褐藻巖藻多糖生物活性研究進展

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(1. 浙江工業(yè)大學 藥學院，浙江 杭州 310014；2. 浙江工業(yè)大學 長三角綠色制藥協(xié)同創(chuàng)新中心， 浙江 杭州 310014；3. 山東省海洋食品營養(yǎng)研究院，山東 威海 264200)

全球有超過70%的表面積由海洋占據(jù)著，海洋環(huán)境是功能性原料的來源[1]，包括多不飽和脂肪酸(PUFA)、多糖、礦物質(zhì)、維生素、抗氧化劑、酶和生物活性肽[2].在海洋生物中，海洋藻類作為一種新的生物活性物質(zhì)來源越來越受到廣泛關(guān)注[3].海藻分紅藻、褐藻和綠藻三大類，褐藻(Phaeophyta)是海洋藻類中的第二大種群，因其含有綠棕色的藻褐素而得名[4].褐藻(Phaeophyta)分為25 個屬，大約有1 500 種[3]，是生長在海洋中的低等植物，而褐藻(Phaeophyta)如墨角藻(Fucus)、海帶(Laminariajaponica)和羊棲菜(Hizikiafusifarme)等被廣泛作為食品來食用.同時，海藻提取物在功能膳食以及保健品開發(fā)上受到了全世界人們的極大關(guān)注[5-6].

褐藻多糖硫酸酯(FCSPs)，又名巖藻多糖(Fucoidan)，是Kylin[7]1913年首次從掌狀海帶中提取的，并命名為Fucoidan，是一類含有L-巖藻糖和硫酸基團，并伴有其他單糖(如半乳糖、甘露糖、木糖、葡萄糖醛酸和阿拉伯糖)的水溶性雜多糖[8].巖藻多糖性質(zhì)為淡黃色，也存在于一些海洋無脊椎動物中.目前，海洋天然藥物的使用已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到認可和支持，在現(xiàn)代科學指導下，海洋天然藥物在治療特殊疾病方面已經(jīng)有所成效.巖藻多糖作為一種天然糖聚合物，具有雙向調(diào)和免疫力、消除胃腸系統(tǒng)紊亂和抗過敏功能，在食品應(yīng)用方面已經(jīng)得到人們的肯定.巖藻多糖還具有肌膚再生，皮膚保濕等超過20 項以上的生理功效.褐藻巖藻多糖一般采用水提法[9]或酸提法[10]進行提取.現(xiàn)今，在傳統(tǒng)提取方法的基礎(chǔ)上發(fā)展出了一些新的提取方法，如微波[11]、超聲[12]帶動細胞內(nèi)水分子振動，破碎細胞輔助水法提?。幻竅13]提取法是利用酶溶解細胞壁，使細胞內(nèi)容物流出來，提高提取效率.研究表明：從褐藻分離得到的巖藻多糖具有廣泛的生物活性[14]，包括抗凝血、抗病毒、抗氧化和抗炎等活性[15-16].近10 年來，褐藻巖藻多糖受到了人們極大的關(guān)注.筆者就褐藻巖藻多糖的結(jié)構(gòu)及生物活性進行綜述.

1 褐藻巖藻多糖結(jié)構(gòu)

隨著褐藻種類的不同，巖藻多糖的結(jié)構(gòu)和組成也不同.墨角藻(Fucus)和泡葉藻(Ascophyllumnodosum)來源的巖藻多糖主要含有α(1→3)和α(1→4)硫酸巖藻聚糖，而海帶(Laminariajaponica)來源的則主要是α(1→3)硫酸巖藻聚糖.幾種常見典型的褐藻巖藻多糖[17]結(jié)構(gòu)式為Usov等[18]從海帶Laminariajaponica提取出巖藻多糖，Chizhov等[19]從褐藻Chordafilum中提取巖藻多糖，利用紅外、核磁圖譜進行結(jié)構(gòu)解析，通過對比發(fā)現(xiàn)：這2 種巖藻多糖結(jié)構(gòu)主要是由巖藻糖通過α-(1-3)糖苷鍵鏈接，但硫酸基團的位置不同，Usov等提取出的巖藻多糖結(jié)構(gòu)的硫酸基團主要在C -4上，小部分在C -2上，Chizhov等提取出的巖藻多糖結(jié)構(gòu)的硫酸基團主要在O -4位上，有一部分在O -2位置上.

不同的提取方法，對同種褐藻中的巖藻多糖的化

學組成和結(jié)構(gòu)組成也會產(chǎn)生一定的影響.Lu等[20]用水提取、檸檬酸提取2 種方法，從海帶Laminariajaponica中提取巖藻多糖，水提取巖藻多糖(LJPW)由巖藻糖、半乳糖、木糖和甘露糖組成，單糖比例分別為63.44%，20.65%，10.31%，5.60%.而用檸檬酸提取巖藻多糖，單糖組成為半乳糖(36.96%)，巖藻糖(20.27%)，甘露糖(12.81%)，木糖(12.43%)，葡萄糖(10.29%)，還伴有少量鼠李糖(4.51%).

2 褐藻巖藻多糖生物活性

褐藻巖藻多糖具有多種生物活性，包括抗凝血、抗氧化、抗腫瘤和抗病毒等.近年來，對褐藻巖藻多糖的研究已成為天然海洋藥物的研究熱點.

2.1 抗氧化活性

人體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧(ROS)會攻擊大分子化合物如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA，從而導致癌癥、糖尿病和炎癥等疾病，抗氧化劑可以保護人體免受活性氧的損傷[21].褐藻巖藻多糖具有良好的抗氧化活性，通過自由基清除及還原力實現(xiàn)抗氧化作用，是良好的天然抗氧化劑.Wang等[22]從海帶Laminariajaponica中提取的巖藻多糖(DFPS)經(jīng)Tris-HCl分離得到的DF1，DF2，DF3等對超氧陰離子清除活性均高于丁基羥基茴香醚(BHA)、丁化羥基甲苯(BHT).DFPS，DF1，DF2，DF3等對超氧陰離子清除活性的EC50分別為9.5，12.6，13.8，9.9 μg/mL；BHA，BHT對超氧陰離子清除活性的EC50分別為31.6，88 μg/mL.

分子量會影響褐藻巖藻多糖的抗氧化活性.Hou等[23]降解巖藻多糖得到不同分子量的片段(1.0，3.8，13.2，35.5，64.3，144.5 kDa).利用超氧陰離子清除率評價抗氧化活性，在質(zhì)量濃度為0.02 mg/mL時，這7種不同分子量的巖藻多糖清除率分別為50%，65%，80%，82%，84%，77%，70%.同時，羥基自由基清除活性測定，清除率在90%時，3.8，13.2，35.5，64.3 kDa所需質(zhì)量濃度分別為1.78，2.67，3.56，4.44，0.89 mg/mL.

提取方法也會影響褐藻巖藻多糖的抗氧化活性.Imbs等[24]使用熱酸法和無水CaCl2法2 種方法從Fucusevanescens中提取巖藻多糖，熱酸法提取的巖藻多糖(FCSP-1)和無水CaCl2法提取的巖藻多糖(FCSP-2)，硫酸根的質(zhì)量分數(shù)分別為9.0%，40.3%，巖藻糖的質(zhì)量分數(shù)分別為59.4%，90.0%.使用DPPH自由基清除率評價抗氧化活性，在質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL時，F(xiàn)CSP-1，F(xiàn)CSP-2的DPPH自由基清除率分別為(57.6±3.0)%，(19.4±0.5)%.因此，提取方法不同，導致巖藻多糖化學組成不同，從而會對其抗氧化活性產(chǎn)生影響.而Jing等[25]對從海帶Laminariajaponica中得到的巖藻多糖進行硫酸化、乙酰化以及苯甲?；?，并用羥基自由基清除率評價其抗氧化活性，結(jié)果表明這3 種巖藻多糖的EC50分別為2.58，2.14，0.51 mg/mL.所以，多糖片段上取代基也會對巖藻多糖的抗氧化活性產(chǎn)生影響.

2.2 抗腫瘤活性

巖藻多糖抗腫瘤活性的作用機理可能是激活巨噬細胞[26]，被激活的巨噬細胞釋放一些響應(yīng)信號分子(IL-2，IFN-γ，IL-12)，這些信號分子可以激活自然殺傷細胞(NK)，從而誘導癌細胞凋亡(圖1).

圖1 巖藻多糖抗腫瘤活性機制Fig.1 Proposed mechanism responsible for fucoidan bioactivity

在體內(nèi)研究中，Alekseyenko等[27]研究了巖藻多糖對患有肺腺癌小鼠的腫瘤抑制情況，喂養(yǎng)小鼠巖藻多糖的劑量為10 mg/kg，結(jié)果可以有效控制腫瘤轉(zhuǎn)移，有一定的抗腫瘤活性.

巖藻多糖對不同腫瘤細胞的抑制率是有差異的.Ermakova等[28]從3 種褐藻Sargassumhorneri，Ecloniacava，Costaria中獲得的巖藻多糖，通過離子交換柱分別獲得ShF1，ShF2，ShF3 3 個餾分；EcF1和EcF2 2 個餾分；CcF 1 個餾分.在質(zhì)量濃度為100 μg/mL時，對人結(jié)腸腺癌細胞(DLD-1)的抑制率分別為ShF1(56%)，ShF2(68%)，ShF3(69%)，EcF1(50%)，EcF2(64%)，CcF(45%)；對人皮膚惡性黑色素瘤細胞(SK-MEL-28)的抑制率分別為ShF1(85%)，ShF2(68%)，ShF3(68%)，EcF1(70%)，EcF2(91%)，CcF(80%).

巖藻多糖也可以通過化學修飾來增強抗腫瘤作用.Soeda等[29]將巖藻多糖(NF硫酸基團質(zhì)量分數(shù)為31.2%)過度硫酸化，使硫酸化巖藻多糖(OSF)硫酸基團質(zhì)量分數(shù)為52.4%，研究發(fā)現(xiàn)：在質(zhì)量濃度為100 μg/mL時，NF和OSF對內(nèi)皮細胞的抑制作用分別為27%和60%，而OSF可以有效抑制內(nèi)皮細胞血管的形成，比NF的影響效果明顯.因此巖藻多糖過度硫酸化可以有效抑制血管生成，從而抑制腫瘤細胞.

人體內(nèi)過度的自由氧會導致癌癥疾病的發(fā)生，褐藻巖藻多糖具有明顯的抗氧化活性，體外活性研究中巖藻多糖對腫瘤細胞也具有殺傷作用.因此在腫瘤治療方面，褐藻巖藻多糖作為輔助藥物在進行癌癥的治療中具有很大的潛力.

2.3 抗病毒活性

Gerber等[30]首次發(fā)現(xiàn)：從Gelidiumcartilagenium中獲得的巖藻多糖，具有抵抗流感病毒的作用.褐藻巖藻多糖是帶有硫酸基團的酸性多糖，Huheihel等[31]研究發(fā)現(xiàn)：巖藻多糖抗病毒活性與硫酸基團的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)，質(zhì)量分數(shù)越高，抗病毒活性越強.而分子量[32]、化學組成以及巖藻多糖的構(gòu)象和化學結(jié)構(gòu)[33]對巖藻多糖的抗病毒活性起著決定性作用.Buck等[34]研究硫酸化巖藻多糖和少量非硫酸化巖藻多糖的抗人乳頭瘤病毒(HPV)的活性.通過HPV16體外假病毒感染模型，對巖藻多糖進行抗HPV評價.研究發(fā)現(xiàn)：硫酸化巖藻多糖的半數(shù)抑制質(zhì)量濃度IC50為1.1 μg/mL，少量非硫酸化巖藻多糖的半數(shù)抑制質(zhì)量濃度IC50為18 μg/mL.結(jié)果表明：褐藻巖藻多糖中的硫酸根在抗HPV活性中起著重要作用.Jiao等[35]從Ascophyllumnodosum中提取的4種多糖組分AN1，AN2，AN3，AN4，硫酸根質(zhì)量分數(shù)分別為12.41%，10.81%，5.30%，5.02%.對這4個組分進行抗甲型H1N1活性評價.AN1，AN2，AN3，AN4對甲型H1N1的抑制率分別為(69.3±7.5)%，(67.1±5.6)%，(55.2±5.0)%，(52.7±7.8)%.結(jié)果表明：多糖組分中隨著硫酸根質(zhì)量分數(shù)的增加抗甲型H1N1的活性也隨著增強.

在體內(nèi)用藥這一塊，Hayashi等[36]從裙帶菜Undariapinnatifida中提取巖藻多糖，通過口服給藥HSV-Ⅰ 感染引起的BALB/c小鼠，與對照組比較，口服巖藻多糖可以有效地預(yù)防HSV-Ⅰ 感染引起的BALB/c小鼠死亡.而Lee等[37]對從裙帶菜Undariapinnatifida中提取的巖藻多糖(n(巖藻糖)︰n(半乳糖)為1.0︰1.1)進行體外活性研究，該巖藻多糖具有良好的抗HSV-Ⅰ和HSV-Ⅱ 病毒活性.褐藻巖藻多糖抗單純皰疹病毒HSV活性研究見表1.

表1褐藻巖藻多糖抗單純皰疹病毒HSV活性研究

Table1Anti-Herpessimplexvirus(HSV)activityoffucoidanfromPhaeophyceae

主要單糖來源病毒株IC50/(μg·mL-1)文獻來源巖藻糖SargassumhorneriHSV?110[38]巖藻糖SargassumpatensHSV?115[39]巖藻糖UndariapinnatifidaHSV?205[40]

Béress等[41]報道，褐藻巖藻多糖可以在不損傷陰道上皮細胞和正常菌群的前提下，作為抗病毒藥物來使用.經(jīng)濟成本低、安全性高，表明褐藻巖藻多糖作為抗病毒藥物是很有潛力的.

2.4 抗凝血活性

抗凝血劑是用于防治血管內(nèi)栓塞或血栓形成的藥物，近幾十年來，肝素一直作為臨床抗凝血藥物[42]，然而在使用過程中肝素會引發(fā)血小板減少、過度出血[43]等，因此對于尋找安全天然的抗凝血藥物，一直是人們研究的熱點.

Jing等[44]體外研究巖藻多糖(FPS)的抗凝血活性.根據(jù)活化部分凝血活酶時間(APTT)、凝血酶時間(TT)和凝血酶原時間(PT)評價抗凝血活性效果.巖藻多糖(FPS)在質(zhì)量濃度為7.0 μg/mL時，APPT為(44.70±0.53) s，PT為(9.48±0.59) s，肝素質(zhì)量濃度為1.5 μg/mL時，APTT為(38.74±1.10) s，PT為(10.93±0.54) s，空白組APPT為(23.25±0.43) s，PT為(9.01±0.32) s，因此研究結(jié)果表明巖藻多糖與肝素的抗凝血活性相近.

分子量對抗凝血活性有一定的影響.施志儀等[45]研究指出巖藻多糖由于分子量大，不易被吸收，在抗凝血效果上比肝素弱.Grauffel等[46]發(fā)現(xiàn)：巖藻多糖(50 kDa)可以有效阻止人血漿和牛纖維蛋白原溶液中血栓的形成，純化分離得到四種低分子的巖藻多糖組分(B-Ⅰ，B-Ⅱ，C-Ⅰ，C-Ⅱ)，研究表明：C-Ⅰ，C-Ⅱ 的抗凝血活性比較高，C-Ⅰ的抗凝血活性相當于肝素的80%，C-Ⅱ 的抗凝血活性相當于肝素的85%.褐藻來源的巖藻多糖抗凝血活性研究的一些文獻見表2.

表2褐藻來源的巖藻多糖抗凝血活性研究的一些文獻

Table2SomeanticoagulantsulfatedpolysaccharidesfromPhaeophyceae

主要單糖來源文獻來源巖藻糖Eckloniacava[47]巖藻糖Eckloniakurome[48]巖藻糖Laminariajaponica[49]巖藻糖Ascophyllumnodosum[50]巖藻糖Lessoniavadosa[51]

由于巖藻多糖對于引起出血的風險比肝素小得多[52]，對血小板和白細胞的數(shù)量也不會有影響，可以作為預(yù)防血栓藥物在臨床上使用.

2.5 其他生物活性

除了上述活性，褐藻巖藻多糖還具有促進骨骼發(fā)育、抗疲勞、抗輻射和保護胃黏膜等作用.

Young-Sook等[53]從褐藻Undariapinnatifida中提取的巖藻多糖在早期成骨細胞分化時，可以作為表型標記增強堿性磷酸酶的活性和提高骨鈣素的分泌量.此外研究還表明：巖藻多糖對骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(BMP-2)有積極作用，從而對骨的形成，礦化都有良好的作用.

劉芳等[54]研究表明：給予受試小鼠不同劑量的巖藻多糖(10，20，50，100 mg/(kg·d-1))，連續(xù)灌胃10 d，并在密閉缺氧的條件下進行抗疲勞實驗.研究結(jié)果表明：被灌胃巖藻多糖的受試小鼠其負重游泳時間和在常壓缺氧下存活時間都顯著延長，以50 mg/(kg·d-1)劑量組的小鼠耐受能力最強.實驗證明：巖藻多糖可以增強小鼠抗疲勞能力，增強小鼠耐缺氧能力.

吳曉旻等[55]從Laminariajaponica中提取巖藻多糖進行抗輻射研究，將Wistar大鼠隨機分為正常對照組、模型組和實驗組(給予巖藻多糖)，連續(xù)灌胃10 d進行一次性γ射線輻射，9.0 Gy/只，18 h后測定各組大鼠體液免疫、細胞免疫、非特異性免疫相關(guān)指標及脾淋巴細胞凋亡率.結(jié)果表明：正常對照組的免疫指標高于模型組，巖藻多糖組對受到輻射損傷大鼠的免疫功能有顯著調(diào)節(jié)，并且其脾淋巴細胞凋亡率低于模型組，并呈明顯的量效關(guān)系.

Nagaoka等[56]從褐藻Cladosiphonokamuranus中提取巖藻多糖，研究表明：巖藻多糖可以抑制胃酸和胃蛋白酶，從而具有保護胃黏膜的作用.

3 結(jié) 論

近十幾年來，在傳統(tǒng)提取巖藻多糖方法的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了一些新的提取方法：簡化提取工藝，提高提取效率，降低提取過程中對巖藻多糖結(jié)構(gòu)、組成以及生物活性的影響.但目前還需進一步精簡提取工藝程序，提高褐藻巖藻多糖得率.在純化多糖方面，探究新的分離純化方法，為研究巖藻多糖活性提供一定的便利.

研究發(fā)現(xiàn)：褐藻巖藻多糖具有抗氧化、抗腫瘤、抗凝血和降血脂等活性.影響褐藻巖藻多糖活性的因素有很多，如提取方法、硫酸基團質(zhì)量分數(shù)、結(jié)構(gòu)組成以及分子量大小等.地域、收獲季節(jié)也會影響褐藻巖藻多糖的結(jié)構(gòu)組成，從而對活性造成影響.小分子巖藻多糖容易吸收，因此低分子量的巖藻多糖生物活性相對較高，不同的降解方法導致巖藻多糖化學組成不同，會引起生物活性有所差異.在提取分離中，硫酸基團質(zhì)量分數(shù)高的巖藻多糖，其活性也較高.由于天然褐藻巖藻多糖的結(jié)構(gòu)復雜，但巖藻多糖的結(jié)構(gòu)并沒有完全闡釋清楚，所以目前還不能確定巖藻多糖的化學結(jié)構(gòu)與生物活性之間的關(guān)系.

褐藻巖藻多糖具有很多生物活性，但巖藻多糖結(jié)構(gòu)組成和活性的作用機理還沒有闡釋清楚，對兩者之間的關(guān)系還需做進一步的研究.今后需繼續(xù)探索新的提取方法，研究巖藻多糖與藥理活性部位之間的關(guān)系，同時還需要探究褐藻巖藻多糖穩(wěn)定的存在形式，為藥品、保健品及功能性食品開發(fā)奠定基礎(chǔ).

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