食物基质中来促进虾青素的人体吸收率。
天然的虾青素是安全的,多项研究已经证实了化学合成的虾青素在动物和人体组织、器官内积累时无毒性不良反应，且无遗传毒性，急性毒性分级属于无毒级。学者进行了雨生红球藻虾青素对于妊娠小鼠的急性毒性、遗传毒性、代谢分布以及重复性给药的实验研究，发现天然虾青素主要分布在肝脏,不会对妊娠小鼠染色体及有丝分裂器造成损害，整个实验过程中小鼠的行为活动、组织器官、生化参数、体重等均未发生异常改变。研究表明,化学合成虾青素在皮肤健康、眼睛健康、心血管健康、神经系统健康、免疫反应等相关的人体试验研究中均显示出积极作用,且未被阐述有任何不良反应。
虾青素在皮肤生物学中有着多种功能,具有抗炎、减少皱纹产生、美白祛斑、强效抗氧化作用、抗热应激活性、抑制皮肤肿瘤形成等功效,现已被广泛应用于皮肤保护。此外,还可抗高血压、抗高血糖、抗肥胖、抗癌,在心血管疾病、消化道疾病、内分泌疾病、老年痴呆、阿尔茨海默病和帕金森等神经退行性疾病以及青光眼、白内障和葡萄膜炎等眼病等多种疾病类型中均发挥重要的作用，甚至在男性不育方面也具有一定的功效。
目前,虾青素的外服安全性已经得到了许多国家的认可并在食品、保健品、化妆品、畜牧业乃至生物医药领域都有了一些成熟的应用。市场上的化妆品主要宣扬以虾青素的抗氧化、抗皱功效，很多品牌添加了天然虾青素作为其超强抗氧化剂的成分。
多项研究表明，虾青素在皮肤病学、创面修复领域具有多种健康益处和重要的营养保健作用。已有多项研究揭示了虾青素对皮肤创面愈合的相关机制，证明它是加速创面愈合的有效化合物,虾青素局部应用于小鼠全层手术伤口，在第3天即有明显的收缩，并在第9天完全闭合，而对照组小鼠的伤口仅显示出部分上皮形成。虾青素通过减轻氧化应激诱导的炎症和线粒体相关的细胞凋亡来防止大鼠早期烧伤进展等等。
研究表明，虾青素对肝纤维化、非酒精性脂肪肝、肝癌、药物和缺血诱导的肝损伤等多种肝病具有重要的防治作用,其机制与抗氧化和抗炎活性以及调节多种信号通路有关，其中肝纤维化的主要靶细胞为肝星状细胞。Shen等[ 23研究表明,虾青素可以降低核因子KB(nuclear factor-KB,NF-KB)和转化生长因子-B(transforming growth factor-B1,TGF-β1)的表达,同时维持基质金属蛋白酶2(matrix metallopeptidase 2,MMP2)和组织金属蛋白酶抑制剂1 (tissue inhibitor of metalloproteinase- 1,TIMP1)之间的平衡来抑制肝星状细胞的活化和细胞外基质的形成,以此来减轻肝纤维化。研究发现,虾青素通过下调TGF-β1/Smad3的表达抑制肝星状细胞的活化和肝纤维化。学者开展的体外和体内研究表明,虾青素可减弱高脂饮食和游离脂肪酸诱导的肝脏脂质累积及其相关的氧化应激、细胞凋亡、炎症和纤维化。Otal 25开展的研究也表明,虾青素可以抑制炎症,减轻氧化应激,改善非酒精性脂肪性肝病,从而抑制肝纤维化的形成。
此外，研究还表明除了对肝纤维化外，对肺纤维化、心肌纤维化等都有应用。
天然生物活性化合物相关的研究越来越受到广大研究者们的关注。虾青素因自身具有独特的分子结构造就了其强大的生物活性,如抗炎、强效抗氧化、抗热应激活性、抗肿瘤等,且化学合成的虾青素在生物体内无累积毒性和遗传毒性。众多优势使得虾青素在目前已经发现的几种天然类胡萝卜素中脱颖而出,且被认为是能够保护细胞、脂质和膜脂蛋白免受氧化损伤的最佳类胡萝卜素之一。
虾青素在人类健康事业研究中成为一大热门, 研究者们已在皮肤美容、创面愈合、心血管疾病、消化道疾病、内分泌疾病、神经退行性疾病和眼病等方面研究了其效用价值。本文总结了虾青素在肝脏、肺脏、心肌和肾脏纤维化以及其他系统(血管平滑肌、腹膜、皮肤等)纤维化方面的作用，了解到其抗纤维化的机制主要与抑制成纤维细胞的增殖和迁移或者与抑制肌成纤维细胞的活化或促进其凋亡相关。此外,亦离不开其强大的抗氧化应激和抗炎作用。因此,作为绿色健康的生物活性化合物之一,虾青素在抗纤维化领域中的前途是光明的。
目前,天然虾青素已被制成胶囊、片剂、粉剂、颗粒、乳液、糖浆、油、软凝胶、乳膏、生物质、能量饮料等剂型销售于各行各业,涉猎食品、医疗、保健、畜牧业以及化妆品等领域。鉴于虾青素强大的生物学功能,我们预想它可能是预防和共同治疗多系统疾病的最有希望的候选者,相信未来会有更多研究者研制出最佳的虾青素递送系统来增加人体的最大生物利用度,并发掘虾青素的其他潜在应用价值。
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