藻藍蛋白的前世今生和未來發展(圖文版)

2020-11-05 藻藍蛋白—賓美生物

經過三十多億年的進化，植物產生了兩大太陽能「捕光天線」：一是以高等植物為主的葉綠素蛋白體系；二是以藍藻和紅藻為主的藻膽體體系。

藻膽體是一種由不同種類的藻膽蛋白和連接蛋白構成的捕光蛋白複合體。藻膽蛋白根據其光譜學性質不同分為別藻藍蛋白(APC)，藻藍蛋白(PC)，藻紅藍蛋白(PEC) 和藻紅蛋白(PE) 。

▲藻膽體系和葉綠素體系

藻藍蛋白(Phycocyanin， PC)是從螺旋藻、鞘絲藻、集胞藻等藻類中提取的生物活性物質，具有吸收和傳遞光能的性質，呈亮藍色，屬於胞內蛋白，含有人體所需優質蛋白，易溶於水，具有抗腫瘤、增強免疫力、抗炎等功能。


目前應用


2013年，FDA允許藻藍蛋白在食品飲料中作為天然著色劑使用。在過去的幾年中，由於市場需求不斷增長，許多公司已開始生產藻藍蛋白。2019年全球藻藍蛋白市場總值達到了2.9億元，藻藍蛋白在食品工業可作為天然著色劑和功能性原料開發；在化妝品行業作為添加劑開發；在農業作為農作物肥料添加劑開發；在製藥工業也具有巨大潛力待挖掘開發。


➊ 食品著色劑

隨著人工色素對身體的危害逐漸曝光，消費者對人工色素在食品和飲料中的毒性作用認識不斷提高，天然色素取代人工色素成為一種趨勢。在歐洲，藻藍蛋白被作為彩色食品原料不限量使用，在中國GB2760食品添加劑目錄中，也被允許作為著色劑使用。藻藍蛋白作為天然色素使用，既可以賦予產品純正的藍色，又可以作為天然活性物質賦予產品一定的營養健康功能。藻藍蛋白也可以和其他天然色素調配成天然的綠色、紫色等。其中李子柒豆嬢嬢七彩豆漿藍莓味速溶豆漿就選用了賓美生物食品級藻藍蛋白。


▲ 圖片來自賓美生物實拍


➋ 化妝品添加劑

藻藍蛋白在化妝品應用中也有大量成熟的案例。藻藍蛋白具有抗炎和抗氧化的特性，對皮膚具有很高的保溼和滋養作用，並且對人體皮膚沒有任何刺激。

可以添加進眼影口紅等化妝品中，展現其靚麗的藍色。也可以添加進護膚品中，因為藻藍蛋白是類膠原蛋白，具保溼抗過敏，排除炎症、祛斑等功效，同時幫助改善皮膚乾燥，減少色素沉積和細紋的出現。賓美生物已經為法國歐萊雅等化妝品企業定製了一批化妝品專用產品。



液體藻藍蛋白

▲ 圖片來自賓美生物實拍

➌ 醫藥保健品


1. 抗氧化性

藻藍蛋白是目前被發現的抗氧化能力最強的天然水溶性成分。各種體內體外模型表明，其能清除過氧基、羥基、烷氧自由基，以及超氧化物和氫過氧化物基團等一系列有毒自由基，防止細胞損傷、衰老、炎症反應等病變。另外，藻藍蛋白能抑制Fe2+和抗壞血酸誘導的過氧化反應，且口服藻藍蛋白50-300mg/kg可顯著抑制過氧化反應。


▲ 氧化應激與多種疾病的關係

藻藍蛋白減輕氧化應激相關疾病

▲ 海洋科學2017年第10期《藻藍蛋白對氧化應激相關疾病防治作用的研究進展》


2. 抗炎性

研究人員對藻藍蛋白的抗炎性進行分析，發現藻藍蛋白對活性氧具有清除行為。而炎症主要是由過氧化物和羧基自由基所誘發的，藻藍蛋白可實現對其的清除，從而達到抗炎效果。


醫藥級藻藍蛋白

▲ 圖片來自賓美生物實拍


3. 抗腫瘤

抗腫瘤是目前該產品熱門的研究領域，藻藍蛋白已被證明能夠抑制腫瘤細胞增殖，誘導癌細胞凋亡，包括肺癌、肝癌、結腸癌、乳腺癌在內。實驗發現藻藍蛋白介導的細胞凋亡是通過活性氧自由基的產生進行的。早在1982 年， Iijima 等進行接種肝癌細胞的小鼠口服藻藍蛋白試驗後，就得出藻藍蛋白對免疫系統有某種刺激和促進作用。1986年，由日本康派愛滋病研究所研製、生產的藻藍蛋白複合藥物對癌症和白血病患者的治療取得了突出的配合療效。

▲ 浙江大學學報2001年06期《藻藍蛋白的抗癌活性研究》


4. 提高免疫力

脾臟指數是體現機體免疫器官功能的一項評價指標。一項小鼠研究表明，藻藍蛋白可顯著增加正常小鼠和免疫功能低下的小鼠脾細胞中抗體形成細胞數量和產生抗體的能力，以增強免疫細胞活性從而提高機體的免疫力，起到防病抗病的目的。

5. 抗卵巢及生殖系統退化

卵巢早衰被視為女性健康美麗的「隱形殺手」。荷蘭的一項研究表明，藻藍蛋白能夠提高卵巢細胞攜氧能力，加速卵巢新細胞的增殖。內蒙古大學國家生殖健康重點實驗室的研究也證明了藻藍蛋白對卵巢有較好的改善效果。在全球女性生育年齡不斷推後，二胎普遍開放的情況下，這項研究具有很重要的意義。


6. 抗輻射&促進造血

有效抵抗紫外線和其它電離輻射是藍藻的一個重要生物學屬性。藻藍蛋白能夠顯著抑制血細胞減少。造血幹細胞的損傷和修復在造血功能型輻射疾病中有至關重要的作用。從這個角度講，藻藍蛋白能降低造血幹細胞的光敏感性，防止幹細胞減少，促進細胞增殖，幫助恢復造血功能。

藻藍蛋白膠囊

▲ 圖片來自賓美生物實拍


7.調節血糖

藻藍蛋白可抑制2型糖尿病大鼠胰島細胞IKBNFKB 通路的活性，具有良好的調節血糖作用，多例糖尿病患者口服藻藍蛋白之後，其血糖指標控制穩定。

各組大鼠FBG比較(，mmol/L)

▲ FBG 造模前各組大鼠FBG無統計學差異，造模後大鼠FBG較對照組明顯升高(P＜0.05)。經藻藍蛋白治療後，大鼠FBG較模型組顯著下降(P＜0.05)。中國老年學雜誌2011年第17期《藻藍蛋白對2型糖尿病大鼠血糖的調節作用》


➍ 螢光探針

藻藍蛋白的光譜學與結構特性使其擁有獨特的定向與定量特徵。在特定波長激發下，藻藍蛋白能發射強烈的螢光，其螢光強度比常用的螢光素強30倍。這一螢光性使得藻藍蛋白可作為螢光探針在生物領域運用。

它克服了人工合成螢光素價格高、合成中產生有毒物質以及長期保存後同蛋白質結合能力減弱甚至消失等缺點 。因此，近年來藻藍蛋白作為標記物，與生物素、親和素、DNA 分子和各種單克隆抗體結合製成螢光探針，可用於螢光顯微檢測、螢光激活細胞分類、流式細胞螢光測定、螢光免疫檢測、雙色或多色螢光分析以及單分子檢測等。


▲ 圖片來自賓美生物實拍

❺農業應用

藻藍蛋白是一種高抗免疫蛋白，產品用在葉面施肥上，可明顯促進植物進行光合作用，同時由於光能對藻藍蛋白產生光動力、光激發而發生光敏反應，使產品具有抗病毒抗菌作用。北京農科院和山東蔬菜研究所聯合進行的試驗表明，藻藍蛋白具有類似植物生長素作用。

▲ 圖片來自賓美生物

由此可見，藻藍蛋白既可以廣泛應用於天然色素、化妝品添加劑、功能性原料等行業，也能夠作為功能性成分應用於生物醫藥領域，甚至能應用於農作物肥料。但是由於藻藍蛋白本身就是營養豐富的蛋白質，穩定性不是很好，在高溫環境下蛋白質容易失活變質，應用在食品中的時候更是容易褪色。不過有個好消息是浙江賓美生物在實驗室階段已成功研製出耐熱型藻藍蛋白試劑，有望投入市場應用。


未來展望


今年新冠病毒爆發，導致感染者身體產生炎症風暴，藻藍蛋白作為海洋藥物，具有獨特的分子結構和生理活性，在醫藥和健康領域具有廣闊的發展空間。同時在化妝品領域，由於消費者對個人護理和化妝品的關注日益增加，在未來幾年裡，全球常規藻藍蛋白市場規模可能會增長近7.5％。

2020年，全球藻藍蛋白市場價值為4400萬美元。據專家預測，到2026年年底將達到1.21億美元，在2021-2026年期間的複合年增長率為15.4％。北美，歐洲和亞太地區對藻藍蛋白的需求也在不斷增長中，有望推動更多藻藍蛋白的市場發展。

▲ 圖片來自TMR的藻藍蛋白市場報告


參考文獻

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