利用秀丽线虫模型研究左旋和右旋虾青素的抗氧化活性差异及其分子作用机制

The antioxidative activity of astaxanthin rich in human diet play an important role in human health. There are different configurations of astaxanthin based on its chemical structure, and different configurations of astaxanthin may have different antioxidative activities in vivo. So far, the differences in antioxidative activity of 3R,3R’ (R) and 3S,3S’ (S) is not clear. According to the theory on the relationship between chiral structure and function as well as our previous studies, it is concluded that there are significant differences in antioxidative activity between R and S astaxanthin. Therefore, in this project we will prepare R and S astaxanthin from Haematococcus pluvialis and Phaffia rhodozyma, respectively. The model of Caenorhabditis elegans, a widely used model, will be used to reveal the differences in the antioxidative activity of R and S astaxanthin for the first time. The project will focus on determination of the expression levels of related genes and proteins in Insulin/IGF-1 signal pathway, and elucidation of the molecular mechanism of differences in the antioxidative activity of R and S astaxanthin. The proposed studies will generate important knowledge on the relationship between chemical structure and function of the chiral substance and the molecular mechanism involved, which will provide a solid scientific foundation to use astaxanthin in healthy food.

膳食中富含的虾青素的抗氧化作用对人体健康至关重要，虾青素存在的不同构型决定了其在生物体内发挥不同的抗氧化活性。迄今为止，不同立体异构体（左旋和右旋）虾青素的抗氧化活性差异及其原因尚不清楚。根据手性物质结构和功能的关系理论以及项目组前期的研究，左旋和右旋虾青素的抗氧化活性存在显著差异。因此本项目从不同生物来源（雨生红球藻和红法夫酵母）中分别制备左旋和右旋虾青素，首次采用国际高度认可的秀丽线虫模型来揭示左旋和右旋虾青素的抗氧化活性差异，重点研究在Insulin/IGF-1信号通路中虾青素对抗氧化相关基因和蛋白表达水平的变化，从分子生物学角度深入探讨左旋和右旋虾青素抗氧化存在差异的作用机理。研究结果对于揭示不同立体异构体结构和功能的关系及其作用机制具有重要的理论意义，对于指导虾青素在健康食品中的应用具有重要的指导价值。

膳食中富含的虾青素的抗氧化作用对人体健康至关重要，虾青素存在的不同构型决定了其在生物体内发挥不同的生物学功能。迄今为止，不同立体构型虾青素的抗氧化活性差异及其原因尚不清楚。因此，本项目从不同生物来源分别制备左旋、右旋和混合型虾青素单体，从化学、细胞和动物等不同层面，首次揭示了3种立体构型虾青素的抗氧化、延缓衰老活性差异及其作用机理，研究结果对于揭示虾青素的构效关系具有重要的理论意义，对于指导虾青素在健康食品中的应用具有指导价值。主要研究内容及结果如下：.（1）体外抗氧化活性比较：采用体外抗氧化化学方法、脂质体过氧化模型、细胞抗氧化活性（CAA）方法，不同立体构型虾青素抗氧化活性呈现相同的趋势：左旋>右旋>混合型；.（2）体内抗氧化和延缓衰老活性比较：以秀丽线虫为模型生物，虾青素在线虫体内的立体构型与摄入的构型保持一致；在正常培养和氧化应激条件下，不同立体构型虾青素抗氧化和延缓衰老活性顺序为：左旋>右旋>混合型；虾青素对秀丽线虫的正常生理功能（生殖能力、吞咽频率、移动力等）没有任何副作用，同时降低了因衰老引起的肠脂褐质积累和ROS积累，提高了体内SOD-3蛋白的表达；.（3）抗氧化、延缓衰老分子作用机制：利用RNA-seq技术，研究氧化应激条件下，左旋和右旋虾青素对秀丽线虫分子水平和代谢通路方面的影响。左旋和右旋虾青素组与氧化和衰老表型相关的共同显著差异基因有4条，揭示了虾青素可能通过上调胰岛素/胰岛素样生长因子-1信号通路（Insulin/IGF-1，IIS）中daf-16下游基因sodh-1和dod-3，增强氧化还原酶基因（cyp-37B1）表达以及下调col-93基因，从而减少线虫的氧化损伤，达到延长寿命的效果；左旋和右旋虾青素组线虫在IIS信号通路和氧化还原酶系统中富集的基因作用位点存在差异，如左旋虾青素使IIS信号通路中胰岛素受体基因ins-2、sodh-1和dod-3上调，右旋虾青素使sodh-1、dod-3上调和npa-1下调。.（4）成果：发表期刊论文9篇（SCI或EI收录7篇）和1篇国际会议论文，培养研究生3名，参加4次国内外相关的学术活动。