蜂王浆的营养保健功能及分子机理研究进展

摘要：蜂王浆是重要的蜂产品，它不仅是调控蜜蜂发育和级型分化的营养食物，而且对动物和人体保健均具有非常有效的生理活性。介绍了王浆的活性成分，整体成分和主要活性成分王浆酸、王浆蛋白及多肽的营养保健功能，阐明了王浆与寿命和生殖力相关的分子机理研究新进展，并根据国内外最新研究趋势，提出了重视王浆基础研究，发展深加工和生物工程产业的相关建议。关键词：蜂王浆；活性成分；营养保健功能；分子机理

作者：沈立荣1，张璨文1，丁美会1，张伟光1，金凤1，裘卫2(1.浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州310029；2.杭州碧于天保健品有限公司，杭州311500)

蜂王浆(royaljelly)是由5~15日龄蜜蜂的哺育工蜂咽下腺、上颚腺和脑后腺等腺体，即王浆腺分泌的乳状物质，又名蜂皇浆、蜂乳、王乳，生产王浆的原料来源于工蜂作为食物的蜂蜜和发酵花粉。据文献记载，王浆作为人类的营养保健品历史悠久，如《圣经》、《古兰经》和《犹太教法典》都有王浆作用的描述。中国在清朝初期就有应用，当时称王浆为“蜜尖”，是专供皇帝食用的贡品。从19世纪起，随着现代化学技术的应用，王浆的营养成分通过化学分析得到认识，其营养保健功能也经过动物和临床医学实验得到验证，因此逐渐发展成为一类全球应用的功能食品、营养补充剂、医药或化妆品原料。但长期以来国内外对王浆的利用一直限于鲜王浆、冻干粉等整体成分。近年来，国际蜂学领域基因组学与蛋白组学研究取得了一系列重大成就，对王浆蛋白和多肽的组成、营养保健功能和机理研究取得了很多新进展，明确了王浆对蜜蜂幼虫级型分化的营养调控作用，这些新的研究进展将为王浆的深加工，特别是生物活性成分的研究应用和新产品开发提供重要的科学依据。

1、蜂王浆整体的营养保健功能

蜂王浆含水分62.5%~70%，干物质30%~37.5%。干物质包括蛋白质36%~55%、糖20%~39%、脂肪酸7.5%~15%、维生素1%，还含有酶、激素、游离氨基酸和微量元素等。蛋白质和脂肪酸是王浆主要的生物活性成分，其中蛋白质中2/3是清蛋白，1/3是球蛋白。王浆蛋白中占82%~90%的主蛋白MRJPs成分(majorroyaljellyproteins)是最主要的活性蛋白。已发现王浆含26种脂肪酸，最主要的是10-羟基-2-癸烯酸(即王浆酸，10-hydroxy-2-decanoicacid，10-HAD)，它是王浆所特有的化学成分。

对王浆营养保健功能的认识，最初源于养蜂学家观察到的王浆对蜜蜂的营养功能：刚出生的蜜蜂幼虫都以王浆为食，但工蜂幼虫3日龄后改吃花粉和蜂蜜，其生殖系统及相关器官便不再发育。而蜂王因终生以王浆为食，其生殖系统及相关器官充分发育，成年后既具有旺盛生殖力又非常长寿。通常工蜂从幼虫发育为成虫需要21d，寿命仅30~40d，冬季为140d。蜂王从幼虫发育为成虫仅16d，寿命长达3~5a，最长达8a，是工蜂的数十倍。在繁殖季节，蜂王每天产卵1500~2000粒，卵总重量相当于蜂王体重，一生产卵300多万粒，而工蜂集不具生殖功能。据此，人们意识到王浆是对蜜蜂生长发育和级型分化具有特殊调节功能的营养物质，并联想到可能对人类也有类似功能。历年来国内外研究已证实，王浆或王浆冻干粉具有抗炎和促进皮肤伤口愈合、降血压和扩张血管、降低胆固醇、抗疲劳、促进胶原活性和胰岛素样活性域，抗过敏、促进细胞生长、提高小鼠单核巨噬细胞系统和细胞免疫系统功能，提高荷瘤小鼠平均生存时间等作用。临床医学上，王浆在提高老年人和体弱多病者抵抗力，改善营养不良、发育迟缓和皮肤新陈代谢，治疗更年期综合征、肝病、神经系统疾病、心血管疾病和作为抗肿瘤辅助用药等方面已广泛应用。关于王浆对其他动物是否也具有类似的营养保健功能，即兼具延长寿命和提高繁殖力的作用，一直是受到学者们关注的研究内容。对果蝇、小鼠等模式生物研究得出的经典衰老理论认为，生殖过度即意味着能量消耗过度，将会导致寿命缩短。而对蜂王既长寿又具有旺盛的生殖力这一特殊现象难以解释。Inoue等曾将王浆冻干粉喂食小鼠，结果显示中剂量组(6mg/kgrd)和高剂量组(60mg/kg·d)中小鼠半数平均寿命比对照延长25%，Husein等试验表明，灌服王浆能提高母羊的发情和怀孕率，也能改善兔子授精和胚胎发育。国内也有类似报道，如王浆有促性腺激素样作用，使幼年大鼠提早性成熟，使睾丸和卵巢重量明显增加；饲喂王浆使公鹌鹑提早成熟，母鹌鹑提早产蛋。在蛋鸡饲料中分别添加2%、4%和6%的鲜王浆，连续喂养60周龄的母鸡2个月，结果母鸡产蛋率分别比对照提高2.4%、4.75%和5.35%。王立新等在黄粉虫幼虫和成虫饲料中添加2%的鲜王浆，使产卵量提高了97.79%、孵化率提高了81.90%；成虫期补充2%的蜂王浆，产卵量提高了90.65%、卵化率提高了61.66%。孙亮先等在果蝇羽化至性成熟期间补饲不同剂量的鲜蜂王浆，发现补饲王浆可显著提高雄果蝇的繁殖力，其F，代成蛹数比对照组高158%。但迄今尚未在其他动物或模式生物中发现王浆具有类似于蜜蜂的，同时延长寿命和提高繁殖力双功能作用的例证。

2、蜂王浆主要活性成分的营养保健功能

2.1王浆酸的功能

1921年德国学者D.J.郎格首次在工蜂上颚腺中发现了王浆酸。王浆酸是王浆特有的活性成分，因此王浆酸含量高低一直作为全球王浆贸易中衡量质量及辨别真伪的最主要的指标。目前，用裂解蓖麻油化学合成王浆酸的工艺技术也已十分成熟，长期以来，对王浆酸的功能已有大量研究报道，主要包括抑菌、降血脂、抗肿瘤、免疫调节等。

据徐友第报道，王浆酸能强烈地抑制细菌、真菌的生长，并具有杀死细菌的作用，对炎症早期的血管通透性、组织液渗出以及水肿都有明显的抑制作用；低浓度的王浆酸对金黄色葡萄球菌、链球菌、变形杆菌、大肠杆菌、枯草杆菌、结核杆菌、星状发狮菌、表皮癣菌等有抑制作用，高浓度时有杀灭作用。但其抗菌作用比青霉素小4倍，比氯霉素小5倍。此外，王浆酸能抑制应激性溃疡及幽门结扎型和消炎痛性胃溃疡的形成，促进醋酸性胃渍疡的愈合，并能抑制胃酸分泌，增强胃黏膜细胞保护作用。王文风等研究表明，王浆酸的抑菌作用因菌种的不同而最低抑菌浓度有所不同：对大肠杆菌其最低抑菌浓度为0.625mg/mL、对枯草芽孢杆菌为1.25mg/mL、对金黄色葡球菌为2.5mg/mL，抑菌效果为：大肠杆菌>桔草芽抱杆杆菌>金黄色葡萄球菌。

许东晖等通过喂食高脂食物建立了高脂血动物模型，测定了王浆酸对高脂血动物预防给药及治疗给药的作用效果。王浆酸可降低实验性高脂血症太鼠血液中甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)和总脂蛋白含量，同时升高高密度脂蛋白(HDL)含量。王浆酸可改善血液中脂肪含量，减少饭后脂肪堆积沉淀，防止脂类物质的合成。

Townsend等最早证实王浆酸具有抗白血病和腹水癌的活性。戴静芝等实验表明，王浆酸抑制肿瘤细胞生长的作用明显，并能促进吞噬细胞的吞噬功能。黄强等经动物实验表明，王浆酸有明显的抗裸小鼠人脑胶质瘤作用，并可提高骨髓增殖能力。

石憬林研究表明，王浆酸能促进骨髓细胞分裂，促进人体外周血淋巴细胞脱氧核糖核酸合成，促进被PHA激活的淋巴细胞的转化作用，增强免疫力。谢卓丘等报道，王浆酸能增强免疫抑制小鼠的免疫功能，而对正常小鼠的免疫功能无明显影响，表明它可能是一种免疫调节剂。巫冠中等关于王浆酸对动物免疫系统的影响的研究表明，王浆酸对正常小白鼠的细胞免疫反应有明显的促进作用，对年老、疾病或体衰等引起的免疫功能低下有一定的防治作用。王国燕等研究表明，王浆酸可促进刀豆球蛋白A诱导的T淋巴细胞增殖反应，促进小鼠产生白介素2，还可调节T淋巴细胞参与的免疫反应。石品等的观察结果表明，王浆酸对小鼠外周血淋巴细胞计数无明显影响，但能抑制由PHA诱导的小鼠体内淋巴细胞转化；王浆酸对小鼠免疫功能有一定的抑制作用，该抑制作用与其促进肾上腺皮质的功能有关。据黄小凤等报道，王浆酸能保护和恢复内脏的蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸。

2.2王浆蛋白和多肽的功能

尽管王浆中蛋白质和多肽含量很高，但长期未受重视，迄今也未列人国内王浆产品标准。但近十多年来，王浆活性蛋白和多肽的营养保健功能正成为国际上研究的热点。已发现RoyalisinT和Jelleines(两种抗菌肽，Royalisin对革兰氏阳性细菌有较强的抑菌活性。鲜王浆的水提成分(WSR)和碱提成分(ASR)能清除.试验样品中的羟基自由基，显示出抗氧化和清除活性氧能力；用胃蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解鲜王浆可获得20%-26%的具有抗氧化活性的水溶性蛋白，作用强于未作酶解的王浆水提成分和碱提成分。王浆粗蛋白能够促进离体培养的昆虫细胞生长，效果优于牛血清蛋白，而对离体培养的人体Hela肿瘤细胞则显示细胞毒性。

2006年，西方蜜蜂(Apismellifera)全基因组测序分析结果公布，使蜜蜂成为继黑腹果蝇(Dro-sophilamelanogaster)、按蚊(Anophelesgambiae)和家奎(Bombyxmori)之后第四种加入基因组测序俱乐部的昆虫。作为蜜蜂基因组研究的九项成就之一，王浆主蛋白MRJPs家族的9个成员(MRJP1~MRJP9)间的分子进化关系得到了解析。通过对该家族基因、分子结构和功能的研究，得到了许多重要的科学发现。MRJPs包含大量的必需氨基酸，在蜜蜂营养中有着重要作用，其中分子量为56~57kDa的MRJP1是最丰富的糖蛋白，占王浆水溶性蛋白的48%。MRJPImRNA在新羽化蜂、哺育蜂、采集蜂头部有不同表达，在咽下腺，即大脑草体的Kenyon细胞中表达，在大脑中发挥调控作用。Kamakura等针对鲜王浆能使小鼠运动后改善生理疲劳的功能，进行了组分与功能关系分析，确定王浆对小鼠的抗疲劳作用与其新鲜度，即MRJP1的含量有关。随后对原代培养的大鼠肝细胞的生理影响研究发现，MRJP1能显著刺激肝细胞的DNA合成，其促细胞分裂活力具有剂量效应，浓度越高活力越强，显示出促细胞分裂因子活性。在大肠杆菌中重组表达的MRJPI具有促进鼠吞噬细胞释放肿瘤细胞坏死因子TNFa，提高肝细胞增殖作用；在有充足血清的媒介中能刺激人淋巴细胞生长。Yamaguchi等通过王浆酸、粗蛋白、MRJP1与蜂幼虫生长关系的观察，发现MRJP1是促进蜜蜂幼虫生长的关键成分，且两者呈剂量依赖关系，因此他们在2008年第九届亚洲养蜂大会上强烈建议将MRJP1作为评价王浆质量的指标。Okamoto等通过对小鼠的研究，表明MRJP3在体内外具有免疫调节功能，不仅能抑制IL24的产生，还能通过抑制T细胞增殖而抑制IL22和IFN2y的产生。Bilkova等的研究表明，小肽Apisimin有刺激人单核细胞增殖的作用。这些研究新进展使人们认识到王浆蛋白和多肽，特别是MRJPs是非常重要的功能成分。

3、蜂王浆作用的分子机理

3.1蜂王浆的抗氧化活性与长寿

根据Harman于1956年提出的“自由基伤害衰老理论，人体衰老是伴随着由“细胞内源性氧自由基引起的组织器官功能的逐渐衰退和疾病的不断发生而呈现的一个渐变和累积过程。当这种损伤积累性胁追达到细胞生理临界状态时，便会损伤蛋白、DNA和脂类，造成细胞结构严重破坏，出现群体性受损、衰退、老化和死亡!。Inoue等在观察到饲料中添加丁浆使小鼠平均寿命比对照延长25%的抗衰老现象后，进行了王浆抗衰老作用是否与抗氧自由基作用的验证，通过对16周龄实验鼠作抽样解剖和生化分析，结果发现喂服王浆冻干粉组小鼠的肾脏和血浆DNA过氧化标记物8-羟基脱氧次黄苷(8-0dC)水平明显低于对照和其他组，表明王浆冻干粉有减少过氧化引起的DNA损伤作用。Jamnik等以酵母为模式生物研究了王浆在细胞内的抗氧化活性，结果发现添加5g/L王浆的实验组细胞内氧化产物比对照减少25%，显示出抑制自由基产生和抗过氧化作用。

Corona等采用实时荧光PCR方法测定了不同日龄的蜂王与工蜂头、胸的8种抗氧自由基酶，即Cu-Zn超氧岐化酶1(CuZnSod)、线粒体Mn超氧岐化酶2(MnSod)、过氧化氢酶(Catase)、线粒体硫氧还蛋白3(Tpx-3)、谷胱甘肽过氧酶(Gt-px-l)、硫氧还蛋白还原酶(Trxr-1)、蛋氨酸亚还原酶(MsrA)、谷胱甘肽S-转移酶-1(Gstl)的mRNA水平，结果表明，随着日龄的增大，蜂王抗氧化mRNA水平呈下降趋势，而工蜂的这一趋势并未改变。1年龄和1月龄的老年蜂王的抗氧化mRNA水平均明显低于1月龄老年工蜂，这一趋势以胸部更显著。同时测定了5种线粒体呼吸和与ROS产生相关蛋白，即线粒体转移启动子2(IF-2mt)、Clock-1(Clk-1)、细胞色素B(CytB)、细胞色素C(Cytc)、细胞色素C氧化亚基COX-1)的mRNA水平，结果表明，1日龄幼蜂王的基因表达水平明显高于工蜂，随着蜂王年龄的增大，mRNA水平明显下降，1年龄老年蜂王的呼吸相关蛋白mRNA水平均明显低于1月龄老年工蜂。结果显示，老年蜂王长寿与抗氧化基因的表达不相关，它们并没有显示出抗氧化基因的mRNA高表达水平；蜂王的长寿并非是因为ROS降解能力的提高。Perez-Campo等研究也证明，1月龄和1年龄的蜂王组织抗氧化基因的表达水平差异并不大或相当，如ROS自由基水平随着蜂王年龄的提高而减少，面并非随着蜂王年龄的增大而提高。

3.2卵黄原蛋白、胰岛素信号通路和保幼激素决定蜂王长寿

多数模式动物以减少生殖作为获得长寿的手段，但蜂工却既长寿又具有旺盛的生殖力。近年来，胰岛素信号(IIS)被认为是多数动物调节衰老、生殖和其他生物学过程的关键通路。对线虫和果蝇的研究表明，长寿和生殖力的降低与IS水平的负调控有关。昆虫学研究表明，保幼激素(JH)与HS水平存在相关性，一般JH水平与昆虫生长、生殖和寿命呈负相关关系。JH是昆虫的促性腺激素和卵黄原蛋白(Vg)调节物，多数昆虫H与Vg滴度正相关。蜜蜂的Vg在肪体细胞内合成，并释放于血淋巴，与JH的关系密切。一般2-3周龄哺育蜂阶段工蜂的JH滴度高于后期的采集蜂，而血淋巴中的Vg正相反。处女王的JH和Vg水平接近，但随后JH很快下降，而Vg则比较稳定。近年研究表明，JH和Vg的独特关系对理解蜂王的长寿现象非常重要。Corona等采用实时荧光PCR方法，对不同日龄蜂王(1日龄、1周龄、1月龄、1年龄)和工蜂(1日龄、1周龄、1月龄)的VgmRNA水平、抗氧化胁迫能力进行了分析，同时通过3种基因AmlLP-1、AmlLR-1和AmlLR-2的US通路、mRNA水平，对IIS、Vg和JH的相互关系进行了分析，研究了JH对Vg和AmlLP-I的调控作用。他们的研究表明，蜂王Vg以与年龄相关的形式在胸、头部脂肪体细胞中表达，老龄蜂王头、胸的Vg表达量明显高于工蜂，其头部胰岛素类似肽和受体的表达则低于老龄工蜂；Vg是有利于提高蜂王寿命的抗氧化活性物质，可能是提高蜂王寿命的促进因素；IS对Vg、IIS基因的表达有负调控功能，JH在蜂王中含量较低，而在工蜂中含量较高。与多数昆虫不同的是，蜜蜂的JH与Vg滴度呈负相关关系。为此他们提出了这三者相互作用的蜂王长寿机理新模式，即：HS通路是与长寿有关的关键因素，营养与IIS的关系呈负相关，较高营养状态会抑制IIS肽的分泌；JH会抑制Vg的表达，并通过Vg对HS产生影响，Vg是核心信号分子。这就是蜜蜂不以牺牲生育力为代价的长寿现象的特异性保守机制。

3.3开关基因决定幼虫发育为蜂王或工蜂

从基因组相同的雌性幼虫发育面成的蜂王具有生育能力，而工蜂却不育，这一现象源于3日龄幼虫及以后是否吃王浆，原因何在?这一直是长期以来的不解之谜。人类和其他动物的营养学基因组学研究结果表明，食物等环境因素能够通过DNA甲基化和组蛋白乙酰化作用形式改变基因组的表达谱。如：儿童心血管病和糖尿病的死亡率与其父母和祖父母的营养状况有关；对不同基因型的刺豚鼠作连续传代饲养比较显示，黄色与肥胖或棕色与瘦身的刺鼠皆受母亲怀孕前、怀孕期间和怀孕后的食物影响，其基因表达谱可通过甲基化沉默。外在的调控通过保守的酶活机制启动了内在和环境信号，这一酶活机制就是DNA胞核嘧啶-甲基转移酶(Dnmts)、组蛋白的乙酰化酶(HDAs)和甲基结合蛋白(MBPs)的作用。Dn-mts作用是生物界非常广泛的保守性机制。受此启发，Kucharski等通过基因组学信息挖掘发现，蜜蜂具有脊椎动物Drmts的4个同源基因：2个Dnmtl、1个Dnma2、1个Dumt3，而果蝇等其他昆虫则只有Drmt2，缺乏其他同家族成员。因Dnmal、Drnu2和Dnmt3这3个基因为蜜蜂与人类所共有，而其他无脊椎模式动物缺乏这一特性，因此蜜蜂具备了既可作为无脊椎模式生物，又可作为人类营养学研究动物模型的优点。根据蜜蜂的这一保守性机制，Kueharski等认为Dnmts非常适合于因食物因素造成的不同级型的解剖学、生理学、行为学特性研究。采用RNAi干扰技术，对蜜蜂初孵幼虫和胚胎进行甲基化处理，随后的PCR和原位杂交测定结果表明，注射siRNA干扰剂的初孵幼虫Dnma3的mRNA水平低于对照，48~50h后基因沉默，而这时正是2~3龄幼虫发育和级型分化的关键时期。对照组幼虫注射了另外一种非幼虫基因uth则未检测到Dnmt3的mRNA水平变化影响。因此推测Drmt3是一种受王浆诱导的开关基因。进行Dnmt3的mRNA干扰的另一结果是，注射siRNA干扰剂的初孵幼虫有72%发育为卵巢完整的蜂王，经Dnmt3干扰后发育成的正常处女王每头至少有120-190根卵管，余下的每头也有50-80根卵管；对照组则有77%发育为工蜂，余下的卵巢发育不良，每头只有5~6根卵管。经siRNA干扰剂处理的幼虫发育成的蜂王成虫的卵巢发育状况与蜂巢内吃王浆长大、正常发育的处女蜂王基本没有差别。这一结果表明，王浆对幼虫的基因表达具有诱导作用，从而控制蜜蜂的发育和级型分化。

4、展望

目前蜂王浆的主要生物活性成分，包括新发现的一些王浆蛋白和多肽的营养保健功能已得到认识和明确，特别是王浆对蜜蜂幼虫级型分化的营养调控作用机理已得到解析；蜜蜂被认为是一种可作为人类营养基因组学研究的理想模式生物，这一系列新的发现为今后蜜蜂领域的生命科学研究开辟了新的途径，提供了良好的契机。但从相关研究报道看，由于王浆营养成分和作用的复杂性，尚有不少老的疑问和新的难题有待进一步研究，如：①王浆对哺乳动物和其他模式生物是否具有类似蜜蜂的、既延长寿命又提高繁殖力的双功能作用的例证；②虽然王浆具有抗氧化活性，但蜂王的长寿与抗氧自由基作用不存在相关性，与传统自由基伤害衰老理论相违背；③多数王浆主蛋白MRJPs的功能尚不清楚。根据国内外现状和发展趋势，我国未来研究的重点主要应关注两个方面：一是努力跟踪国际学术前沿，加强基础研究，综合运行传统技术和现代分子生物学、基因组学、蛋白组学、代谢组学和营养学等多学科新技术，对王浆及其功能成分的分子机理进行纵深研究；利用蜜蜂作为模式生物开展营养基因组学创新研究。二是针对我国王浆产业的薄弱环节，积极发展产品深加工和生物技术产业。我国是世界第一养蜂大国，近年来年王浆加工量和出口量占世界总量的90%以上，但我国目前王浆生产仍处于传统阶段，国内市场和出口产品主要为原王浆和王浆冻干粉，特别是对出口依赖性大，价格波动性大。因此，应当努力发展王浆蛋白的大分子分离工程和酶解工程，王浆主蛋白MRJPs、抗菌肽的基因工程，开发王浆功能蛋白食品和生物医药产品，努力提升王浆产品的技术水平和市场竟争力，以提高产业整体经济效益。

参考文献（略）