中兴大学生医工程研究所王惠民教授团队：以生物合成虾青素对抗氧化损伤及黑色素癌的机制及其应用

中兴大学生医工程研究所王惠民教授发表过多篇虾青素研究论文于Bioresource technology、Food and Chemical Toxicology、Oxidative Medicine and Cellular Longevity、International journal of molecular sciences、Engineering in Life Sciences、Engineering in Life Sciences等期刊。最近在Oxidative Medicine and Cellular Longevity发表文章“ A Novel Oral Astaxanthin Nanoemulsion from Haematococcus pluvialis Induces Apoptosis in Lung Metastatic Melanoma”。该文章探讨以奈米乳滴技术包覆虾青素，以提高其安定性帮助提升生物利用率，进一步达成抑制恶性转移型黑色素瘤的作用。中兴大学的硕士生黄星毓为此文第一作者，中兴大学的王惠民教授为通讯作者。

背景介绍

人类皮肤在内源性（自然老化、基因损伤）或外源性（化学性、光毒性）受损的状况下会产生大量的活性氧化物质（reactive oxygen species，ROS），造成氧化压力上升，其过程涉及DNA受损、发炎反应、抗氧化酵素的减少以及基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的大量增生，这些均会导致皮肤真皮层中的胶原蛋白流失以及弹性蛋白降解。氧化压力在人类皮肤衰老和损伤中起着至关重要的作用，故如何降低ROS的生成是非常重要的议题。研究团队在这个议题上有过许多的研究，开发了多种具抗氧化功效的天然萃取物，其中，天然物来源的虾青素即是研究成果之一。虾青素的结构特殊，中间主链为亲油性的结构可镶嵌在细胞膜磷脂质双层中，亲水性的酚基苯酮环则可贴附在细胞膜内层与外层并吸收自由基未配对的电子，有效减少自由基活性。我们利用此一特性，发现富含虾青素的天然萃取物可以有效促进皮肤伤口修复，尤其是受到紫外光或化学诱导的自由基伤害。

虾青素在黑色素癌细胞凋亡过程中，使得癌细胞缩小，DNA被核酸内切酶降解成180 bp-200 bp片段的有层次之断裂；细致来说，虾青素激发DNA损伤的肿瘤抑制基因如p53，而P53能继续刺激Bcl-2蛋白质家族中于细胞凋亡前起作用的成员表达（Bax、Bad蛋白等等）。如此一来就导致粒线体内外膜间的相对应物质释放，如细胞色素C和Smac/DIABLO等，它们都是作用于细胞凋亡前期的重要生化分子。细胞色素C和细胞质中的Apaf-1以及Pro-caspase 9共同组成所谓的凋亡体，接着引发联级反应，促进癌细胞死亡。虾青素除能藉由作为抗氧化剂抑制氧化压力造成的损伤来减少DNA突变以及致癌作用外，也发现了促进细胞间通讯为主的分子机转；由于人类肿瘤中缺乏通过间隙连接的细胞间通讯，如果恢复细胞间隙往往会降低肿瘤细胞的增生，虾青素会上调连接蛋白43基因（connexin-43），令连接蛋白43蛋白的增加，导致间隙连接通讯的发生，进而抑制癌细胞的增生。与其他类胡萝卜素如角黄素和β-胡萝卜素相比，虾青素显示出显著的抗肿瘤活性。

研究结果

本研究中，使用D-α-生育酚聚乙二醇琥珀酸酯（TPGS）作为表面活性剂，有助于提升奈米乳液的稳定性，我们还使用了天然的食用油来配制和稳定的包埋虾青素的O/W奈米乳液。所制备出的奈米乳液很稳定，对热处理不会产生油滴聚集，并且在一定范围的pH值（pH 2-8）下也不会使奈米乳液的尺寸上升。甚至在高浓度（氯化钠 500 mM）下也非常稳定。

在模拟肠胃液的实验中，虾青素奈米乳液的生物可利用度也很高，且在模拟肠液中能够释放出高达80％的虾青素。 虾青素、花生油和TPGS乳液不仅对正常细胞（ Human foreskin fibroblast cells ） 无毒性，也能安全的口服给药，甚至可以提高水溶性，稳定虾青素释放。为了探讨虾青素奈米乳液的抗氧化能力，我们用佛波醇 12- 肉荳蔻酸酯 13- 乙酸酯（ PMA ）处理 Human foreskin fibroblast cells 以增加细胞中的氧化压力，再将虾青素奈米乳液透过流式细胞术以剂量依赖性方式成功降低 ROS 含量。

为了进一步研究体内实验，我们将染荧光的黑色素瘤细胞（B16F10细胞）注射到雌性C57BL/6小鼠的尾静脉中，使其类似人类癌细胞转移至肺部情况；然后我们透过口服管喂小鼠药物组并进行治疗。可以观察出虾青素奈米乳液有效抑制恶性转移型黑色素瘤的发展，西方点墨法来证明虾青素奈米乳液对几种蛋白有效，可能是细胞死亡途径（自噬和细胞凋亡）（Bcl-2、cleaved caspase-3、cleaved caspase-9、ATM、P21、Cyclin D、Cyclin E、MEK、ERK、NF-κB、MMP-1和MMP-9）。

总结

利用TPGS作为乳化剂制备而成的虾青素奈米乳液，证实其具有良好的稳定性，利用奈米乳液剂型能够增加生物利用率，有助于了解虾青素在抗癌药物开发方面的最新进展。

作者简介

王惠民 教 授

王惠民教授，现任职于中兴大学生医工程研究所；BMC Complementary and Alternative Medicine副主编；Food Science and Human Wellness副主编（Elsevier）。

*5年时间，发表了近100篇国际学术论文。累计SCI影响因子5以上：30 篇；总影响因子，超过300点。Google Scholar统计的引用次数超过5800次，H-index：43。

*受邀担任21 本国际期刊副总编辑、编辑委员；担任超过80本国际SCI学术期刊审稿委员。

*受邀担任26 项会议委员；学术委员会理事、监事。

*多项专利：7 项美国、2 项日本、10 项中国。

*多项技术转移：2 项英国、2 项南非、8 项中国。

该文章《A Novel Oral Astaxanthin Nanoemulsion from Haematococcus pluvialis Induces Apoptosis in Lung Metastatic Melanoma》于2020年8月26日发表于Oxidative Medicine and Cellular Longevity。点击下方 阅读原文 即可查看摘要原文。

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编辑：袁艺；责编：张睿梅

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