《Journal of Food Composition and Analysis》：Bioactive substances and their health benefits of the blooming brown seaweed
Sargassum horneri: A review
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本综述系统梳理了近年来频繁爆发的食用褐藻羊栖菜（Sargassum horneri）的营养成分、多种生物活性物质（如岩藻聚糖、褐藻酸、岩藻黄质等）及其广泛的健康益处（包括抗氧化、抗炎、抗过敏、抗癌、抗肥胖和抗糖尿病）。文章深入探讨了其作用机制，指出Nrf2、NF-κB和MAPK等信号通路在发挥健康效应中的关键作用，并展望了其在食品、医药等高价值领域应用的挑战与策略，为这一海洋生物资源的深度开发提供了新视角。
1. 引言
羊栖菜（Sargassum horneri）是一种属于马尾藻科、墨角藻目、褐藻纲的褐藻，原产于西北太平洋。然而，随着全球变暖和海水温度上升，羊栖菜近年来在中国东部沿海频繁爆发，形成“金潮”，对海岸线生态和养殖业造成显著经济损失和生态破坏。尽管其爆发带来负面影响，但由此产生的大量生物质也是一种重要的生物资源。直接填埋或焚烧会进一步污染环境并浪费资源。目前主要处理方式是将其加工成饲料或肥料以部分抵消经济损失。将其转化为高附加值产品，如功能食品、药品、化妆品和生物材料等，是有效利用这一资源的努力方向。
野生羊栖菜通常可食用，研究表明爆发期的羊栖菜食用也是安全的。羊栖菜营养丰富，尤其以高含量的多糖、蛋白质和膳食纤维著称，使其成为潜在的有价值的食物来源。此外，羊栖菜因其含有多种生物活性物质而表现出多种健康益处。因此，开发利用羊栖菜不仅有助于缓解其爆发带来的环境压力，还能通过生产营养保健品和功能食品等促进经济增长。
2. 羊栖菜的化学成分
羊栖菜的化学成分受产地、季节和年份影响而有所差异。总体而言，与其他褐藻相似，羊栖菜富含碳水化合物和蛋白质，但脂肪含量较低。其碳水化合物主要为多糖，包括岩藻聚糖、褐藻酸和昆布多糖。羊栖菜的蛋白质氨基酸组成中，谷氨酸含量最高，其次是天冬氨酸，组氨酸、蛋氨酸和酪氨酸含量最低。羊栖菜膳食纤维含量高（约50%），可作为膳食补充剂。尽管脂质含量少，但其中omega-3多不饱和脂肪酸（PUFAs）的比例相对较高（约40%）。
羊栖菜含有多种生物活性物质，如岩藻聚糖、褐藻酸、岩藻黄质、多酚、类黄酮、甾醇等。这些物质是其健康益处的物质基础。
3. 羊栖菜的健康益处
3.1. 抗氧化活性
活性氧（ROS）是需氧生命体细胞呼吸过程中持续产生的副产物。当体内抗氧化防御系统与ROS产生失衡时，会导致氧化应激。过量的ROS会对DNA、蛋白质、碳水化合物和脂质等关键有机化合物造成结构损伤，进而导致细胞损伤并引发多种疾病，如慢性炎症、癌变、肥胖、糖尿病和心血管疾病。
研究表明，羊栖菜的各种提取物（如甲醇提取物SHME、乙醇提取物SHE）对ABTS、羟基、超氧阴离子、DPPH以及过氧自由基和烷基自由基等多种自由基均表现出强大的清除活性。其抗氧化机制在细胞和动物模型中得到验证。例如，SHME可通过Nrf2/HO-1信号通路减少H2O2诱导的C2C12成肌细胞中的ROS生成。SHE则能通过清除ROS、螯合PM携带的过渡金属以及调节8-OHdG和OGG1的表达，缓解PM诱导的肺上皮细胞MLE-12的DNA损伤和氧化应激。
从羊栖菜中分离出的特定生物活性物质也显示出显著的抗氧化效果。例如，高岩藻糖含量的硫酸化多糖（SHS）可通过清除细胞内ROS、上调超氧化物歧化酶和谷胱甘肽等内源性抗氧化物的产生来增强其活性，从而减轻氧化应激。Sargachromenol可通过MAPK/NF-κB和Nrf2/HO-1信号通路减轻谷氨酸诱导的HT22细胞的氧化损伤和神经元细胞死亡。Apo-9′-fucoxanthinone和(-)-loliolide（HTT）也能通过Nrf2/HO-1/NF-κB p65等信号通路减轻氧化应激。(-)-loliolide在AAPH诱导的Vero细胞和斑马鱼胚胎中被证实具有清除ROS、抑制细胞死亡和减轻脂质过氧化的作用。综上所述，羊栖菜的抗氧化活性主要通过调节Nrf2/HO-1/MAPK/NF-κB等关键信号通路来实现。
3.2. 抗炎活性
炎症是机体为清除有害刺激而引发的保护性反应及组织修复过程。但当此过程效率低下或失调时，会导致急性或慢性炎症性疾病，如炎症性肠病（IBD）、类风湿性关节炎（RA）、动脉粥样硬化和多发性硬化症。
羊栖菜表现出强大的抗炎特性。其提取物（如乙醇提取物SHE）能够抑制炎症细胞和动物模型中促炎细胞因子（如TNF-α, IL-6, IL-1β, IFN-γ）和炎症介质（如PGE2, COX-2, iNOS）的产生，从而抑制一氧化氮（NO）的生成。例如，SHE可通过下调NF-κB/MAPK通路，抑制TNF-α/IFN-γ诱导的HaCaT角质形成细胞中炎症趋化因子、Th2细胞因子以及表皮和上皮先天细胞因子的分泌。
羊栖菜中的多糖是其主要生物活性物质之一。从羊栖菜中分离纯化的岩藻聚糖可通过调节MAPK/NF-κB通路，抑制LPS诱导的RAW 264.7细胞中NO、COX-2、iNOS、IL-6、TNF-α和PGE2的产生，并在LPS诱导的斑马鱼模型中抑制NO生成、细胞死亡和毒性。褐藻酸也显示出在FD诱导的RAW 264.7细胞和HaCaT细胞中的类似抗炎效果。
一些小分子成分也具有抗炎活性。(-)-loliolide可抑制LPS诱导的RAW 264.7细胞的炎症反应。3-羟基-5,6-环氧-β-紫罗兰酮（HEBI）可通过MAPK和NF-κB通路抑制PM刺激的小鼠肺巨噬细胞中NO、PGE2和促炎细胞因子的产生。Mojabanchromanol可减轻PM介导的促炎细胞因子的产生。Sargachromenol在PM或LPS诱导的RAW 264.7细胞中均能抑制炎症。Fucosterol可调节TNF-α/IFN-γ刺激的人真皮成纤维细胞（HDF）中的Nrf2/HO-1、MAPK和NF-κB通路。羊栖菜中的多酚可通过MAPK通路下调PM诱导的MLE-12细胞中促炎细胞因子的水平。
3.3. 抗过敏活性
过敏是免疫系统对通常无害的物质（过敏原）产生过度反应的结果，其发生涉及肥大细胞和嗜碱性粒细胞的致敏和脱颗粒，以及免疫球蛋白E（IgE）的产生。
研究表明，羊栖菜的热水提取物具有抗过敏作用，可通过增加IFN-γ水平，抑制DNCB诱导的特应性皮炎（AD）小鼠模型中的IL-4、IL-5、IgE以及Th1和Th2细胞因子的活性。羊栖菜乙醇提取物（SHE）在IgE/BSA诱导的骨髓来源培养肥大细胞（BMCMCs）中，可通过抑制高亲和力IgE受体（FcεRI）与IgE的结合，减少β-氨基己糖苷酶的释放，从而抑制肥大细胞脱颗粒，并通过Src家族激酶和NF-κB信号通路抑制过敏细胞因子。SHE还能减轻IgE/BSA诱导的I型过敏小鼠的被动皮肤过敏反应（PCA）。
从羊栖菜中分离的叶绿素c2可通过抑制Lyn–Syk–LAT和Fyn–GAB2–PI3K信号通路介导的Ca2+动员，抑制IgE诱导的RBL-2H3细胞脱颗粒，并能抑制IgE介导的小鼠鼻部搔抓行为。含有Mojabanchromanol的羊栖菜提取物可通过抑制Th2/Th17反应减轻PM加剧的小鼠过敏性哮喘。羊栖菜中的多酚可通过调节NF-κB信号通路缓解哮喘小鼠的气道炎症，并通过GATA3和NLRP3依赖性机制抑制OVA诱导的小鼠脾细胞Th2分化（抑制IL-4, IL-5, IL-13）。含多酚的SHE可通过增强皮肤屏障、抑制肥大细胞增殖、抑制角质形成细胞产生的胸腺基质淋巴细胞生成素（TSLP）以及降低血清IgG1和IgG2a水平，缓解DNCB触发的AD。羊栖菜中的甾醇和没食子酸可修复PM+OVA诱导的小鼠肺部M1和M2极化肺泡巨噬细胞（AMs）的氧化DNA损伤。Fucosterol可抑制IgE/BSA诱导的BMCMCs脱颗粒（抑制组胺和β-氨基己糖苷酶释放）及FcεRI与IgE的结合，并通过Syk-LAT-ERK-Gab2和NF-κB通路减少TNF-α, IL-4, IL-5, IL-6, IL-13和TARC的分泌，同时减轻IgE触发的PCA反应。总之，羊栖菜主要通过抑制FcεRI与IgE的结合及肥大细胞/嗜碱性粒细胞释放过敏介质（如组胺），对I型、Th2依赖性过敏反应和IgE介导的超敏反应发挥抗过敏作用。
3.4. 抗癌活性
癌症是一种以细胞失控性增殖为特征的疾病。尽管有多种抗癌手段，但现有药物常存在生物利用度低、溶解性差、副作用大及多药耐药等问题。
研究表明，羊栖菜的水溶性提取物可抑制人乳腺癌MDA-MB-231骨转移细胞的增殖。高硫酸根含量的多糖对DLD肠癌细胞和MKN45胃癌细胞具有较强的抑制作用，其机制可能通过G1期和S期细胞周期阻滞以及调节凋亡相关基因表达诱导细胞凋亡。后续研究证实该多糖可通过提高Bax/Bcl-2比值、诱导Caspase-8, Caspase-9及下游Caspase-3的产生来促进肿瘤细胞凋亡。从羊栖菜中获得的岩藻聚糖及其酶转化产物可抑制结直肠癌DLD-1细胞的集落形成。因此，羊栖菜（尤其是其多糖）主要通过促进细胞凋亡和阻滞细胞周期来抑制细胞增殖，从而发挥抗癌作用。但目前研究多为体外实验，缺乏深入的体内研究验证。
3.5. 抗肥胖活性
肥胖是一种以过度脂肪堆积为特征的慢性复杂疾病，是多种慢性病（如糖尿病、心血管疾病、癌症）的重要风险因素。
研究发现，在高脂饮食（HFD）诱导的肥胖小鼠模型中，补充羊栖菜可抑制体重增加以及脂肪组织和肝脏中的脂肪堆积。羊栖菜提取物在体外还能抑制胰腺脂肪酶活性。口服羊栖菜乙醇提取物（SHE）可通过提高棕色脂肪组织中线粒体解偶联蛋白1（UCP1）和UCP3的mRNA表达，有效降低HFD诱导的肥胖小鼠的肝脏脂肪积累、白色脂肪组织重量和体重，并显著降低血清中的甘油三酯、胆固醇和瘦素水平。SHE还能抑制3T3-L1脂肪细胞中脂肪细胞分化相关基因（SREBP1c, PPARγ, C/EBPα）和脂肪酸合酶（FAS）的mRNA表达。从羊栖菜中分离的(-)-loliolide可通过抑制脂肪生成和脂质生成蛋白（如FABP4, PPAR-γ, SREBP-1, C/EBP-α）的分泌，并诱导产热蛋白PGC-1α的表达，减少3T3-L1脂肪细胞分化阶段的脂质积累。羊栖菜中的岩藻黄质也能减少3T3-L1脂肪细胞的分化。单半乳糖二酰甘油（MGDG）则对游离脂肪酸（FFA）和甘油三酯（TG）的积累显示出抑制活性。羊栖菜主要通过调节相关mRNA及其表达来减少体重增加和脂肪堆积。
3.6. 抗糖尿病活性
糖尿病是一种以高血糖为特征的内分泌代谢疾病，主要由胰岛素抵抗或胰腺胰岛素分泌不足引起。
研究表明，羊栖菜干粉可抑制HFD诱导的小鼠血清葡萄糖水平升高，改善胰岛素抵抗，并增加粪便多糖含量。羊栖菜乙醇提取物（SHE）能降低大鼠血清葡萄糖水平。在胰岛素抵抗的HepG2细胞模型中，SHE可抑制α-葡萄糖苷酶活性，增加细胞内糖原含量和葡萄糖摄取，上调胰岛素抵抗中被抑制的IRS-1、AKT和GLUT4的表达，并下调参与糖原代谢的GSK-3β以及参与糖异生的PEPCK和FoxO1的表达。羊栖菜的水提取物能通过增加链脲佐菌素（STZ）糖尿病大鼠股骨干骺端和骨骺组织中的钙含量、碱性磷酸酶活性和DNA含量，显示成骨细胞性骨形成，并抑制破骨细胞性骨吸收，从而预防骨质流失。因此，羊栖菜可通过调节血糖、改善胰岛素抵抗和预防骨质流失来对抗糖尿病及其并发症。
3.7. 其他健康益处
除上述主要活性外，羊栖菜还表现出其他多种健康益处：
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抗凝血： 其水提物和岩藻聚糖能延长活化部分凝血活酶时间（APTT）。
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抗高血压： 发酵羊栖菜、岩藻黄质及岩藻聚糖显示出血管紧张素转换酶（ACE）抑制活性。
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抗菌： 乙醇提取物和丙酮-甲醇提取物对多种细菌和真菌有抑制作用。
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抗抑郁： 总甾醇和β-谷甾醇可通过增加小鼠脑中去甲肾上腺素（NE）、5-羟色胺（5-HT）及其代谢物5-羟吲哚乙酸（5-HIAA）水平，减少强迫游泳试验（FST）和悬尾试验（TST）中的不动时间。
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抗纤维化： Apo-9-fucoxanthinone可通过Smad 2/3和ERK/NF-κB信号通路抑制TGF-β1诱导的鼻息肉成纤维细胞（NPDFs）中肌成纤维细胞分化和细胞外基质（ECM）蛋白表达。
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抗阿尔茨海默病： 硫酸化岩藻寡糖可改善小鼠Y迷宫和Morris水迷宫实验表现，并显示抗乙酰胆碱酯酶（AChE）和丁酰胆碱酯酶（BuChE）活性。
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改善干眼症： 岩藻聚糖可抑制人角膜上皮细胞凋亡，在泪腺切除大鼠模型中减轻泪液分泌不足和角膜不规则。
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增强皮肤屏障： Sargachromenol和岩藻聚糖可分别通过AP-1信号通路抑制胶原酶MMP-1, MMP-2, MMP-9的表达，或在UVB诱导的成纤维细胞中抑制MMP-1和MMP-3表达。
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抗黑色素生成： SHE可通过ERK信号通路抑制α-MSH诱导的B16F10鼠黑素细胞中酪氨酸酶活性、黑色素合成及相关蛋白（MITF, 酪氨酸酶, TRP-1, TRP-2）的表达。
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肝保护： SHE可通过提高细胞抗氧化能力、抑制对乙酰氨基酚（APAP）生物活化，缓解APAP诱导的小鼠肝损伤。
4. 羊栖菜的应用
目前，爆发的羊栖菜主要作为工业生产褐藻酸盐、有机肥和动物饲料膳食补充剂的原料。在食品领域，羊栖菜乙醇提取物可延长白腿虾的保质期；其水提取物可作为胶凝剂改善鱼糜的凝胶结构。基于其健康益处，羊栖菜可用于开发具有保肝、减肥等功效的功能性食品。
在医药领域，羊栖菜在抗炎、抗癌、抗糖尿病等方面有潜力，但需临床实验验证。在材料领域，利用其水提取物可合成具有降低脂质积累能力的金纳米结构或具有抗菌活性的碳纳米点-ZnO纳米复合材料。在化妆品领域，其多糖和(-)-loliolide等成分因其光保护特性显示出应用前景。然而，羊栖菜的成分受来源、季节影响大，且可能富集重金属和污染物，其应用面临成分稳定性、安全性、生物利用度以及成本效益等挑战。
5. 未来方向
羊栖菜研究仍面临诸多挑战与机遇。许多研究集中于粗提物，需进一步分离、纯化、鉴定活性成分并探索构效关系。除抗氧化和抗炎外，其他生物活性的机制需深入阐明。对蛋白质、肽、氨基酸等其他成分的研究相对较少。当前研究多基于细胞和动物模型，缺乏临床研究以评估其安全性、有效性和生物利用度。针对实际应用，需研究不同来源羊栖菜的差异，并完善相关法规。开发基于羊栖菜生物活性材料也具有巨大潜力。
6. 结论
羊栖菜的爆发对中国沿海环境和经济造成了负面影响。为减轻影响并充分利用该资源，大量研究揭示了羊栖菜的价值。本综述全面总结了羊栖菜富含的生物活性物质（如岩藻聚糖和多种小分子化合物）及其多种健康益处（包括抗氧化、抗炎、抗过敏、抗癌、抗肥胖和抗糖尿病）。其作用机制通常涉及调节Nrf2、NF-κB、MAPK等关键细胞信号通路，从而诱导或减少各种细胞因子，调节机体功能。这种未充分开发的褐藻在食品、化妆品、生物材料和医药领域展现出巨大应用潜力。
