靳 青 畢宇霖 劉曉牧 萬發(fā)春*

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，濟(jì)南 250100;2.山東省畜禽疫病防治與繁育重點(diǎn)實驗室，濟(jì)南 250100;3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，泰安 271018)

類胡蘿卜素(carotenoids)為進(jìn)行光合作用的生物產(chǎn)生的親脂性色素，動物自身不能合成類胡蘿卜素。流行病學(xué)研究表明，類胡蘿卜素可以降低多種癌癥、代謝綜合征、肥胖、白內(nèi)障以及黃斑變性等疾病的發(fā)病率［1-4］。近年來關(guān)于類胡蘿卜素的研究重點(diǎn)主要集中于動物體內(nèi)類胡蘿卜素的富集規(guī)律和生理功能評價，這些研究有助于通過人工富集的動物組織作為類胡蘿卜素源［5］。β-胡蘿卜素(β-carotene)和黃體素(lutein)分別為胡蘿卜素(carotenes)和類胡蘿卜素含氧衍生物——葉黃素(xanthophylls)這兩大類類胡蘿卜素的典型代表。其中β-胡蘿卜素在實際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。β-胡蘿卜素在歐美等國及日本都已形成市場，世界β-胡蘿卜素的年需求量為1 200～1 500 t，美國以每年10%～15%的遞增率增長，我國對β-胡蘿卜素的需求量也日益增大。類胡蘿卜素還有一些潛在的功能未被發(fā)掘，其作用機(jī)制尚不明確。本文在論述類胡蘿卜素的基本特征、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的基礎(chǔ)上，就類胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為維生素A的機(jī)制以及類胡蘿卜素的生物活性功能做一綜述，為進(jìn)一步研究類胡蘿卜素在人類健康及動物生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 類胡蘿卜素的種類與特性

類胡蘿卜素是一類廣泛存在于自然界的有色物質(zhì)，在動物體內(nèi)具有多種重要的生物學(xué)活性。自然界中類胡蘿卜素的種類繁多，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有600多種，其中大部分己知的類胡蘿卜素由8個類異戊二烯組成，碳原子數(shù)為40的四萜占大多數(shù)，但也有碳原子數(shù)少于40的類蘿卜素，比如β-脫輔基-胡蘿卜醛，近期在古細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)了碳原子數(shù)大于40的類胡蘿卜素。在所有類胡蘿卜素中，有50種可在人類飲食中找到，但只有10種可在人類血清中大量檢測到［6］。

類胡蘿卜素根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為胡蘿卜素和葉黃素兩大類。其中，胡蘿卜素為烴類，葉黃素為類胡蘿卜素的含氧衍生物，極性比胡蘿卜素弱。許多類胡蘿卜素具有維生素A原活性，其中以β-胡蘿卜素維生素A原活性最高，而番茄紅素(lycopene)和葉黃素等則不具有維生素A原活性，稱為非維生素A原類胡蘿卜素(non-pro-vitamin A carotenoids)。除了少數(shù)類胡蘿卜素是以游離態(tài)呈現(xiàn)，通常大部分天然類胡蘿卜素在動物體內(nèi)是以蛋白質(zhì)結(jié)合物的形式存在。

近年試驗研究表明，類胡蘿卜素在基因表達(dá)、細(xì)胞增殖和分化調(diào)控、信號傳導(dǎo)和細(xì)胞間隙連接通訊、機(jī)體抗氧化和免疫等方面有重要作用［7］。目前基本都采用反相高效液相色譜法，并配合紫外可見光檢測器、質(zhì)譜或核磁共振或二極管陣列檢測器，對樣品中的類胡蘿卜素進(jìn)行定性定量分析［8］。

2 類胡蘿卜素在動物體組織內(nèi)的分布、吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)

2.1 分布和吸收

在自然條件下類胡蘿卜素是動物體內(nèi)維生素A的主要來源，其中β-胡蘿卜素的維生素A原活性最高［9-10］，這主要是因為其具有的對稱結(jié)構(gòu)，1分子β-胡蘿卜素可以產(chǎn)生2分子的維生素A［9］。類胡蘿卜素在人體內(nèi)主要存在于脂肪組織中，而在動物體內(nèi)則主要存在于肝臟中，少量分布于脂肪組織、腎臟和皮膚。但陳波等［11］報道，在雞體內(nèi)，腹部脂肪中類胡蘿卜素含量高于肝臟。不同種類類胡蘿卜素在不同種類動物體內(nèi)的分布不同，Yang等［12］報道，分布在綿羊和山羊的脂肪組織和血清中的類胡蘿卜素主要為葉黃素，而在其肝臟中則β-胡蘿卜素含量較高，葉黃素不存在;在牛血清和脂肪組織中β-胡蘿卜素的含量占主導(dǎo)地位，而且其脂肪組織中葉黃素含量也較高，在其肝臟中β-胡蘿卜素含量較低。在動物個體的不同生長階段類胡蘿卜素在其體內(nèi)的分布也不同。在生長初期，類胡蘿卜素主要分布于肝臟、脂肪組織、血液、皮膚及羽毛中，隨著性成熟，便逐漸轉(zhuǎn)移到生殖器官如卵巢中。

食物中的類胡蘿卜素主要以蛋白質(zhì)結(jié)合物的形式存在，在動物體內(nèi)經(jīng)消化酶的作用將其從蛋白質(zhì)結(jié)合物中分離出來，在十二指腸內(nèi)與其他脂類一起經(jīng)膽汁乳化后形成乳糜微粒(chylomicrons，CM)，隨后通過膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)載體轉(zhuǎn)運(yùn)或被動擴(kuò)散吸收［13］。類胡蘿卜素在小腸內(nèi)的吸收代謝機(jī)制如圖1所示。在上皮細(xì)胞內(nèi)，β-胡蘿卜素在β-胡蘿卜素-15，15’-加氧酶(β-carotene-15，15’-momoxygenase 1，BCMO1)的催化下被分解為視黃醛(retinaldehyde，RAL)，然后RAL被還原為視黃醇(retinol，ROH)，或者在視黃醛脫氫酶(retinal dehydrogenase，RALDH)的作用下被氧化為視黃酸(retinoic acid，RA)［14］;ROH 在卵磷脂視黃醇?；D(zhuǎn)移酶(lecithin-retinol acyltransferase，LRAT)的作用下與Ⅱ型細(xì)胞視黃醇結(jié)合蛋白(cellular retinol binding protein typeⅡ，CRBP-Ⅱ)結(jié)合形成視黃酯(retinyl ester，RE)［15］。RE 被載脂蛋白 B(apolipoprotein B，apoB)包被，經(jīng)門靜脈或淋巴進(jìn)入血液循環(huán)［16］。未降解的β-胡蘿卜素隨乳糜顆粒進(jìn)入血液循環(huán)，在肝臟內(nèi)轉(zhuǎn)化為維生素A或進(jìn)入體內(nèi)沉積。少量類胡蘿卜素可通過被動擴(kuò)散被小腸吸收［13］。

B類Ⅰ型清道夫受體(scavenger receptor class B typeⅠ，SR-BⅠ)和分化抗原簇36(cluster of differentiation 36，CD36)是類胡蘿卜素小腸吸收過程中的2個關(guān)鍵因子。SR-BⅠ位于小腸絨毛黏膜表面，在整個小腸內(nèi)均表達(dá)，但主要負(fù)責(zé)親脂性分子在十二指腸內(nèi)的吸收［18-19］。CD36主要在空腸和回腸內(nèi)表達(dá)，在十二指腸內(nèi)不表達(dá)，對其功能還不完全清楚，可能在β-胡蘿卜素向腸上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)［20-21］和長鏈脂肪酸在腸內(nèi)的吸收［22-23］方面起重要作用。

由于類胡蘿卜素是脂溶性的，極性的差異會影響它們的組織分布以及在脂蛋白之間的重新分配和交換，另外，食物中脂肪的含量，膽酸鹽的含量，食物中維生素A的水平，食物中纖維物質(zhì)的類型、含量及食物中各類胡蘿卜素之間的相互作用等都影響類胡蘿卜素的吸收和轉(zhuǎn)化，其調(diào)控機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步探索。

2.2 轉(zhuǎn)運(yùn)

類胡蘿卜素在十二指腸內(nèi)形成乳糜顆粒后，被分泌到腸黏膜細(xì)胞，然后排入腸系膜淋巴管，通過胸導(dǎo)管運(yùn)輸?shù)届o脈血［24］。在腸淋巴管內(nèi)，類胡蘿卜素和視黃酯相關(guān)的乳糜微粒可避開肝臟代謝被肝外組織吸收。在此過程中，乳糜顆粒在脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase，LPL)的作用下，其中的甘油三酯被水解，形成乳糜顆粒殘基(chylomicron remnants，CRs)，隨后被載脂蛋白 E(apolipoprotein E，apoE)吸收，意味著肝臟清除的完成。

在肝臟內(nèi)，類胡蘿卜素被積累，或作為極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)的一部分重新分泌到血液循環(huán)。在空腹?fàn)顟B(tài)下，血漿中有10%～19%的類胡蘿卜素通過VLDL運(yùn)輸，大部分(55%)通過低密度脂蛋白(low-density lipoproteins，LDL)運(yùn)輸，約33%通過高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)轉(zhuǎn)運(yùn)。β-胡蘿卜素和番茄紅素主要通過LDL和VLDL轉(zhuǎn)運(yùn);黃體素和玉米黃素在 LDL和HDL間平均分布［25-26］;葉黃素則在不同脂蛋白之間(尤其是LDL和HDL之間)轉(zhuǎn)運(yùn)，脂溶性類胡蘿卜素占據(jù)LDL和HDL的核心位置，很少與其他脂蛋白交流，從而阻止了不同脂蛋白之間的相互交換［27］(圖2)。

圖1 類胡蘿卜素在小腸內(nèi)的吸收代謝機(jī)制示意圖(仿自Shmarakov等［17］)Fig.1 Schematic diagram of absorption and metabolism mechanisms of carotenoids in the intestine(modified from Shmarakov et al［17］)

圖2 類胡蘿卜素在不同脂蛋白間的分布(仿自Shmarakov等［17］)Fig.2 Carotenoid distribution among different lipoprotein classes(modified from Shmarakov et al［17］)

由于類胡蘿卜素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)途徑與脂肪酸的代謝途徑相同，因此，參與吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)過程的蛋白質(zhì)也會間接影響血液中類胡蘿卜素含量，包括apoB和載脂蛋白A-Ⅳ(apolipoprotein A-Ⅳ，apoA-Ⅳ)［28-29］。目前關(guān)于類胡蘿卜素在動物體內(nèi)的運(yùn)輸主要通過被動擴(kuò)散還是選擇性吸收，以及分配調(diào)控機(jī)制均尚無定論，有待進(jìn)一步深入研究。

3 類胡蘿卜素的代謝

吸收后的類胡蘿卜素在動物體內(nèi)的代謝主要有2個酶——BCMO1和 β-胡蘿卜素-9’，10’-雙加氧脫氫酶(β-carotene-9’，10’-dioxygenase，BCO2)參與，分別以對稱裂解和非對稱裂解方式將類胡蘿卜素裂解。BCMO1位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，主要催化作為維生素A原的類胡蘿卜素;BCO2位于線粒體內(nèi)，其具有更廣的底物特異性，可催化大多數(shù)類胡蘿卜素［30］。已有研究表明，BCMO1為動物體內(nèi)β-胡蘿卜素裂解的關(guān)鍵酶，而BCO2的作用則所知有限［17］。

3.1 BCMO1 的作用機(jī)制

類胡蘿卜素向維生素A轉(zhuǎn)化的主要途徑為其對稱斷裂反應(yīng)，該反應(yīng)在BCMO1的催化下完成，使β-胡蘿卜素在15，15’雙鍵位置斷裂，生成2分子視黃醛，此過程通過3個階段完成:15，15’雙鍵的環(huán)氧化作用、雙鍵的水化開環(huán)和二醇形式的氧化斷裂［31-32］。

人類BCMO1基因位于第16號染色體上，其在動物界進(jìn)化過程中是保守的。目前研究人員已經(jīng)克隆出了人［33］、牛［34］、豬［35］、鼠［36］等多種哺乳動物 以 及 雞［37］、果 蠅［38］、斑 馬 魚［39-40］、海 洋 細(xì)菌［41］等多個物種的 BCMO1 基因。Yan 等［42］首次嘗試對人類BCMO1進(jìn)行分子克隆與定性，但完整的分子克隆最終由 Lindqvist等［33］在 2002年獲得。人類BCMO1與小鼠、大鼠、斑馬魚和果蠅中同源酶相比，氨基酸序列相似性分別為85%、84%、67%和22%［43］。該基因在動物的大多數(shù)組織和器官中都表達(dá)，但差異很大，以腸黏膜細(xì)胞中的活性最高［44］。

類胡蘿卜素在動物體內(nèi)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A，且不會出現(xiàn)因過量攝食而造成維生素A累積中毒的現(xiàn)象。BCMO1活性主要受組織特異性負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)控，此外，在人類和不同物種中也可能受遺傳變異的影響而使其活性有所不同。已知BCMO1的調(diào)控機(jī)制是當(dāng)機(jī)體攝入過多的β-胡蘿卜素時，腸上皮細(xì)胞中會生成大量RA，RA與視黃酸受體(retionic acid receptor，RAR)結(jié)合，激活腸道特異同源框(intestine specific homeobox，ISX)，ISX既可以直接抑制BCMO1基因的表達(dá)，也可以通過SR-BⅠ間接抑制BCMO1基因的表達(dá)［45-46］，從而避免產(chǎn)生過多的維生素 A［47］(圖 3)。Seino等［45］對小鼠進(jìn)行維生素A缺乏處理時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠維生素A缺乏時，ISX被抑制，進(jìn)而激活BCMO1基因的表達(dá)。動物機(jī)體通過上述途徑有效調(diào)節(jié)各組織器官內(nèi)維生素A的平衡，從而維持正常的生理功能。

作為催化類胡蘿卜素對稱斷裂的酶，BCMO1的活性及其代謝功能為動物體內(nèi)類胡蘿卜素前體向維生素A轉(zhuǎn)化的主要途徑，為滿足人體對維生素A的需求發(fā)揮著重要作用。在體內(nèi)缺乏維生素A時，BCMO1可通過對外周組織，尤其是對維生素A水平比較敏感的組織內(nèi)類胡蘿卜素的對稱斷裂來維持維生素A水平的穩(wěn)定［34］。

3.2 BCO2 的作用機(jī)制

除了對稱裂解外，研究人員還在哺乳動物、植物和藍(lán)藻中發(fā)現(xiàn)β-胡蘿卜素能在15，15’以外的雙鍵位置斷裂，產(chǎn)生不同鏈長的β-胡蘿卜醛，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為RAL［48］。催化這種反應(yīng)的1個最主要的酶就是 BCO2，它可使β-胡蘿卜素在9’，10’之間的雙鍵斷裂，生成β-胡蘿卜醛和β-紫羅酮［49-50］。當(dāng)BCO2催化β-胡蘿卜素分解時，需要Fe2+作為必要的輔助因子，產(chǎn)生1分子的β-阿樸-10’-胡蘿卜醛和 1分子的 β-紫羅酮。BCO2與BCMO1在氨基酸序列上有40%的相似性，其表達(dá)部位也大都相同，但BCO2對底物的識別范圍更廣［51］。對BCO2的免疫組織化學(xué)分析表明，在BCMO1表達(dá)的細(xì)胞類型中BCO2同樣表達(dá)，包括小腸和胃黏膜上皮細(xì)胞、肝實質(zhì)細(xì)胞、睪丸間質(zhì)和睪丸支持細(xì)胞、腎小管、腎上腺、外分泌胰腺以及眼睛視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和睫狀體上皮細(xì)胞，除上述細(xì)胞類型外，BCO2還可在心臟和骨骼肌細(xì)胞、前列腺和子宮內(nèi)膜結(jié)締組織以及內(nèi)分泌胰腺中特異表達(dá)［51］。

圖3 β－胡蘿卜素在小腸內(nèi)吸收和代謝的負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制(仿自Shmarakov等［17］)Fig.3 Negative feedback regulatory mechanism ofβ-carotene absorption and metabolism in the intestine(modified from Shmarakov et al［17］)

Amengual等［30］研究發(fā)現(xiàn)，BCO2 是一種線粒體類胡蘿卜素氧化酶，與BCMO1相比，可催化更多的底物，它既可催化胡蘿卜素，也可催化葉黃素;對脊椎動物中BCO2的底物識別研究表明，中央多烯鏈骨架和紫羅酮環(huán)對底物特異性均發(fā)揮著重要作用。Hu等［52］以重組雪貂BCO2作為類胡蘿卜素代謝模型的研究表明，BCO2可催化全反式β-胡蘿卜素和番茄紅素的5-順式和13-順式異構(gòu)體。酶動力學(xué)分析表明，BCO2對玉米黃質(zhì)和黃體素的催化活性要比對β-玉米黃質(zhì)高，與β-胡蘿卜素相比，其對番茄紅素的順式異構(gòu)體的催化活性更高［30，52-53］。

關(guān)于類胡蘿卜素非對稱裂解的生理重要性及BCO2基因的表達(dá)調(diào)控仍所知甚少。原認(rèn)為BCO2基因的主要功能是增加β-胡蘿卜素向維生素A的轉(zhuǎn)化，但研究發(fā)現(xiàn)BCO2基因的缺失不會影響維生素A的合成［27］，只有BCMO1基因缺失才會阻礙維生素 A 的生成［12，14，30］。Luvizotto 等［54］研究表明，與BCMO1基因相比，BCO2基因的表達(dá)幾乎不受維生素A的影響。Ziouzenkova等［55］研究發(fā)現(xiàn)，BCO2催化的產(chǎn)物能夠影響維甲酸類X受體 α(retinoid X receptorα，RXRα)和過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activatereceptorγ，PPARγ)的轉(zhuǎn)錄活性和生物學(xué)反應(yīng)，表明PPARγ可能具有潛在的調(diào)節(jié)BCO2基因表達(dá)的功能。

4 類胡蘿卜素的生物活性功能

類胡蘿卜素做為動物機(jī)體必需的一種營養(yǎng)素，它以不同方式幾乎影響機(jī)體的一切組織細(xì)胞。以其自身功能及作為動物體內(nèi)維生素A的主要來源，在人類健康及動物養(yǎng)殖業(yè)中均發(fā)揮著重要的作用?，F(xiàn)就其維生素A原活性、抗氧化促氧化性、對動物繁殖的影響、對機(jī)體免疫力的影響、著色功能以及抗癌功能進(jìn)行概述。

4.1 維生素A原活性

許多類胡蘿卜素分子一端具有β2酮芷環(huán)，且其側(cè)鏈長不少于11個碳原子，它們均具有維生素A原活性，其中以β-胡蘿卜素的維生素A原活性最高。類胡蘿卜素具有順式和反式2種構(gòu)型，其中以順式構(gòu)型的類胡蘿卜素的維生素A原活性最高。能將具有維生素A原活性的類胡蘿卜素轉(zhuǎn)化成 RAL 的 關(guān) 鍵 酶 為 BCMO1［37］。Anthony［56］指出，維生素A缺乏癥會引起角膜上皮的脫落、增厚和角質(zhì)化，使原來透明的角膜變成不透明，造成角膜潰瘍，晶體脫落以致失明，輕者會發(fā)生夜盲;還會損害上皮組織細(xì)胞的生長與分化，使人的皮膚變厚、干燥，痂變或產(chǎn)生皺紋。維生素A缺乏時，也會導(dǎo)致生殖能力喪失。缺乏維生素A的嬰幼兒易引起肺炎、麻疹以及腹瀉等傳染病，嚴(yán)重時會造成死亡。服用適量維生素A可以消除或緩解上述癥狀，但如果超量攝入，可導(dǎo)致中毒。具有維生素A原活性的類胡蘿卜素既可治療維生素A缺乏癥，又不會因服用劑量過大造成維生素A中毒，為維生素A最安全的來源。

4.2 抗氧化/促氧化性

研究發(fā)現(xiàn)，活性氧自由基可與DNA、蛋白質(zhì)、脂類發(fā)生反應(yīng)，抑制它們的生理功能，從而引發(fā)癌癥、動脈硬化等慢性疾病。類胡蘿卜素分子結(jié)構(gòu)含有多個共軛雙鍵，具有捕捉、淬滅自由基和單線態(tài)氧的功能，從而減少自由基對細(xì)胞的損傷，組織光氧化和脂質(zhì)氧化與自由基反應(yīng)生成無毒物質(zhì)，或中斷自由基的連鎖反應(yīng)來清除體內(nèi)的自由基［57］。1分子β-胡蘿卜素可抑制1 000分子的活性氧［58］。類胡蘿卜素還可與α-生育酚(維生素E)合用，協(xié)同產(chǎn)生抗氧化作用［59］。此外，類胡蘿卜素還可顯著降低過氧化氫誘發(fā)的DNA損傷［60］。Krinsky［61］研究發(fā)現(xiàn)，類胡蘿卜素捕捉和淬滅自由基和單線氧的能力與其分子中共軛雙鍵的數(shù)量有關(guān)，共軛雙鍵數(shù)量越多，能力越強(qiáng)。β-胡蘿卜素可拮抗阿霉素對大鼠心肌組織含錳超氧化物歧化酶信使RNA(Mn-SOD mRNA)、含銅鋅超氧化物歧化酶信使RNA(Cu，Zn-SOD mRNA)和谷胱甘肽過氧化物酶信使RNA(GPx mRNA)造成的表達(dá)降低，從而拮抗阿霉素所導(dǎo)致的Mn-SOD、Cu，Zn-SOD 和 GPx 活性降低［62］。

類胡蘿卜素在氧化方面具有雙重作用，研究表明其還有促氧化的作用。類胡蘿卜素表現(xiàn)為抗氧化還是促氧化可能依賴于氧壓的大小和類胡蘿卜素的濃度。Zhang等［63］研究表明，低氧條件下β-胡蘿卜素產(chǎn)生了濃度依賴性的抗氧化作用;但在高氧壓條件下，β-胡蘿卜素表現(xiàn)出了促氧化的作用。高劑量的β-胡蘿卜素可能會與石棉接觸人群及吸煙者肺內(nèi)大量的自由基發(fā)生反應(yīng)形成氧化產(chǎn)物，使β-胡蘿卜素變成促氧化劑，從而誘導(dǎo)DNA損傷，引起癌變，進(jìn)而增加了這類人群的肺癌患病率［64］。而在小鼠和大鼠體內(nèi)，β-胡蘿卜素可以拮抗香煙煙氣所誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化作用［65］。但哺乳動物體內(nèi)的氧分壓較低，類胡蘿卜素是其較為有效的一種抗氧化劑。

4.3 對動物繁殖的影響

大量試驗表明，在飼料中添加β-胡蘿卜素可提高動物的繁殖能力。動物體內(nèi)缺乏β-胡蘿卜素會導(dǎo)致黃體細(xì)胞和孕酮分泌減少，這一現(xiàn)象可通過補(bǔ)充β-胡蘿卜素而得到改善，但增加維生素A的補(bǔ)充量卻不能達(dá)到同樣的效果，β-胡蘿卜素的繁殖重要性超過維生素A，因為注射β-胡蘿卜素能增加子宮內(nèi)某些特殊蛋白質(zhì)的合成。血漿中β-胡蘿卜素水平與黃體的直徑和重量呈正相關(guān)，血漿、卵泡中β-胡蘿卜素水平與血漿孕酮水平呈正相關(guān)，而且血漿、卵泡、黃體中β-胡蘿卜素水平受發(fā)情周期、懷孕情況以及黃體功能的影響，但與維生素A水平無關(guān)［66］。此外，β-胡蘿卜素還與雌激素和黃體素的合成有關(guān)，并改善受胎率及縮短離乳至首次發(fā)情間隔［67］。

β-胡蘿卜素對動物繁殖的特殊作用是因為維生素A不能直接進(jìn)入卵泡和黃體，即使血液中維生素A的水平很高，卵泡中依然缺乏維生素A，而β-胡蘿卜素能直接進(jìn)入卵泡和黃體細(xì)胞中，當(dāng)卵泡中維生素A水平較低時，補(bǔ)充β-胡蘿卜素可提高卵泡中維生素A水平，一方面，β-胡蘿卜素在卵泡和黃體細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為維生素A，另一方面，β-胡蘿卜素作為細(xì)胞膜和細(xì)胞器的組成成分，通過其單獨(dú)或相互關(guān)聯(lián)的細(xì)胞活動來控制細(xì)胞功能:1)利用β-胡蘿卜素優(yōu)良的抗氧化性，保護(hù)卵泡(黃體)和子宮細(xì)胞免受自由基的損傷，從而保護(hù)重要的細(xì)胞器，有助于維持卵巢細(xì)胞生成類固醇的機(jī)能，使子宮功能達(dá)到最佳水平。2)利用β-胡蘿卜素來形成維生素A，使卵泡中維生素A水平更高，有利于RA的形成，促進(jìn)粒細(xì)胞中雌激素的生物合成。3)促進(jìn)黃體酮的合成。進(jìn)入黃體中的β-胡蘿卜素能與黃體細(xì)胞的微粒體牢固結(jié)合，從而激發(fā)黃體酮的合成［66］。

4.4 對機(jī)體免疫力的影響

類胡蘿卜素可提高機(jī)體體液免疫、細(xì)胞免疫和非特異性免疫反應(yīng)，增強(qiáng)動物的抵抗力。在飼料中添加β-胡蘿卜素可以使血漿溶菌酶的活性增加［68］。Chew 等［69］發(fā)現(xiàn) β-胡蘿卜素可刺激大鼠、牛和豬淋巴細(xì)胞的增殖。蝦青素、斑蝥黃、葉黃素和β-胡蘿卜素有刺激動物體內(nèi)免疫應(yīng)答反應(yīng)、抑制腫瘤生長的作用，葉黃素可以阻止腫瘤相關(guān)的淋巴細(xì)胞亞群的改變，影響B(tài)細(xì)胞的增殖分化、抗體的產(chǎn)生和T細(xì)胞亞群比例［70］。蝦青素和葉黃素可以增加小鼠離體脾細(xì)胞對T細(xì)胞抗原的抗體應(yīng)答反應(yīng)［70］。研究表明，小鼠胎兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育需要母鼠類胡蘿卜素刺激［71］。類胡蘿卜素可能與禽類胚胎形成過程中法氏囊B細(xì)胞的發(fā)育和出生后法氏囊中存在的大量類胡蘿卜素有關(guān)［71］。在人類研究方面，在食物中添加β-胡蘿卜素可以有效地增加輔助性T細(xì)胞和T淋巴細(xì)的數(shù)量，增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞的活性［72］。

4.5 著色功能

類胡蘿卜素是一種有效的天然著色劑，因分子中特殊的共軛結(jié)構(gòu)使之具有良好的著色功能，著色范圍是黃色、橙紅，著色力強(qiáng)，色澤穩(wěn)定均勻，能與鉀、鋅、鈣等元素并存而不變色。胡蘿卜素在體內(nèi)主要作為維生素A原起營養(yǎng)代謝的作用，而葉黃素則主要作為色素具有著色功能［73］，同時胡蘿卜素也有一定的著色功能。β-胡蘿卜素在我國是允許使用的8種飼料著色劑之一，飼料中合理添加類胡蘿卜素不僅可滿足人們的審美觀，對動物和人都有一定的保健功能。

4.6 抗癌功能

類胡蘿卜素，尤其是β-胡蘿卜素具有抑制腫瘤細(xì)胞生長的作用，該作用主要通過改變細(xì)胞生長模式來抑制細(xì)胞生長，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來實現(xiàn)。Schwartz等［74］研究表明，在體外培養(yǎng)的人鱗狀細(xì)胞中添加70μmol/L的β-胡蘿卜素可抑制細(xì)胞的增殖;進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，其發(fā)揮抑制作用的同時伴隨著一種類似于熱休克蛋白的7 ku的蛋白質(zhì)的迅速表達(dá)。β-胡蘿卜素抑制細(xì)胞生長的分子機(jī)制在人成纖維細(xì)胞上也有報道，研究表明，β-胡蘿卜素可以抑制細(xì)胞周期蛋白D1相關(guān)cdk4激酶(cyclin D1-associated cdk4 kinase)活性，同時降低超磷酸化視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤蛋白水平［75］。

越來越多的研究顯示，β-胡蘿卜素具有潛在的誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡的功能。例如，在人結(jié)腸癌細(xì)胞中添加10μmol/Lβ-胡蘿卜素可引起染色質(zhì)凝聚［76］，β-胡蘿卜素還可誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞和白血病細(xì)胞凋亡［77-78］。值得注意的是，在體外試驗中β-胡蘿卜素誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡所需濃度(2～20μmol/L)比正常人血清中β-胡蘿卜素濃度要高，但人體可通過補(bǔ)充大劑量類胡蘿卜素來提高血清中β-胡蘿卜素的濃度［79-80］。Nierenberg 等［79］研究表明，人體補(bǔ)充50 mg/dβ-胡蘿卜素，可使血清中類胡蘿卜素的濃度提高到 16.1 μmol/L。Prince等［80］研究顯示，人體攝入不同劑量的β-胡蘿卜素(51～102 mg/d)，可使血清中類胡蘿卜素的濃度穩(wěn)定在2.0～13.2 μmol/L。β-胡蘿卜素誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡可能是通過其潛在的調(diào)節(jié)半胱天冬酶級聯(lián)反應(yīng)活性來實現(xiàn)的，具體調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有待進(jìn)一步研究。

除上述功能外，類胡蘿卜素還在延緩衰老、預(yù)防心血管疾病以及防治白內(nèi)障、關(guān)節(jié)炎、糖尿病、腎小球炎、肝炎、肝硬化等慢性疾病方面具有一定的功效。

5 小結(jié)

類胡蘿卜素作為維生素A原，除了能滿足機(jī)體的維生素A需求、預(yù)防維生素A缺乏癥外，還在對維護(hù)人類健康、預(yù)防疾病、提高機(jī)體免疫力、維持畜禽正常生長與繁殖以及著色等方面發(fā)揮著重要的作用。近年來，有關(guān)類胡蘿卜素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝機(jī)理方面的研究日益增多，也取得了明顯進(jìn)展，但仍有不少問題有待進(jìn)一步深入研究與探索，如類胡蘿卜素在動物體內(nèi)的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，維生素A的生成、調(diào)控及作用機(jī)理，BCO2基因的調(diào)控模式及主要功能等。此外，類胡蘿卜素潛在的生物活性功能也有待進(jìn)一步發(fā)掘與深入研究。

致謝:

感謝山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所劉桂芬博士對文稿所提的寶貴意見。

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