在前面的推文中，我们详细地阐述了线粒体自由基衰老理论，无论是内源性还是外源性条件下产生的氧自由基（主要是超氧阴离子和过氧化氢），都会通过复杂而精密的信号通路，产生生理性或者病理性的效应。
如下图所示，蓝色方框里为正常的生理过程（例如，免疫、再生、发育以及衰老等），红色方框里为病理性的状态（例如，功能紊乱和疾病）[1]。
ASTALPHY
氧 化 应 激 与 线 粒 体
在人们日常的生活过程中，可以有多种方式（例如，不良饮食、感染、炎症和吸烟等）导致细胞出现氧化应激状态（如下图），氧化应激是人类衰老过程的主要因素。
作为细胞代谢的中心和氧化还原平衡的主要调节者，线粒体在能量代谢以及维持细胞氧化还原状态和调节细胞凋亡中起着关键作用。
氧化应激增加会使得线粒体结构和功能的完整性遭到破坏，随后出现的线粒体功能障碍会导致ROS过量产生，同时线粒体功能障碍也激活线粒体凋亡途径，最终导致细胞死亡。
因此，以线粒体为靶向的抗氧化剂可以阻止或减缓这些过程，延长寿命。
线粒体内的抗氧化网络主要由高能效的抗氧化酶以及小分子的化合物组成（例如，维生素、微量营养素和辅因子）组成，这些分子共同构成了细胞内氧化还原的格局。
早在2005年，发表在《Science》期刊（国际顶级期刊）的一篇文章就表明[2]，通过过表达过氧化氢酶（靶向线粒体），调节线粒体中H2O2的水平，可以延长转基因小鼠的寿命。
ASTALPHY
虾 青 素 抗 氧 化
众所周知，抗氧化剂是一种能够诱导抗氧化基因表达，防止低密度脂蛋白胆固醇氧化，并为大脑、心脏和肝脏提供抗凋亡作用的小分子化合物。
虾青素[3]是一种红色的β-紫罗酮环上出现衍生基团、含氧的类胡萝卜素，不具有维生素A活性。
虾青素的抗氧化作用主要表现为淬灭单线态氧、清除自由基；抗氧化剂淬灭活性氧的能力具有随共轭双键的增加而增加的特性，虾青素的结构中拥有较多共轭双键，使得具有显著的抗氧化活性。
同时结构中含有极性羟基和羰基的紫罗酮环的存在使其具有比其他类胡萝卜素更高的抗氧化能力。
有研究结果表明，虾青素对单线态氧的清除效果，是维生素C的6000倍，是维生素E的550倍，是番茄红素的10倍，是β-胡萝卜素的100倍。
越来越多的证据表明，虾青素具有降低氧化应激，维持线粒体完整性的作用。来自日本医科大学发育与衰老科学系的Wolf教授[4]证明虾青素通过保护线粒体氧化还原平衡来维持线粒体功能。
虾青素可显著降低生理上发生的氧化应激，并保持线粒体处于还原的状态，即使在使用H2O2（氧化剂）刺激后，它还能防止基质金属蛋白酶（MMP）的丢失，增加线粒体的耗氧量。
ASTALPHY
虾 青 素 抗 氧 化 实 验
华盛顿州立大学的park教授的一项研究表明[5]，在体内试验中，通过虾青素治疗，老年组（狗）的氧化损伤大大减轻，受损的线粒体功能得以恢复。
在该实验中，虾青素治疗增加了狗白细胞内线粒体的含量、ATP的产量和氧化呼吸链复合物Ⅲ的活性，这表明虾青素可通过增加线粒体的效能来防止衰老。
除此之外，虾青素(AST)也有提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性的作用。
西北农林科技大学的刘学波团队[6]通过研究AST对D-半乳糖诱导的大鼠脑老化是否有保护作用，实验中发现，AST能显著恢复衰老大鼠脑组织中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性，提高谷胱甘肽(GSH)含量和总抗氧化能力(T-AOC)（分别对应下图A、B、C、D），降低丙二醛(MDA)、蛋白质羰基化和8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)水平（下图E、F）。
此外，AST增加了衰老大鼠脑中Bcl-2/Bax的比值，但降低了环氧化酶-2 (COX-2)的表达。此外，AST改善了脑部海马区域的组织病理学变化，并恢复了衰老大鼠大脑和海马的脑源性神经营养因子(BDNF)水平。
这些结果表明，AST可以通过减轻氧化应激，改善海马损伤，上调BDNF表达，减轻脑老化。
虾青素是一种脂溶性营养素，当它与富含ω-3的油脂一起食用时可提升虾青素的吸收率。
虾青素特殊的化学结构使其可以贯穿磷脂双分子层，同时在细胞（器）膜的内层和外层起到抗氧化应激以及清除和淬灭ROS和自由基的作用。
这与其他抗氧化剂有明显的不同，例如，维生素E和β-胡萝卜素只能在膜的内层起作用；维生素C只能在膜外发挥作用。
迄今为止，在虾青素作为膳食补充剂消费的20年中，没有发现任何有记录的负面作用。
参 考 文 献
[1]Sies H.et al. Defining roles of specific reactive oxygen species (ROS) in cell biology and physiology[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2022,23(7):499-515. DOI:10.1038/s41580-022-00456-z.
[2]Schriner SE.et al. Extension of murine life span by overexpression of catalase targeted to mitochondria[J].Science,2005,308(5730):1909-11. DOI: 10.1126/science.1106653.
[3]孙长颢等.中华医学百科全书：营养与食品卫生学[M].北京：中国协和医科大学出版社，2019：97-101.
[4]Wolf AM. et al. Astaxanthin protectsmitochondrial redox state and functional integrity against oxidative stress[J]. J Nutr Biochem,2010,21(5):381-9. DOI: 10.1016/j.jnutbio.2009.01.011.
[5]Park J S.et al. Astaxanthin modulates age-associated mitochondrial dysfunction in healthy dogs[J].J Anim Sci,2013,91(1):268-75. DOI: 10.2527/jas.2012-5341.
[6]Wu W.et al. Astaxanthin alleviates brain aging in rats by attenuating oxidative stress and increasing BDNF levels[J].Food Funct, 2014,5(1):158-66. DOI: 10.1039/c3fo60400d.