●直接抗氧化作用

虾青素的抗氧化活性在许多CVD相关的细胞培养模型中得到了研究如内皮细胞、巨噬细胞和T细胞等。培养人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVECs) 的过程中，加入天然虾青素能显著降低活性氧(reactive oxygen spies, ROS) 诱导的脂质过氧化，同时其抗氧化酶活性也得到了提高。在另一研究中, HUVECs暴露于过氧化氢后，其线粒体膜分子损伤、ROS水平升高。在10μmol/L的天然虾青素处理下，其细胞死亡率和ROS水平降低,线粒体膜电位升高, Caspase-3和p53的表达下调。另外,学者用10μmo/L的虾青素处理人巨噬细胞样U397细胞24h后，能在一定程度上缓解过氧化氢诱导的细胞毒性，同时此研究发现虾青素本身对这种细胞并无毒性。同一研究组的后续实验发现，U397细胞在经过虾青素(10umol/L)预处理1h后，不仅降低了脂多诱导的超氧化物生成，也保持了细胞内抗氧化酶的活性。

虾青素的抗氧化能力在动物实验中得到了进一步证明。对大鼠进行7 d的合成虾青素衍生物(琥珀酸二钠虾青素,分别占饲料的0.1%和0.4%)干预后，可促进其全身抗氧化作用，主要表现为9-HETE (花生四烯酸的异构体氧化产物)和9-HODE (亚油酸来源的氧化产物)的剂量依赖性降低。低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)的氧化被认为对动脉粥样硬化和CVD的发生和发展有着特别重要的作用。雄性糖尿病大鼠经口灌胃虾青素42d后，其主动脉环的丙二醛水平(作为脂质过氧化的标志)降低, LDL氧化程度减少30%左右。

基于以上，虾青素的抗氧化作用也在人体实验中研究过。总结2000年至2011年期间发表的健康受试者口服虾青素的评估结果。总体而言,对于不患有潜在疾病的健康人群,有证据表明虾青素能减少脂肪酸和LDL的氧化。其次,对于易患动脉粥样硬化和CVD的人,干预研究表明部分人群给予虾青素会表现出相对低水平的氧化应激。如在一项对超重和肥胖成人进行的随机双盲试验中,摄入虾青素(5mg/d或20mg/d)3周后，其血中的脂质过氧化指标(丙二醛和异前列腺素)水平显著降低,血浆超氧化物歧化酶水平和总抗氧化水平显著提高。研究人员让106例健康受试者服用虾青素软胶囊90d后，其丙二醛水平明显下降、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化酶的活性明显升高。然而，给予年轻、健康的足球运动员90d天然虾青素(4mg/d)干预后，他们的总抗氧化水平与原先相比并没有变化,但促氧化/抗氧化平衡反而减弱。其次, 学者对58例肾移植受者进行了为期1年的天然虾青素干预(12mg/d)，血浆指标虽清楚显示虾青素被吸收进血液,但实验结果表明其对氧化应激并无明显效应。

●间接抗氧化作用

近年来，对氧磷酶1 (paraoxonase 1, PON 1)的抗氧化活性及其与CVD的关系越来越受到重视。研究发现PON 1能够保护脂蛋白免受氧化修饰,也有观察表明PON 1水平低的人群患心血管疾病的风险增加。目前的细胞实验结果表明，20μmol/L 的高浓度合成虾青素能通过诱导PON 1来增强细胞的抗氧化能力。另一边，在高胆固醇血症兔子的饲料中添加虾青素(50-500 mg/100 g饲料)时，可阻止它们的PON 1活性下降。健康受试者干预天然虾青素后，其PON 1活性变得更高,这表明虾青素可能通过调节该酶的活性发挥其效应。另外，最近的综述表明Nrf 2-ARE信号通路对CVD有重要意义。在细胞实验中,虾青素激活Nrf 2-ARE信号通路的能力具有争议，且激活能力(如果有)相对较弱。动物实验中，大鼠口服虾青素25mg/kg bw能增加Nrf2及其下游靶点HO-1的表达。

●不同构型虾青素的抗氧化活性

近年来，国内外研究者对于不同几何构型虾青素的抗氧化活性开展了一些研究。学者利用大鼠微粒体模型以及人神经母细胞瘤SH-SY5Y等多种模型,比较了全E型、9Z型和13乙型虾青素的抗氧化能力，结论得出9Z型的抗氧化能力最强。研究发现13Z型虾青素的总抗氧化能力指数和细胞抗氧化能力皆高于全E型和9Z型虾青素,而9Z型虾青素清除DPPH(1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基的能力更强。其次也有文献表明9Z型虾青素清除自由基能力最强，13Z型虾青素清除超氧阴离子的能力更优。观察到9Z型虾青素在体外清除ABTS自由基能力、总抗氧化能力指数及保护秀丽线虫氧化应激损伤方面，都显著优于13Z型虾青素和全E型虾青素。总结可见，目前的研究结果还存在一定的争议， 但能够得出Z型虾青素的抗氧化能力高于全E型虾青素,且9Z型虾青素清除自由基的能力较优。

相对而言，关于不同立体异构体虾青素的抗氧化活性研究则较少。比较左旋、右旋、内消旋虾青素的抗氧化能力，结果得出右旋虾青素清除DPPH自由基的能力最强，左旋虾青素对DHA的抑制作用最强，而内消旋虾青素的抗氧化能力则最弱(P<0.05)。通过亚油酸模型、大鼠肝线粒体模型和红细胞模型探讨左旋、右旋和混合型虾青素的抗氧化能力，得出以下结论: (1)在抗亚油酸脂质过氧化、抑制蛋白质羰基及抑制过氧化氢诱导的红细胞溶血的能力上:左旋=右旋>混合型虾青素；(2)在抗线粒体肿胀、抑制丙二醛生成及保护过氧化氢作用下红细胞膜内谷胱甘肽的能力上:左旋>右旋>混合型虾青素。基于以上两个研究结果推出，左旋虾青素的抗氧化活性相对更强。

●抗炎作用

慢性炎症是动脉粥样硬化的一个标志，多种免疫介质(如趋化因子和脂质)和炎症信号通路(MAPK、PI3K、JAK/STAT和NFKB) 已发现是CVD的靶点。

在体外，虾青素已被证明可以减少多种细胞内的炎症标志物，包括大鼠肺泡巨噬细胞、U937细胞、THP- 1细胞和HUVECs等。在所有研究下，虾青素抗炎活性主要归因于其减少活性自由基的作用。同时,与CVD相关的不同动物实验(小鼠、大鼠、鸡和狗也提供了更多的证据表明虾青素能够减轻炎症负荷。学者在糖尿病大鼠的饲料中添加0.01%或0.05%虾青素,发现12周后大鼠血清中白介素6、肿瘤坏死因子-a、单核细胞趋化蛋白-1、血管性血友病因子水平显著降低。学者通过饮食诱导动物发生非酒精性脂肪性肝炎,发现灌胃给予其天然虾青素(20mg/kgbw,来自雨生红球藻)可减轻其肝脏炎症反应。

相关研究对慢性炎症小鼠灌胃给予虾青素酯60 d后(20.15 mg/kg bw和60.45 mg/kg bw)，能有效降低小鼠血清中促炎因子包括游离脂肪酸、白介素6、白介素1β和C反应蛋白等的含量,同时显著提高炎症抑制因子脂联素和白介素10水平。与体外研究的结果相似，大多数动物实验都显示氧化应激和炎症程度的共同减轻。所以生化指标的改善和细胞变化是虾青素的独立抗炎效应，还是在一定程 度是其抗氧化的结果(降低脂质过氧化)还需要进一步研究。临床研究中,年轻健康女性补充天然虾青素(2 mg/d或8 mg/d,来自雨生红球藻) 8周后，其C反应蛋白水平(常用来确定CVD疾病风险的炎症标志物)较低,免疫细胞反应和细胞因子状态改善,且虾青素2mg/d剂量组的效果优于8 mg/d剂量组。而天然虾青素对肾移植患者的血浆C反应蛋白水平无明显影响。

此外,也有研究探讨不同构型虾青素的抗炎活性,但结果还存在争议。观察到左旋虾青素干预组的小鼠腹腔巨噬细胞吞噬活性最强，其次是右旋虾青素,内消旋虾青素最弱;其次，他们也发现全E型虾青素干预组的巨噬细胞吞噬能力强于9Z和13Z型虾青素，而后两者的能力相当。有研究指出，人肠上皮细胞暴露于过氧化氢产生炎症反应,经过虾青素干预后，Z型虾青素组对细胞内促炎因子白介素8的抑制作用高于E型虾青素组。

●降血压作用

虾青素在常用大鼠模型中皆显示出可重复且显著的降压效果。研究发现虾青素灌胃14 d后能明显降低自发性高血压(SHR)大鼠的血压，而对照组Wistar Kyoto大鼠的血压无明显改变。其后续研究表明代谢综合征大鼠(SHR/NDmcr-cp模型)补充喂养50 mg/kg bw虾青素18周后其血压明显降低。另外有研究灌胃给予SHR大鼠75 mg/kg bw和200 mg/kg bw虾青素8周后，大鼠的收缩压也皆有明显降低。而Preusse等在雄性SD大鼠饲料中分别添加虾青素25、50、100 mg/kg 8个月后，仅100 mg/kg组大鼠的血压较对照组明显降低,其余2组并无明显差异。研究者认为一氧化氮和氧化应激的相关机制是虾青素抗高血压作用的机制,可能是因为虾青素能增强一氧化氮, 从而诱导大鼠主动脉血管扩张；进一步有研究证实虾青素能降低冠状动脉血管壁腔的比值,减少主动脉弹性蛋白的增加，从而降低血压。在人体实验中,虾青素不管是对健康受试者(2 mg/d,天然虾青素)还是易患心血管疾病的患者1(对肾移植受者进行，12 mg/d天然虾青素,为期12个月)皆没有良好的改善血压效果。但以上2个试验中的试验对象血压皆在正常范围内，要探讨虾青素对人体的抗高血压作用，还需要更多良好设计过的大规模干预实验。

●预防动脉粥样硬化及其他CVD

虾青素应用的最终目标是减少动脉粥样硬化和CVD的发生。目前仅有动物实验探讨虾青素预防CVD的能力(如中风严重程度及心肌梗死的面积大小)，相关的人体实验数据缺乏。从动物实验的研究结果来看，虾青素能在一定程度上减少动脉粥样硬化和CVD的发生,具体数据见表2。

表2 虾青素与动脉粥样硬化及其他CVD疾病相关的动物研究结果

虾青素在实验动物和人体内的组织分布、吸收情况和毒性作用已被充分研究,证实其是一种生物利用率良好且安全的生物活性物质。除了优越的抗氧化能力外,虾青素可通过改善炎症、血脂和糖代谢等作用来预防或治疗CVD。而目前的阳性结果在体外实验条件下充分,在实验动物中较多。但临床实验,特别是针对健康受试者的研究,其数量欠缺且改善疾病的效果不明显。因此,在确定机制的基础研究之上，研究者们需要进行更广泛严谨的流行病学和临床研究来进一步证实虾青素的有益效应。另外，衰老也是导致CVD的危险因素之一,后续研究也可从衰老的相关机制来探讨虾青素对CVD的防治作用。同时，仍需要设计良好的实验来识别天然和合成虾青素的构成及活性特征，为虾青素在保健食品领域的应用提供重要理论依据。