活性氧(reactive oxygen species, ROS)的过度累积会导致氧化还原系统失衡，进而造成机体氧化损伤。过量ROS可以和脂质、蛋白质、DNA之间产生连锁反应，导致DNA损伤以及脂质和蛋白质的氧化，最终导致疾病发生。类胡萝卜素是一种有效的内源性和外源性抗氧化剂抑制。在类胡萝卜素中含有丰富的多烯链与长共轭双键，可通过中和单线态氧与清除自由基阻止连锁反应而发挥其抗氧化活性。类胡萝卜素可能是通过与细胞膜的相互作用而发挥生物效益。ATX是各种类胡萝卜素中最有效的天然抗氧化剂。然而，与玉米黄质等其他类胡萝卜素不同，ATX不具有促氧化的功能，Naguib等将ATX与番茄红素、叶黄素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素进行比较发现，ATX抗氧化活性效果更加明显 [ 8 ] 。ATX还可通过中和单线态氧来抑制氧化应激和增强免疫系统功能。ATX的抗氧化作用见表2。ATX和维生素E(α-生育酚)协同使用，能防止脂质过氧化 [ 9 ] 。研究发现，ATX能增加大鼠血浆和肝脏中过氧化氢酶(catalase, CAT)、超氧化物歧化酶(superoxidedismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, PO)和硫代巴比妥酸反应物质(thiobarbituric acid reactive substance assay，TBARS)的水平，减少自由基的产生。ATX含有独特的分子结构，因其每个紫罗兰酮环上都有羟基和酮基而具有高抗氧化活性 [ 10 ] 。ATX的抗氧化活性比叶黄素、玉米黄质、角黄质、β-胡萝卜素高达十倍，并且是α-生育酚的100倍 [ 11 ] 。在家兔饲粮中添加ATX后，血清中SOD和硫氧还蛋白还原酶活性增强，而对氧磷酶活性受到抑制 [ 12 ] 。此外，乙醇诱导的胃溃疡大鼠在ATX给药后，抗氧化酶水平增加 [ 13 ] 。Choi等人发现，补充ATX 3周可抑制脂质过氧化并增强抗氧化防御系统。由于吸烟引起的自由基增加与体内氧化应激的产生密切相关，而补充ATX可通过抑制脂质过氧化和增强抗氧化酶系统来保护吸烟者 [ 14 ] 。ATX比其他抗氧化剂表现出更好的生物活性是因为其含有共轭双键，此类共轭双键具有较强抗氧化性能，同时可以同自由基之间产生反应，将产物转化为更加稳定的状态，从而阻止自由基的链式反应。ATX是嗜黄细胞亚群的一部分，因为酮基和羟基附着在异戊二烯环上，这使ATX能够定位到最佳的亲水性和疏水性位置，虾青素能够连接细胞的内外(如图2所示)，所以比其他抗氧化剂表现出更好的生物活性，并为细胞的脂质双分子层提供了更好的保护，防止脂质过氧化 [ 15 ] 。我们可以进一步研究虾青素的抗氧化作用机理，从而解决由氧化应激引起的相关慢性疾病。

图2. 虾青素链

表2. 虾青素抗氧化相关实验研究

巨噬细胞细胞膜中存在不饱和脂肪酸，自由基会促进细胞膜降解，进而损害免疫系统。ATX作为抗氧化剂能保护巨噬细胞细胞膜免受自由基损害，进而提高免疫系统的防御性。与β-胡萝卜素相比，ATX对小鼠的免疫调节作用更为明显 [ 16 ] 。研究报道，ATX作为食品添加剂可恢复老龄小鼠的体液免疫系统 [ 17 ] 。此外，ATX还可通过促进人体内免疫球蛋白的产生来增强免疫力 [ 18 ] 。人体摄入ATX 8周后，血液中的ATX水平大幅提升，并促使杀伤细胞杀死病毒细胞，同时，补充ATX可以增加T、B细胞的数量，降低DNA损伤以及降低C-反应蛋白含量 [ 19 ] 。Satoh等发现，27名轻度至中度特异性皮炎的男女患者，在摄入ATX 4周后，瘙痒症状、焦虑状态、免疫功能和氧化应激均有所改善，且未出现任何明显的副作用，这也说明了ATX在免疫调节过程中发挥着调节作用 [ 20 ] 。

炎症是减轻细胞损伤或感染，通过细胞和分子过程恢复组织稳态的必要反应。然而，机体内长期的炎症可促进慢性疾病的发生，如神经退行性疾病、慢性阻塞性肺病、炎症性肠病、动脉粥样硬化或类风湿关节炎 [ 21 ] [ 22 ] 。各种各样的炎症生物标志物已经被鉴定出来，如细胞因子、趋化因子、免疫相关效应因子、急性期蛋白、ROS、血小板活化因子、前列腺素和环氧合酶等相关因子，以及核因子κB (nuclear factor-kappa B, NF-κB)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)等多条信号通路介导炎症发生 [ 17 ] ，Xu等人在糖尿病大鼠模型中观察到，氧化应激、一氧化氮合酶和炎症引起的认知障碍可在饮食给予ATX后消除。这些作用是通过增加大脑PI3K/Akt激活来介导的，在肝损伤模型中，研究表明，预先补充ATX可通过ROS/MAPK通路达到抗凋亡和抗自噬的现象，此外，ATX已被证明可以减少ROS的生成，抑制炎症相关细胞因子的表达和标志物的激活，ATX作为一种抗炎剂，可以通过调节PI3K/Akt/糖原合成酶激酶3β (GSK3β)/Nrf2信号通路有效阻止生物系统炎症的发生 [ 23 ] 。Ohgami等人发现ATX降低了小鼠单核巨噬细胞中一氧化氮、前列腺素E2和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α, TNF-α)的产生。此外，ATX可以通过下调促炎因子白细胞介素1β (IL-1β)、白细胞介素-6 (IL-6)、TNF-α和抑制NF-κB信号通路，减轻内毒素诱导的结膜炎 [ 1 ] 。ATX在防止高糖诱导近端小管上皮细胞氧化应激、炎症衰亡方面具有明显的保护作用。同时，ATX是一种很有前途的治疗眼部炎症的物质 [ 24 ] [ 25 ] 。ATX抗炎机制如图3。目前关于ATX对炎症性疾病的保护作用的临床报道还不多，ATX作为一种潜在的治疗炎症性疾病的手段，还需要进一步研究。结合其低毒性，未来的研究可用于测试该药物对各种炎症性疾病的疗效。我们还需要进行更多的实验和临床研究来证实ATX对人类炎症性疾病的抗炎作用和保护作用。因此，ATX具有良好的抗炎性能，可能能成为一种具有新技术的药物设计候选药物。

ATX可通过大幅降低梗死体积和改善神经功能缺损，从而对缺血再灌注诱导的大鼠脑神经损伤发挥保护作用 [ 26 ] 。Lee等发现ATX可抑制大鼠体内诱导型一氧化氮合酶的活性，缓解氧化应激，此外，ATX预处理可显著抑制二十二碳六烯酸、过氧化氢或6-羟多巴胺诱导的细胞凋亡、线粒体异常和细胞内ROS生成，研究发现，10名年龄相关性遗忘患者服用富含ATX的雨生红球藻提取物12 W后，表现出认知和精神运动功能改善。ATX对阿兹海默症(Alzheimer’s disease, AD)具有很好的治疗作用，主要表现在红细胞β淀粉样蛋白(Aβ)浓度降低 [ 27 ] 。因其对AD良好疗效，ATX很有能成为一种新的抗痴呆药物。

在大量的流行病学研究中，类胡萝卜素，如ATX，已显示出多种途径的抗癌和防癌作用。Yasui研究发现ATX能够抑制NF-κB、TNF-α和白介素-1β (interleukin, IL-1β)等炎症细胞因子的表达，同时抑制结肠腺癌的增殖并诱导其凋亡 [ 28 ] 。此外，富含ATX的雨生红球藻提取物也可以通过阻碍细胞周期和促

图3. ATX的抗炎效应

进癌细胞凋亡来抑制结肠癌细胞(HCT-116)的生长 [ 29 ] 。在UV-7,12-二甲基苯并蒽(7,12-dimethylbenzanthracene, DMBA)诱导的大鼠皮肤癌模型中，ATX单酯和双酯能分别降低肿瘤96%和88%的发生率。同时，补充ATX对小鼠膀胱癌、口腔癌和大鼠结肠治疗作用，这种作用部分归因于抑制细胞增殖 [ 30 ] 。Jyonouchi等人发现，当小鼠接种纤维肉瘤细胞时，饮食中给予ATX可以抑制肿瘤生长，并刺激免疫应答。ATX对乳腺癌具有一定的疗效 [ 3 ] 。这说明ATX具有潜在的癌症治疗作用。

代谢综合征是一种以高甘油三酯血症和低水平高密度脂蛋白胆固醇为特征的疾病。脂肪组织分泌的脂肪细胞因子的失调会影响糖脂代谢中的胰岛素敏感性。一项临床研究表明，16名患有代谢综合征的志愿者在接受ATX治疗后糖化血红蛋白和TNF-α水平显著降低，脂联素水平显著升高 [ 31 ] 。这些结果表明，ATX对糖尿病边缘患者或代谢综合征风险人群有保护的作用。通常而言，大多数糖尿病患者存在氧化应激的反应主要与胰腺β细胞功能障碍及胰腺组织损伤密切相关。相关研究发现，ATX能有效地降低高血糖诱导的胰腺β细胞氧化损伤，同时调节血糖与血清胰岛素水平，从而使胰腺β细胞避免糖毒性的影响 [ 32 ] 。ATX是一种具有抗炎活性的强效抗氧化剂，并在实验动物和人类实验中都得到了检验。氧化应激和炎症是导致动脉粥样硬化性心血管疾病的生理病因。ATX对治疗动脉粥样硬化性心血管疾病具有积极作用，也是应用较为普遍的药物类型 [ 33 ] 。此外，用150和500 mg/kg/day剂量的二丁二酸二钠衍生物(ATX类胡萝卜素衍生物)预处理7 d后，在大鼠心肌组织中也发现了ATX，这结果说明ATX可能发挥着重要作用，Monroy-Ruiz等人证明了ATX对自发性高血压大鼠、正常血压的京都大鼠和卒中易感自发性高血压大鼠血压有影响 [ 34 ] 。用ATX处理的人脐静脉内皮细胞和血小板显示一氧化氮水平升高，过氧亚硝酸盐水平降低 [ 35 ] 。虾青素的研究结果为后续研究高血压等慢性疾病的治疗提供更多的理论基础。