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龙虾壳红色素对 D-半乳糖衰老模型小鼠学
习记忆及脑组织抗氧化能力的影响#
孙晓雷1，汤伟2，张洁2，周鸣鸣3**
基金项目：基金项目：江苏省高校自然科学研究面上项目(12KJB310009)；南通市科技计划项目(S2008049，
BK2011015)；南通大学校级课题(2012002)；南通大学博士启动基金(03080519)
作者简介：孙晓雷（1970-），女，副教授，主要研究方向：微生物学
通信联系人：周鸣鸣（1977-），男，副教授，主要研究方向：细胞生物学
（1. 江苏省南通大学医学院 微生物学教研室； 5
2. 江苏省南通大学医学院 免疫学教研室；
3. 江苏省南通大学 生命科学学院 遗传学研究室）
摘要：目的 观察龙虾壳红色素对 D-半乳糖衰老模型小鼠的影响。方法 建立 D-半乳糖致小
鼠衰老模型，通过 Y迷宫实验观察 D-半乳糖衰老模型小鼠学习记忆能力,采用黄嘌呤氧化酶
法、TBA 比色法测定大脑 SOD 活性和 MDA 含量活性，Sohal 法测定小鼠大脑组织中脂褐10
质(LF) 含量，双波长薄层扫描仪测定全脑谷氨酸(L-glu)的含量。观察小鼠服用龙虾壳红色
素提取物后上述指标的变化。结果 与 D-半乳糖模型组相比,龙虾壳红色素中、高剂量可提高
衰老模型小鼠的学习记忆能力(P<0．05)；龙虾壳红色素中、高剂量可增加 D-半乳糖所致衰
老模型小鼠大脑 SOD活性、降低MDA、LF含量(P<0．05)；虾红素高剂量可抑制谷氨酸含
量的增加(P<0．05)。结论 龙虾壳红色素能有效改善 D-半乳糖致衰老小鼠空间学习记忆能15
力及脑组织的抗氧化能力，从而达到延缓脑衰老的作用。
关键词：虾红素；D-半乳糖；抗氧化
中图分类号：
The Effects of Astaxanthin on Learning Ability and the 20
Oxidative Stress in Brain of Aging Mice Induced by
D-galactose
SUN Xiaolei1, TAN Wei1, ZHANG Jie1, ZHOU Mingming1,2
(1. Medicine school, Nantong University, Nantong 226019;
2. Life Sciences school, Nantong University, Nantong 226019) 25
Abstract: Objective To study the effect of Astaxanthin on the Oxidative Stress in Brain of Aging
Mice Induced by D-galactose．Methods With the model of aging mice induced by D-gal ，the
learning memory ability of mice was measured by using Y-maze，and the contents of SOD、MDA、
Lipofuscin and L-glutamate in the cerebrums were determined, the mice treated with Astaxanthin
were observed．Results In D-gal+ Astaxanthin (middle or high doses)groups，the abilities of 30
learning-memory of aging mice were remarkably improved ,the activities of SOD increased and
the MDA、Lipofuscin and L-glutamate content decreasd clearly in the cerebrums of mice, when
compared with D-gal model group(P<) ．Conclusions Astaxanthin can ameliorate aging of
mice induced by D-gal．
Key words: Astaxanthin；D-galactose；antioxidant 35
0 引言
虾红素（又称虾青素）（astaxanthin）是从河螯虾外壳、牡蛎和鲑鱼中发现的一种红
色类胡萝卜素，化学名称是3，3′-二羟基-4，4′-二酮基-β，β′-胡萝卜素，在体内可
与蛋白质结合而呈青、蓝色。天然界虾青素是由藻类、细菌和浮游植物物产生的。一些水生
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物种，包括虾、蟹在内的甲壳类动物都食用这些藻类和浮游生物，然后把这种色素储存在壳40
中，于是它们的外表呈现红色。这些贝壳类动物又被鱼（三文鱼、鳟鱼、加利鱼）和鸟（火
烈鸟，朱鹭）捕食，然后把色素储存在皮肤和脂肪组织中。这就是三文鱼和其他一些动物呈
现红色的原因[1]。
天然虾红素是迄今为止人类发现自然界最强的抗氧化剂，其抗氧化活性远远超过现有的
抗氧化剂。虾红素是一种非维生素A源的类胡萝卜素,主要存在于水产动物和藻类中,它具有45
很强抗氧化性,在清除自由基、抗癌、增强骨骼肌力量等方面也有作用[1、2]。
龙虾生命力强，繁殖快，肉质鲜美，而且营养丰富，但是人们吃完龙虾后就会把虾壳丢
弃。其实龙虾壳有许多的开发利用价值，壳质中含有甲壳素、蛋白质等有机物和钙等无机物，
还有一部分的色素［3］。我们对其进行研究，不仅可以变废为宝、节省资源，又能保护环境。
近年来，国内外对于天然色素都十分关注，也广泛应用于食品、化妆品、医药等行业［4］，50
它们主要利用了这些色素具有的抗氧化活性。对虾红素抗氧化性研究还少有报道，单微娜[5]
等报道，龙虾壳红色素对羟基自由基、DPPH 自由基和过氧阴离子均具有明显的清除效果，
且呈一定的量效关系。表明龙虾壳虾红素有明显的体外抗氧化活性。而关于龙虾壳红色素对
衰老模型小鼠学习记忆和脑组织抗氧化能力尚未见报道。为深入开发利用这一天然抗氧化资
源，本课题在龙虾壳红色素体外抗氧化活性基础上，利用 D-半乳糖所致衰老小鼠模型，研55
究了龙虾壳红色素体内脑组织抗氧化与抗衰老的生理活性，为虾红素作为天然抗氧化的保健
食品和药品等的开发利用提供一定的理论基础和现实依据。
1 材料
实验动物
健康成年 ICR 小鼠，雌雄各半，体重 18～20g，由南通大学实验动物中心提供。 60
药品与试剂
维生素 E软胶囊：浙江医药股份有限公司新昌制药厂（批号：H33020187）；D-半
乳糖（D-gal）：上海生工生物工程有限公司进口分装；超氧歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）
检测试剂盒由南京建成生物工程研究所提供。新鲜龙虾，江苏省南通市售。
主要仪器与设备 65
ALC PK121R 高速低温离心机； Thermo Fresco 低温冷冻离心机 Millipore
AdvantageA10 超纯水系统； Thermo MultiSkanMK3 酶标仪;Cavoy MiniP-4 电泳槽； Cavoy
湿转电泳槽；Bio-Rad 电泳仪。SP-722 可见光分光光度计：上海棱光技术有限公司；DK-S24
型恒温电热水浴锅 上海精宏实验设备有限公司。
2 方法 70
龙虾壳红色素的提取
将新鲜龙虾在 HCl（1 mol·L－1）中浸泡 24h，用蒸馏水洗至中性，取壳去肉，再用
蒸馏水清洗至中性，并去除残留的肉，然后烘干(50℃) ，粉粹，备用。采用超声微波协同
萃取法提取。每次称取 2 g 粉粹后的虾壳，置于与换能器紧密连接的圆底烧瓶中，加入一定
比例的萃取溶剂 95%乙醇，将圆底烧瓶放入超声微波协同萃取仪，设定微波功率和萃取时75
间，启动仪器。萃取完成后，冷却、过滤、纯化、旋转蒸发得膏状物，冷冻干燥后 4℃下保
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存[3]。
D-半乳糖衰老小鼠模型的建立：
ICR 小鼠 72 只，雌雄各半，随机分为 6 组：①D-gal +虾红素低剂量组；②D-gal +虾
红素中剂量组；③D-gal +虾红素高剂量组；④D-gal +维生素 E组；⑤D-gal 组；⑥正常对照80
组。①、②、③、④、⑤组小鼠颈背部皮下注射 5%D-半乳糖 6 周建立
衰老动物模型；其中①、②、③、④组小鼠于第 3 周分别灌胃给药虾红素提取物 1g·kg-1·d-1、
2g·kg-1·d-1、4g ·kg-1·d-1 及维生素 E 100 mg·kg-1·d-1；⑤组小鼠给予等量双蒸水；⑥组小鼠颈背
部皮下注射等量生理盐水并于第 3 周给予等量双蒸水作为非模型正常对照组[6]。
Y 迷宫分辨学习记忆能力检测： 85
Y 迷宫为三等分辐射式反射箱。以小鼠被电击后逃至安全区为一次正确反应，连续
10 次测试中有 9 次（90%）正确反应，定为学会标准。记录各实验组和对照组每只小鼠达
到学会标准的训练次数[7]。
大脑 SOD 活性测定：
小鼠断头处死，迅速取大脑组织，加入适量组织匀浆液，在冰浴中匀浆，采用 Bradford90
法测定总蛋白含量。取 1%大脑组织匀浆液，采用黄嘌呤氧化酶法（SOD 检测试剂盒），于
波长 550nm 处分别测定各实验组和对照组小鼠大脑组织匀浆液的吸光度值。
大脑 MDA 含量测定
小鼠大脑组织蛋白匀浆和定量方法同上。采用 TBA 比色法（MDA 检测试剂盒），于
波长 532nm 处分别测定各实验组和对照组小鼠大脑组织匀浆液的吸光度值。 95
大脑脂褐质(Lipofuscin) 含量的测定
用 Sohal 法，称取小鼠脑组织 100mg，加入氯仿、甲醇（2:1）提取液 2ml，充分磨成
匀浆，滤纸过滤，加提取液至 5ml，紫外线照 30s，于荧光分光光度计上测定其荧光强度值
（发射波长 435nm，激发波长 365nm）。
脂褐质含量（ug/g 组织）=（样品荧光强度—空白荧光强度）/硫酸奎宁荧光强度×100
硫酸奎宁浓度×（匀浆体积/样品重量）
大脑谷氨酸含量的测定
小鼠断头处死，称取小鼠脑组织 100mg，用 的三氯乙酸制作 10%的匀浆，
取上清液用石油醚-正丁醇洗后，点样，电泳，茚三酮显色后用双波长薄层扫描仪测定全脑
谷氨酸的含量。 105
统计分析：采用 stata 统计分析软件，比较各实验组与对照组间的差异。
3 结果
虾红素对 D-半乳糖衰老模型小鼠的学习记忆能力影响
结果表明，与正常对照组相比，D-半乳糖造模 6 周后，模型组小鼠达到学
会标准所训练的次数明显增加（P<），而虾红素中、高剂量组小鼠达到学会110
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标准所训练的次数明显低于模型组（p< ），且存在着明显的剂量反应关系。
结果见表 1。
表 1 虾红素对 D-半乳糖衰老模型小鼠学习记忆能力的影响（ SDx ± ）
Table 1 The effect of astaxanthin on learning ability of Aging Mice Induced by D-galactose
分组 用药情况 例数 学会所用次数
1 虾红素低剂量组 12 92. 7±
2 虾红素中剂量组 12 ±**
3 虾红素高剂量组 12 ±4. 7**
4 D-gal +维生素 E 12 ±*
5 D-gal 组 12 ±
6 正常对照组 12 ±*
注：*与 D-gal 组相比 p < ;**与 D-gal 组相比 p < 115
Note：* means compared to D-gal control group, p < ; **means compared to D-gal control group, p < .
虾红素对 D-半乳糖所致衰老模型小鼠大脑组织 SOD 活性、MDA、LF、L-glu
含量的影晌：
结果表明，与正常对照组相比，D-L 半乳糖造模 6 周后，模型组小鼠大脑组织 SOD 的
活性显著降低（P<），而 MDA、LF 和 L-glu 的含量却明显升高（P<）。与模型组120
相比，虾红素中、高剂量均可使小鼠大脑组织 SOD 活性明显增加（P < ）、MDA、LF
含量明显降低（P < ），此作用存在着明显的剂量反应关系。虾红素高剂量可显著抑制
谷氨酸含量的增加，结果见表 2。
表 2虾红素对 D-半乳糖衰老模型小鼠脑 SOD 活性和 MDA、LF 和 L-glu 含量的影响（ SDx ± ）
Table 1 The effect of astaxanthin on SOD、MDA、LF 和 L-glu level of Aging Mice Induced by D-galactose 125
分组 例数 SOD 活性
（nU/mg prot.）
MDA 含量
(nmol/mg prot.)
LF 含量
（ug/g）
L-glu 含量（umol/g）
1 虾红素低剂量组 10 69. 08± ± ± ±
2 虾红素中剂量组 10 ±** ±** ±** ±
3 虾红素高剂量组 10 ±** ±** ±** ±**
4 D-gal +维生素 E 10 ±** ±** ±** ±*
5 D-gal 组 10 ± ± ± ±
6 正常对照组 10 ±* ±* ±* ±*
注：*与 D-gal 组相比 p < ;**与 D-gal 组相比 p <
Note：* means compared to D-gal control group, p < ; **means compared to D-gal control group, p < .
4 讨论
D-半乳糖致衰老小鼠模型是基于衰老代谢学说复制而成的一种衰老动物模型，具有与自
然衰老相似的自由基代谢紊乱特征，其衰老反应接近自然衰老[8]。 D-半乳糖可在体内氧化130
产生大量自由基，从而引起脂质过氧化作用的链式反应，导致细胞膜损伤。同时过氧化脂质
（LPO）的分解终产物如丙二醛（MDA）可与 DNA 或 RNA 及蛋白质和磷脂的有关物质结
合，使细胞膜成分改变、功能障碍，促进衰老。脂质过氧化终产物如 MDA 可引起精神行为
改变，并通过交联、结合形成脂褐质（LF），导致神经系统的障碍[9、10]。研究表明，MDA
含量随年龄的增加而增高，而 SOD 活性却随年龄的增加而降低。SOD 在保护心脑功能、延135
缓衰老方面具有重要的作用。SOD 活性与物种寿命呈正相关。本研究结果证实，D-半乳糖
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造模组小鼠的学习记忆力下降大脑 SOD 活力降低，而 MDA 含量却明显升高，表现出明显
的衰老特征[11]。脂褐素(1ipofIlscin)的沉积是衰老的一种标志，其沉积程度与脂质过氧化反
应呈正相关。脂褐素主要积累在大脑皮层和海马，可破坏细胞磷脂膜结构，导致线粒体和粗
面内质网减少以及空泡形成等亚细胞结构的变化，并使神经元数目减少，产生拟衰老变化140
[12]。实验结果表明与 D-半乳糖模型组相比，虾红素中、高剂量可提高衰老模型小鼠的学习
记忆能力(P<)，增加 D-半乳糖所致衰老模型小鼠大脑 SOD 活性、降低 MDA、LF 含量
(P<),说明虾红素能提高机体 SOD 抗氧化酶活力，并对 MDA、脂褐素的沉积也有一定作
用。谷氨酸是中枢神经系统中一种重要的神经递质。研究表明，自然衰老动物脑中谷氨酸含
量增加，此物质持续激活 N-甲基-D-天门冬氨酸(N-methyl-D-aspartate；NMDA)受体，使细145
胞外 Ca２＋内流，细胞内 Ca２＋超载，产生大量的自由基，导致神经系统损伤；如脑组织中一
些特殊神经元被破坏，其功能丧失可加速衰老过程，最终导致多种衰老体征的出现。谷氨酸
的增多与衰老有密切联系［13］，大致可概括：谷氨酸-自由基-衰老。本实验结果表明，与正
常组相比，模型小鼠脑中谷氨酸含量增加，虾红素高剂量可抑制谷氨酸含量的增加(P<0．05)，
进一步证明脑内谷氨酸含量可作为一种新的衰老指标，用于抗衰老药物的研究。 150
单微娜等报道了龙虾壳红色素的体外抗氧化活性，龙虾壳红色素具有较强的体外抗氧化
性能，且随着浓度的增大其抗氧化作用亦增大。有较强的对羟基自由基(·OH)的清除能力
以及对超氧阴离子自由基的清除能力。虾红素对自由基有很强的清除作用，主要原因是它的
化学结构不仅同其他类胡萝卜素一样具有很长的共轭双键链，而且在共轭双键链的末端还有
羟基和不饱和酮基，这些结构都具有较活泼的电子效应，能向自由基提供电子或吸引自由基155
的未配对电子，从而起到清除自由基的作用[5]。
5 结论
本项目通过虾红素体内抗氧化性研究，证明其能够有效清除氧自由基，可以有效对抗
D-半乳糖所致的小鼠亚急性衰老和学习记忆及脑组织抗氧化能力的降低，具有抗脑衰老作
用。其抗衰老的机制可能是通过提高机体 SOD 等抗氧化酶活力，减少兴奋性神经递质-谷氨160
酸的含量，从而对抗自由基对细胞的损伤，降低 MDA、LF 等代谢产物的产生而有效地对抗
D-半乳糖所致的小鼠衰老体征的出现和学习记忆能力的下降。这将为我们合理开发利用虾红
素资源和研制新型的功能食品、药品和化妆品提供了依据。
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