综述:蚶类生物活性成分及药理活性的研究进展

时间:2026年5月27日
来源:Journal of Functional Foods

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蚶类是滤食性双壳贝类,富含多种生物活性成分,并具有悠久的食用与药用历史。其核心活性成分包括蛋白质、肽类、多糖及微量元素,这些成分表现出抗菌、抗氧化、抗肿瘤、免疫调节及抗贫血等多种药理活性。现代研究表明,蚶类的抗菌作用通过直接杀菌与间接抑菌机制实现;其抗氧化活性

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蚶类是滤食性双壳贝类,富含多种生物活性成分,并具有悠久的食用与药用历史。其核心活性成分包括蛋白质、肽类、多糖及微量元素,这些成分表现出抗菌、抗氧化、抗肿瘤、免疫调节及抗贫血等多种药理活性。现代研究表明,蚶类的抗菌作用通过直接杀菌与间接抑菌机制实现;其抗氧化活性主要依赖肽类、蛋白质和多糖等成分;其抗肿瘤活性可靶向多种癌细胞,并可通过诱导细胞凋亡及调节免疫等途径发挥作用;其免疫调节效应则依赖于多糖与功能蛋白等成分的协同作用。此外,蚶类在抗贫血、肠道保护及抗炎等方面亦表现出显著作用。本综述旨在为作为兼具药食两用价值的海洋资源的蚶类进一步开发与利用提供理论依据与研究方向。
1. Introduction

本文首先概述了蚶类作为帘蛤目相关海洋双壳软体动物在西太平洋与印度洋潮间带环境中的分布特征、生态适应性及传统药食两用历史。文中重点介绍了魁蚶、泥蚶与毛蚶等代表性种类,指出其在东亚和南亚地区长期作为食材及传统药物应用,尤其在贫血、胃痛、消化不良、泄泻与痢疾等病证中具有历史记载。与此同时,蚶壳亦被视为传统中药资源,具有化痰、散瘀、制酸与止痛等应用基础。文章进一步结合药食同源资源研究前沿,提出蚶类的药理效应具有多成分、多靶点、多通路协同特征,认为蛋白质/肽类、多糖与微量元素共同构成其核心物质基础;生物活性肽可通过金属螯合或结构修饰提升活性与营养价值;多糖及功能蛋白可通过受体介导信号通路调控免疫与炎症反应;血红蛋白与铁蛋白则因较高生物利用度而在改善缺铁性贫血方面具有独特优势。基于此,研究人员指出,分子对接(molecular docking)、分子动力学模拟(molecular dynamics simulation)及生物转化(biotransformation)等策略有望弥补蚶类机制研究与转化应用中的不足。

2. The bioactive constituents of ark clams

本部分系统总结了蚶类的主要生物活性成分,强调其作为海洋传统药物资源的重要性源于成分多样性。文中指出,泥蚶、毛蚶与魁蚶等物种富含蛋白质、肽类、多糖、脂肪酸、氨基酸及金属元素,构成其多重生物学效应的物质基础。

2.1. Proteins and peptides

研究显示,蚶类作为低脂海洋双壳贝类,蛋白质含量较高,同时富集多种生物活性肽。随着蛋白质与肽类分离、富集、纯化和测序技术的发展,近年来已从蚶类中分离鉴定出多种具有抗肿瘤、抗氧化、抗菌及免疫调节活性的蛋白质和肽类。代表性成分包括抗菌蛋白AI-hemocidin2、抗肿瘤蛋白ASP-3及抗氧化肽D2-G1S-1等,提示蛋白质与肽类是蚶类药理活性的关键组成部分。

2.2. Polysaccharides

文章指出,多糖是广泛存在于生物体内的基础大分子,具有多种生物学与药理学功能。在蚶类中,已鉴定的糖类成分主要包括α-D-葡聚糖ASPG-1、β-1,3-葡聚糖酶及酸性杂多糖SSPA50–1等,这些多糖大多具有抗肿瘤与免疫调节活性,显示出较高的生物医药研究价值。

2.3. Trace elements

蚶壳中富集的钙、镁、铁、锶、钠、钾等微量元素及矿物成分被认为与贝壳形成及结构稳定密切相关。其中钙占比最高,是贝壳的主要结构基础;部分元素如钾、铁等还可作为蚶壳与其他贝类鉴别的特征指标。文章还指出,蚶壳中丰富的矿物质尤其是钙和磷相关成分,为高值化利用提供了物质基础,例如可进一步转化为羟基磷灰石(hydroxyapatite, HAp)-磷酸三钙复合材料。

2.4. Other compounds

除上述成分外,蚶类及其贝壳还含有丰富的氨基酸、脂肪酸、甾醇及牛磺酸等。文中提示,部分成分具有免疫抑制活性,或可作为相关疾病的生物标志物,但具体机制仍有待深入阐明。

3. Pharmacological effects of ark clam bioactive constituents

该部分为全文核心,围绕蚶类生物活性成分的多种药理效应展开,重点论述其抗菌、抗氧化、抗肿瘤、免疫调节、抗贫血及其他生物学作用,并强调这些效应通常由多类成分协同介导。

3.1. Antimicrobial effects

文章指出,蚶类长期暴露于复杂潮间带病原环境中,因而演化出高效且多样化的抗菌防御系统。其抗菌效应并非由单一成分或单一通路介导,而是由蛋白质、肽类及小分子代谢物共同构成直接杀灭病原体与调节宿主免疫防御并存的双重抗菌网络。

3.1.1. Direct antibacterial effects

在直接抗菌方面,蚶类血红蛋白(hemoglobin, Hb)家族成员如二聚体HbI与四聚体HbII可通过多种机制发挥抑菌或杀菌效应。HbI既具有直接抗菌活性,也具有过氧化物酶样活性,可通过活性氧(reactive oxygen species, ROS)介导氧化应激抑制细菌生长;在微量H2O2刺激下,蚶类Hb还可通过血红素口袋内底物氧化启动非ROS依赖性抗菌途径。另有高纯度蛋白J2-C4对大肠杆菌、铜绿假单胞菌及多重耐药菌表现抑制作用,并兼具抗氧化潜力。来源于泥蚶的铁蛋白TgFer可通过与Cu2+相互作用参与抗菌过程,拓展了铁蛋白传统代谢调节功能的认识。此外,来源于Hb的肽类如TGH1、mTgHbP7及AI-hemocidin2可借助静电作用富集于革兰阴性菌膜表面,造成细胞壁穿孔、膜完整性破坏、膜通透性增加及胞内物质泄漏,并抑制生物被膜形成。部分人工突变优化衍生肽表现出更强抗菌活性且对哺乳动物细胞无明显毒性。TGH2与低强度超声联合时还显示出协同抑菌效应。

3.1.2. Indirect antibacterial effects

在间接抗菌方面,研究主要聚焦自噬、细胞免疫和营养免疫调控。TgATG13基因可被副溶血弧菌与脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)诱导,通过促进自噬体形成激活自噬通路并增强病原清除。泥蚶粒细胞是NO的主要来源,病原刺激后TgNOS表达显著升高,NO供体可增加血细胞内NO水平并降低细菌负荷,说明NO是关键抗菌效应分子。另有SbIGF-1R参与铁蛋白内吞及全身铁稳态维持,通过限制铁可利用性间接抑制病原菌增殖。

3.2. Antioxidant effects

文中指出,肽类、蛋白质和多糖是蚶类抗氧化活性的主要贡献者,其作用机制包括直接清除自由基、螯合金属离子以及调控肠道菌群稳态等,从而减轻氧化应激相关损伤,并在肝脏保护及金属毒性缓解方面显示应用潜力。

3.2.1. Peptides/polysaccharides

A. subcrenata来源的D2-G1S-1与G2-G1S-2可有效清除DPPH与ABTS自由基,并具有还原铁能力。泥蚶多糖在高脂饮食诱导的非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)小鼠中可通过调节肠道菌群组成,提高短链脂肪酸(short-chain fatty acid, SCFA)产生菌丰度,增强超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)与谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)活性,降低丙二醛(malondialdehyde, MDA)水平,并激活AMPKα1/PPAR-α/CPT1A通路以调节脂质代谢。

3.2.2. Proteins

J2-C4富含苯丙氨酸、丙氨酸等疏水及芳香族氨基酸,可通过电子转移清除自由基。金属硫蛋白(metallothionein, MT)基因上调与抗氧化防御系统激活共同参与汞毒性缓解。以美拉德反应制备的Hb-壳聚糖糖基化产物可借助壳聚糖引入的羟基实现铁离子螯合并终止自由基链式反应,相较天然Hb表现出更强抗氧化能力、更佳体外消化性与更高铁生物利用度。

3.3. Antitumor effects

蚶类来源生物活性物质对肝癌、乳腺癌、结直肠癌及宫颈癌等多种恶性肿瘤具有抑制作用,其机制涉及抑制异常信号通路、诱导程序性凋亡、调控宿主免疫及抑制侵袭转移等多个层面。

3.3.1. Anti-hepatocellular carcinoma cells

ASP-3可直接结合血管内皮生长因子受体2(vascular endothelial growth factor receptor 2, VEGFR2),抑制其磷酸化及下游VEGF信号,从而抑制HepG2细胞增殖与肿瘤血管生成。T. granosa来源提取物HSS则通过下调Bcl-2、上调Bax、促进细胞色素c释放并激活caspase-9、caspase-3及PARP裂解,诱导BEL-7402细胞凋亡。

3.3.2. Anti-breast cancer cells

ASPG-1可与巨噬细胞Toll样受体4(Toll-like receptor 4, TLR4)结合,激活TLR4-MAPK/Akt-NFκB通路,增强巨噬细胞活化、脾淋巴细胞活力及肿瘤组织内CD4+/CD8+ T细胞浸润,在与阿霉素盐酸盐(doxorubicin hydrochloride, DOX)联用时还能提高抑瘤率并降低毒性。JNY2PW同样通过TLR4-MAPK/NF-κB通路增强吞噬作用与炎性介质分泌,在4T1模型中抑制肿瘤生长,并改善免疫抑制状态。

3.3.3. Anti-colorectal cancer cells

PAS可抑制结直肠癌HT-29细胞增殖,并在体内抑制移植瘤生长,其机制与抑制胰岛素样生长因子1/受体(insulin-like growth factor-1/insulin-like growth factor-1 receptor, IGF-1/IGF-1R)通路有关。P6则通过诱导Ca2+内流、线粒体功能障碍、细胞色素c释放及ROS增加,激活p38MAPK通路并导致S/G2期阻滞。另有JNY2PW可下调趋化因子CXCL5,抑制Akt/mTOR及ERK/GSK3β/β-catenin信号,进而抑制上皮-间质转化及肿瘤细胞迁移侵袭。

3.3.4. Anti-cervical cancer cells

P2可通过ROS介导的丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)信号通路诱导HeLa细胞凋亡,并激活线粒体内源性凋亡途径以及JNK1/2与p38 MAPK信号,同时抑制ERK1/2信号;此外还通过下调cyclin B1/cdc2复合物并上调p21诱导G2/M期阻滞。

3.4. Immunomodulatory effects

蚶类免疫调节作用由多糖、功能蛋白及酶类等多种成分协同介导,不同物种具有不同调节特征。相关研究从天然免疫识别、炎症因子分泌、巨噬细胞极化、淋巴细胞增殖以及外源因子调节等层面展开。

3.4.1. Immunomodulatory effects of polysaccharides

ASPG-1、ASPG-2可结合巨噬细胞表面TLR4,激活TLR4-MAPK/Akt-NF-κB通路,增强RAW264.7细胞吞噬能力,促进NO、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)和白细胞介素-6(interleukin-6, IL-6)分泌,并诱导M1型极化。SSPA50–1与AIPW50–1则可促进巨噬细胞和脾淋巴细胞增殖,增强吞噬活性并诱导NO、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)、TNF-α及IL-6分泌。T. granosa来源AGPp还可同时调节TLR4/MyD88/NF-κB与TLR4/TRIF两条通路,呈现通路特异性免疫调节特征。

3.4.2. Immunomodulatory effects of functional proteins

功能蛋白方面,Ca2+依赖性C型凝集素(C-type lectin, CTL)TgCTL-1可通过单一糖识别结构域(carbohydrate recognition domain, CRD)识别病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs),促进细菌结合、凝集与血细胞吞噬。I84家族蛋白酶抑制剂基因则通过抑制丝氨酸蛋白酶和寄生因子参与宿主防御。丝氨酸蛋白酶抑制剂(serine protease inhibitor, SPI)家族还可通过直接抑制病原蛋白酶及间接促进抗菌肽生成发挥保护作用。A. broughtonii来源CRISP相关蛋白HPCG2可增强脾淋巴细胞增殖、自然杀伤细胞(natural killer cell, NK cell)细胞毒活性及巨噬细胞吞噬功能,并通过TLR4/JNK/ERK与STAT3通路诱导M1极化。

3.4.3. Immunomodulatory effects of enzymatic components

酶学成分方面,β-1,3-葡聚糖酶可增强巨噬细胞吞噬能力,并诱导NO、TNF-α与IL-6分泌,显示其在蚶类免疫调节中的重要作用。

3.4.4. Immunomodulatory effects of stress response molecules and exogenous regulatory factors

除内源成分外,γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)等神经递质及纳米材料亦参与免疫调节。GABA通过结合GABAa与GABAb受体,借助Cl内流、NF-κB下调以及cAMP/PKA和Ca2+/CaM通路抑制血细胞吞噬。低浓度纳米氧化锌(nano-zinc oxide, nZnO)和纳米氧化铜(nano-copper oxide, nCuO)则可在弧菌感染条件下提高血细胞总数和吞噬活性、降低ROS积累并上调NFκB、MyD88和MAPK等免疫相关基因。牛磺酸等营养成分还可通过调节肠道菌群与免疫稳态保护老龄大鼠肠道健康。

3.5. Anti-Anemia effects

文中指出,泥蚶来源Hb与铁蛋白因生物利用度高且胃肠道不良反应较少,可作为优质天然补铁来源。相关研究表明,其改善缺铁性贫血的效果优于硫酸亚铁,并可剂量依赖性改善器官系数、肝组织形态及血清铁蛋白、转铁蛋白受体水平。Caco-2细胞模型结果显示,蚶类Hb的铁生物利用度最高,这可能与其流体特性、较高α-螺旋/β-折叠比例以及较高酰胺I/酰胺II比例有关。AA/CA还能通过破坏蛋白氢键并增加无序二级结构促进可溶性铁释放与细胞摄取。

3.6. Other effects

除上述核心作用外,蚶类还具有肠道保护、抗凝、抗炎、抗肥胖、抗动脉粥样硬化、抗衰老、激素调节、神经调节及抗糖尿病等多种生物学效应。例如,相关蛋白可促进双歧杆菌在抗生素应激下增殖;蚶类Hb可改善缺铁性贫血模型中的肠道菌群失衡且不诱发硫酸亚铁常见的肠道炎症;来源于A. broughtonii的抗凝蛋白可通过抑制凝血因子IX延长活化部分凝血活酶时间(activated partial thromboplastin time, APTT)。A. subcrenata蛋白水解物ASAH与ASPH可经MAPK依赖的血红素加氧酶-1/核因子E2相关因子2(heme oxygenase-1/nuclear factor erythroid 2-related factor 2, HO-1/Nrf2)通路发挥抗炎作用。T. granosa多糖则可通过调控脂质代谢及肠道菌群改善肥胖和NAFLD。蛋白水解物来源肽LLRLTDL与GYALPCDCL可激活PPAR-γ/LXR-α通路,抑制泡沫细胞形成。另有研究表明,蚶壳来源锌可抑制芳香化酶活性,促进肌肉发育;丝氨酸消旋酶(serine racemase, SerR)与天冬氨酸消旋酶(aspartate racemase, AspR)可生成具有神经调节作用的D-氨基酸;泥蚶多糖(TGP)则可通过磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol-3-kinase/protein kinase B, PI3K/Akt)通路改善2型糖尿病相关糖脂代谢紊乱与胰岛素抵抗。

4. Modern applications

本文最后总结了蚶类在现代应用中的多维价值,涵盖口腔医学、环境监测、食品开发、解毒及药物产品开发等方向。

4.1. Oral medicine

蚶壳衍生CaCO3可延长牙髓穿孔后组织增殖期,有助于修复性牙本质形成;来源于T. granosa壳的HAp具备与商业产品相当的钙磷含量及天然多孔结构,可作为低成本骨修复生物材料。相关复合材料还能减少正畸复发、促进骨组织再生及作为拔牙后牙槽窝填充支架。

4.2. Environmental monitoring

由于对环境胁迫敏感,蚶类被广泛用作海岸生态污染指示生物。其存活率、能量储备、脂质过氧化水平、MDA、MT mRNA表达及重金属富集情况可反映海洋酸化与Cd、Cr、Hg等污染程度;同时亦可用于监测麻痹性贝毒(paralytic shellfish toxins, PSTs)、微生物污染及抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs),并在新污染物生态毒理学评估中发挥模型作用。

4.3. Food development

在食品开发方面,蚶类可被开发为抗衰老膳食补充剂、免疫增强功能食品及天然血红素铁补充剂。其高牛磺酸、低脂、高二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)及优质蛋白特征,使其在中老年营养支持、肿瘤辅助营养与特殊人群补铁方面具有应用前景。

4.4. Detoxification

蚶类自身具备ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter, ABC transporter)、谷胱甘肽S-转移酶(glutathione-S-transferase, GST)及细胞色素P450(cytochrome P450, CYP450)等解毒系统,可代谢腹泻性贝毒并排出污染物;TgABCA3介导的Cd外排亦显示其在重金属解毒与耐污育种中的潜在价值。

4.5. Pharmaceutical products

药物开发方面,A. broughtonii共生菌全基因组中发现了编码克拉霉素生物合成的基因簇,为新型抗菌及抗癌先导物挖掘提供了线索。另有来源于A. broughtonii蛋白的肽AWLNH与PHDL可通过经典Wnt/β-catenin通路促进人骨髓间充质干细胞(human bone marrow mesenchymal stem cells, hBMMSCs)成骨分化,提示其在骨质疏松防治产品开发中的潜力。

5. Conclusions

结论部分指出,蚶类富含蛋白质、肽类和多糖等关键活性成分,并通过多靶点、多通路机制发挥抗菌、抗肿瘤、免疫调节和抗贫血等作用,从而为其作为海洋药食两用资源的科学内涵提供了系统支撑。文章同时指出当前研究仍存在局限,包括小分子活性物质研究不足、构效关系与体内代谢研究不深入、生物安全性与毒理学证据薄弱、基础研究与产品转化衔接不足,以及质量控制标准尚未统一等。未来可结合人工智能(artificial intelligence, AI)与基因组学(genomics)、转录组学(transcriptomics)、代谢组学(metabolomics)等多组学技术,系统解析蚶类活性成分的构效关系与作用网络,并通过现代分离纯化、结构修饰、体内外效应验证及国际多中心临床研究推动其标准化、产业化与临床转化。总体而言,蚶类有望在精准医学、功能食品及生态环境保护领域形成从资源养殖、成分提取、产品开发到临床应用的完整产业链。

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