海洋深層水對代謝綜合征預(yù)防作用的初步研究.pdf

1、近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，陸地資源的有限性與經(jīng)濟(jì)發(fā)展對資源的需求之間的矛盾日益突出，于是世界各大經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國對資源探索的目光都不約而同的轉(zhuǎn)向海洋。海洋是一座資源寶庫，它不但擁有大量的礦藏、能源，同時還擁有其它眾多的寶貴資源，海洋深層水(deep-sea water，DSW)正是其中之一。DSW作為一種新的天然資源正在受到世人的矚目。
　　 DSW通常是指陽光照射不到，不能進(jìn)行光合作用，約200 m以深的海水。研究表明，DSw具

2、有不少有別于海洋表層水(surface-sea water，SSW)的優(yōu)良性質(zhì)，如低溫恒定性、礦物元素豐富且穩(wěn)定及無菌清潔性等特性。藥理研究表明，DSW具有多種藥理活性，如預(yù)防心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)，預(yù)防和治療肥胖病和糖尿病(diabetes mellitus，DM)，治療皮膚病，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)及抗氧化，抗疲勞，抗腫瘤及治療骨質(zhì)疏松等，但是其作用機(jī)制尚未闡明，而且DSW的取水深度也不確定，在不同

3、文獻(xiàn)中DSW的取水深度不盡相同。DSW的開發(fā)利用在日本、韓國和美國已經(jīng)進(jìn)入商品化階段，但我國尚無DSW方面的研究開發(fā)。
　　 隨著人們生活方式和飲食習(xí)慣的改變，代謝綜合征(metabolic syndrome，MS)及其相關(guān)疾病如高脂血癥、Ⅱ型糖尿病(type2 diabetes mellitus，T2DM)的發(fā)病率逐年升高。研究表明，礦物元素與MS及其相關(guān)疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，通過飲食補(bǔ)充有益礦物元素Mg、Ca、V、Cr、

4、Mn、Zn、Se，同時減少有毒微量元素Pb、Hg等的接觸，以維持體內(nèi)礦物元素含量的相對穩(wěn)定，對預(yù)防MS及其相關(guān)疾病的發(fā)生具有積極意義。DSW富含92種礦物元素，涵蓋了人體新陳代謝所需的元素種類，可以均衡滿足機(jī)體攝取各種礦物元素的需求，因此理論上，DSW對MS及其相關(guān)疾病均具有較好的預(yù)防作用。
　　 在我國水資源日益緊缺，水污染日趨嚴(yán)重，MS及其相關(guān)疾病發(fā)病率逐年攀升的情況下，無論是從經(jīng)濟(jì)角度還是人類健康角度出發(fā)，開發(fā)和利用DSW

5、都具有非常重要的意義及價值。
　　 本論文對我國南海海域DSW的藥用價值進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，首先確定具有開發(fā)利用價值的DSW的取水深度，并在細(xì)胞和動物水平對DSW的安全性、其對MS及其相關(guān)疾病的預(yù)防作用與作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究。主要內(nèi)容如下：
　　 1.具有開發(fā)利用價值的DSW取水深度的確定。研究表明，在海洋深層，海水的化學(xué)成分是相對恒定的，不隨深度、季節(jié)和海域的不同而變化；同時，日本學(xué)者M(jìn)iyarnura M發(fā)現(xiàn)，與

6、SSW相比，DSW對高脂血癥的預(yù)防作用更顯著。即在化學(xué)成分和藥理活性方面，DSW與SSW是有區(qū)別的。因此，采用化學(xué)成分和藥理活性分析相結(jié)合的方法確定具有開發(fā)利用價值的DSW的取水深度。分別汲取深度為150m，200m，300m，500m和1000m處海水，選擇這5個深度的原因為150m為公認(rèn)的表層，200m，300m和500m則是不同學(xué)者對海洋深層和表層的分界點(diǎn)，而1000m則是公認(rèn)的海洋深層。首先對這5個不同深度海水的化學(xué)成分進(jìn)行分析

7、對比：采用ICP-MS測定海水中52種無機(jī)元素的含量；通過OPA-MPA柱前衍生RP-HPLC法、TPTZ分光光度法、氣相色譜法及HPLC、UPLC-MS法對海水中的溶解游離氨基酸(dissolved free aminoacid，DFAA)、碳水化合物、脂肪酸和溶解有機(jī)物(dissolved organic matter，DOM)進(jìn)行測定分析，并采用主成分分析和聚類分析方法對測定結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明，500m和1000m海水的化學(xué)成

8、分非常相似，而與其他深度差異較大，說明500m及其以深的海水化學(xué)成分較為恒定。然后對不同深度的海水進(jìn)行脫鹽處理，制備得到硬度為1000的實驗用海水，并以自由飲水的方式給予高脂乳劑造模的高脂血癥大鼠，觀察它們對高脂血癥的預(yù)防作用及差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，給予28天后，500m和1000m海水能顯著降低高脂血癥大鼠的血脂水平，提高機(jī)體抗氧化酶如SOD及GSH-Px的酶活，抑制脂質(zhì)過氧化，并顯著提高脂蛋白代謝酶LCAT，LPL及HL的活性，從而改善高

9、脂血癥大鼠體內(nèi)的脂質(zhì)代謝紊亂狀態(tài)及其并發(fā)的脂肪肝和糖尿病，而其它深度海水組的各項指標(biāo)則與模型對照組沒有顯著差異，這一結(jié)果表明500m及其以深的海水具有較好的生物活性。結(jié)合化學(xué)成分與藥理活性分析結(jié)果，我們確定中國南海海域500m及其以深的海水均可用于DSW的開發(fā)利用。因為海洋的平均水深為3800m，所以海水的87％都可以用于DSW的研究開發(fā)，這一資源的數(shù)量是相當(dāng)巨大的。此外，化學(xué)成分分析表明，與SSW相比，DSW富含有益微量元素V、Cr、

10、Mn、Zn、Se等，而有毒微量元素Hg和Pb的含量則很低，而這些元素對MS及其相關(guān)疾病的發(fā)病和治療都是有影響的，所以DSW的藥理活性應(yīng)該與這些元素密切相關(guān)，而這些元素在DSW和SSW中的含量差異導(dǎo)致了它們藥理活性的差異。接下來，以取自1000m的DSW為例，對其安全性及對MS相關(guān)疾病如高脂血癥及T2DM的預(yù)防作用及其作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究。
　　 2.DSW的長期毒性研究。小鼠連續(xù)飲用硬度為1000的DSW63天，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與給

11、予自來水的空白對照組相比，其生長指標(biāo)如體重、飲水量、攝食量及各項血液學(xué)指標(biāo)、血液生化學(xué)指標(biāo)均無差異，主要臟器的組織形態(tài)學(xué)正常，未見與藥物毒性相關(guān)的明顯病變。這些結(jié)果表明DSW是安全無毒的。
　　 3.DSW對脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)作用及機(jī)制研究。通過體外培養(yǎng)HepG2細(xì)胞，并采用ELISA、Western Blot等方法檢測脂質(zhì)代謝關(guān)鍵蛋白HMGCR、ACC、LDLR、CYP7A1、ApoAI等的含量及其對AMPK及SREBPs信號通路

12、的影響，對DSW的降脂機(jī)制進(jìn)行研究。結(jié)果表明，DSW可以顯著降低HepG2細(xì)胞胞內(nèi)的脂質(zhì)含量，對肝臟脂質(zhì)代謝具有很好的調(diào)節(jié)作用。其作用機(jī)制為通過激活A(yù)MPK，磷酸化并失活膽固醇及脂肪酸合成的關(guān)建酶HMGCR和ACC，從而抑制膽固醇和脂肪酸的合成，并促進(jìn)脂肪酸的氧化，同時抑制SREBP-1c的表達(dá)，進(jìn)一步抑制脂肪酸及TG的合成；通過激活SREBP-2的裂解，上調(diào)LDLR的表達(dá)，提高機(jī)體清除LDL-C的能力；促進(jìn)CYP7A1的表達(dá)，促進(jìn)膽固

13、醇向膽汁酸的轉(zhuǎn)化；促進(jìn)ApoAI的分泌，增強(qiáng)膽固醇的逆轉(zhuǎn)運(yùn)，從而在各個方面對脂質(zhì)代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　 4.DSW對T2DM的預(yù)防作用及機(jī)制研究。分別在動物和細(xì)胞水平探討了DSW對T2DM的預(yù)防作用及其機(jī)制。動物實驗結(jié)果表明硬度為1000的DSW可以顯著降低高脂高糖飼料聯(lián)合STZ誘導(dǎo)的T2DM小鼠的空腹血糖(fasting bloodglucose，F(xiàn)BG)和空腹胰島素(fasting insulin，F(xiàn)Ins)含量，并顯著提高其

14、胰島素敏感指數(shù)(insulin sensitivity index，ISI)，說明DSW可以提高T2DM小鼠的胰島素敏感性，對T2DM具有較好的預(yù)防作用。細(xì)胞實驗結(jié)果表明DSW能夠明顯對抗高濃度葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素抵抗(insulin resistance，IR)。DSW能夠激活I(lǐng)RS-2/PI3K信號途徑，促進(jìn)IRS-2的酪氨酸磷酸化及其與PI3K的p85亞基之間的相互作用，提高下游分子Akt及GSK-3的磷酸化程度，抑制G6Pase的

15、表達(dá)，促進(jìn)糖原合成，抑制糖異生而減少肝糖輸出，從而抑制IR的形成。此外，DSW能夠激活細(xì)胞內(nèi)的AMPK信號通路，打開AMPK這個代謝“總開關(guān)”進(jìn)而調(diào)節(jié)糖脂代謝，通過抑制肝臟脂質(zhì)沉積改善IR。DSW還能夠抑制細(xì)胞內(nèi)JNK信號通路的激活，從氧化應(yīng)激方面改善IR。因為IR被公認(rèn)為MS的一個重要誘發(fā)因素，所以DSW對IR的改善作用表明其對MS具有較好的預(yù)防作用。
　　 同時，研究發(fā)現(xiàn)，人工配制的只含Mg和Ca的人工礦物質(zhì)水(artifi

16、cial mineralwater，AMW)對脂質(zhì)代謝和IR也具有一定的調(diào)節(jié)作用，而且作用機(jī)制和DSW較為相似，只是各方面的作用都較為微弱。這些結(jié)果表明DSW中的常量元素Mg和Ca對于DSW改善糖脂代謝和IR發(fā)揮了一定作用，而微量元素如V、Cr、Mn、Zn、Se等則進(jìn)一步加強(qiáng)了該效應(yīng)，使得DSW的藥理活性更為顯著，因此DSW對MS及其相關(guān)疾病的預(yù)防作用應(yīng)歸因于其中常量元素和微量元素的聯(lián)合作用，體現(xiàn)了多種礦物元素“協(xié)同作戰(zhàn)”的效果。

17、>　　 本論文首次對我國南海海域DSW對MS及其相關(guān)疾病的預(yù)防作用進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，為MS及其相關(guān)疾病如高脂血癥、DM等的預(yù)防提供一個新的思路，為DSW的研究開發(fā)提供了實驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)，并為更加全面而深入的研究開發(fā)提供了借鑒意義和啟示。
　　 DSW可以通過多途徑、多靶點(diǎn)對糖脂代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)，對MS及其相關(guān)疾病具有較好的預(yù)防作用，而且DSW具有安全無毒、資源豐富等特性，所以DSW在醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用價值及前景。在當(dāng)