海洋寡糖及其衍生物活性的研究進(jìn)展

趙小亮, 王鈺婷, 肖 寧, 王 莎, 張偉杰

1.蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院, 蘭州 730050；2.甘肅省高校中藏藥篩選評價及深加工重點實驗室, 蘭州 730050

海洋多糖具有不同于陸生生物多糖的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)活性，海洋植物、動物及微生物均可產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)新穎的糖類化合物，特別是海藻多糖產(chǎn)量巨大，已實現(xiàn)大規(guī)模的制備，在醫(yī)藥、食品、保健品及化妝品等諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。海洋褐藻來源的褐藻膠、褐藻糖膠及褐藻淀粉，紅藻來源的瓊膠和卡拉膠，海洋綠藻來源的復(fù)雜硫酸多糖，海參來源的巖藻糖化硫酸軟骨素，海洋甲殼動物來源的甲殼素等，已成為海洋糖類化合物研究的主要目標(biāo)[1,2]。由于多糖存在分子量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、溶解性差、質(zhì)量控制難以把握、在藥物開發(fā)過程中不易被生物體吸收、很難穿過細(xì)胞膜及血腦屏障發(fā)揮作用等問題，因此，通過生物酶法、物理或化學(xué)的方法降低多糖的分子量制備寡糖或低聚糖，并將多糖用于藥物的開發(fā)成為了糖化學(xué)、糖生物學(xué)及糖藥物學(xué)的重要研究內(nèi)容。因此，近年來對于海洋糖類化合物的研究逐漸轉(zhuǎn)向?qū)Ｑ蠊烟堑闹苽?、結(jié)構(gòu)、活性及機(jī)理的研究，以及功能產(chǎn)品和藥物的開發(fā)等方面[3,4]。

海洋寡糖是以海藻、海洋動物及微生物來源的多糖為原料，經(jīng)過稀酸、多糖水解酶、自由基或其他方法降解制備的聚合度為2～20的糖分子。由于海洋多糖結(jié)構(gòu)類型多樣，降解方法不同，可以獲得不同結(jié)構(gòu)類型的海洋寡糖?；钚匝芯堪l(fā)現(xiàn)，海洋寡糖具有多種生物學(xué)活性，其活性與寡糖的聚合度、單糖組成及序列、修飾基團(tuán)的數(shù)量及位置等結(jié)構(gòu)特點密切相關(guān)。近年來對于寡糖的制備方法、結(jié)構(gòu)特征及生物活性研究較多的典型海洋寡糖主要有來源于紅藻的瓊膠寡糖和卡拉膠寡糖、來源于褐藻的褐藻膠寡糖、褐藻糖膠寡糖和褐藻淀粉寡糖，以及來源于海洋甲殼動物的殼寡糖等[4]。海洋寡糖來源豐富、結(jié)構(gòu)獨特、活性多樣，隨著研究的不斷深入，已取得了大量的研究成果。本文就近年來海洋寡糖及其衍生物活性方面的研究情況進(jìn)行了簡要總結(jié)，以期為海洋寡糖的進(jìn)一步研究和深入開發(fā)提供參考。

1 典型海洋寡糖及其結(jié)構(gòu)

1.1 瓊膠寡糖(agaro-oligosaccharides)

以瓊膠為原料通過酸降解可以獲得以β-D-半乳糖(Gal)為還原端和非還原端的奇數(shù)聚合度寡糖 (圖1A)，通過瓊膠酶則可以獲得不同結(jié)構(gòu)的偶數(shù)聚合度寡糖，其中α-瓊膠酶裂解瓊膠中的α(1→3)糖苷鍵，產(chǎn)生以β-D-Gal為非還原端和以3,6-內(nèi)醚-α-L-Gal (3,6-AnGal) 為還原端的寡糖 (圖1B)，而β-瓊膠酶裂解瓊膠中的β(1→4)糖苷鍵，產(chǎn)生以β-D-Gal為還原端和以3,6-AnGal為非還原端的結(jié)構(gòu)不同的新瓊膠寡糖 (圖1C)。除此之外，某些瓊膠分子中Gal殘基C6被硫酸基取代，經(jīng)降解可以獲得硫瓊膠寡糖[4]。不同聚合度及不同末端的瓊膠寡糖表現(xiàn)出不同的生物學(xué)活性，王玉峰等[5～7]通過糖芯片研究了不同結(jié)構(gòu)瓊膠寡糖與蓖麻凝集素RCA120的相互作用，發(fā)現(xiàn)非還原端為Galβ1,4→結(jié)構(gòu)、聚合度為3～11的奇數(shù)寡糖與RCA120具有較強(qiáng)的結(jié)合力，親和力與聚合度大小無關(guān)，當(dāng)非還原端為Gal的C6被硫酸基取代的硫瓊膠時，活性明顯增強(qiáng)，而當(dāng)非還原端為被3,6-AnGal取代的酶降解的偶數(shù)瓊膠寡糖時，大大降低了與RCA120的親和力，并且親和力的強(qiáng)弱也與寡糖的聚合度無關(guān)，表明瓊膠寡糖非還原端的結(jié)構(gòu)與硫酸基的修飾會明顯影響其與功能蛋白的結(jié)合活性。

1.2 卡拉膠寡糖(carrageenan oligosaccharides)

卡拉膠寡糖以大分子量卡拉膠為原料，通過酸水解或酶解等方法降解制備。按卡拉膠Gal上硫酸基的位置及數(shù)量不同可分為十多種類型，其中最常見的是κ-卡拉膠、ι-卡拉膠和λ-卡拉膠3種。楊波等[8,9]對海洋硫酸半乳聚糖降解機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)酸水解κ-卡拉膠可獲得系列還原端和非還原端均為1,3-β-D-4-硫酸半乳糖(G4S)的奇數(shù)寡糖(圖2A)，通過卡拉膠酶降解則可以獲得系列κ-卡拉膠偶數(shù)寡糖(圖2B)。ι-卡拉膠經(jīng)過酸水解可以獲得以2-硫酸3,6-內(nèi)醚半乳糖(A2S)為還原端、以G4S為非還原端的偶數(shù)寡糖(圖2C)，其結(jié)構(gòu)與酶水解獲得的以A2S為非還原端、以G4S為還原端的偶數(shù)寡糖(圖2D) 結(jié)構(gòu)明顯不同。由于λ-卡拉膠結(jié)構(gòu)中沒有3,6-AnGal的結(jié)構(gòu)，其酸水解寡糖為奇數(shù)和偶數(shù)均有的連續(xù)聚合度的寡糖混合物(圖2E)。通過糖芯片研究卡拉膠與凝集素RCA120結(jié)合作用發(fā)現(xiàn)，卡拉膠寡糖非還原端的Gal C4位被硫酸根取代的κ-卡拉膠、ι-卡拉膠寡糖與凝集素幾乎無結(jié)合活性。而RCA120與脫硫前后的λ-卡拉膠寡糖結(jié)合實驗發(fā)現(xiàn)，非還原端Gal C2位被硫酸根取代可以增強(qiáng)寡糖與凝集素的親和力[5～7]，這說明硫酸根的取代以及取代位置均會對寡糖的活性產(chǎn)生影響。

圖1 不同瓊膠寡糖結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of different agaro-oligosaccharides.A: 酸水解奇數(shù)瓊膠寡糖；B: α-瓊膠酶水解獲得的偶數(shù)瓊膠寡糖；C: β-瓊膠酶水解獲得的偶數(shù)新瓊膠寡糖

1.3 褐藻膠寡糖(alginate-derived oligosaccharide)

在褐藻膠的分子結(jié)構(gòu)中存在3種組成不同的結(jié)構(gòu)片段：β-D-1,4-連接的聚甘露糖醛酸、α-L-1,4-連接的聚古洛糖醛酸以及甘露糖醛酸和古洛糖醛酸交替共聚的片段。褐藻膠經(jīng)過酸水解和酶水解均可以獲得不同聚合度的寡糖，其中褐藻膠酶水解可以在寡糖的非還原端產(chǎn)生不飽和雙鍵(圖3)，這為褐藻膠寡糖的檢測提供了方便，同時，雙鍵的產(chǎn)生也會引起褐藻膠寡糖活性發(fā)生變化。

圖2 卡拉膠寡糖結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of carrageenan oligosaccharides.A: 酸水解獲得的奇數(shù)κ-卡拉膠寡糖；B: 酶水解獲得的偶數(shù)κ-卡拉膠寡糖；C: 酸水解獲得的偶數(shù)ι-卡拉膠寡糖；D: 酶水解獲得的偶數(shù)新ι-卡拉膠寡糖；E: λ-卡拉膠寡糖

1.4 褐藻糖膠寡糖 (fuco-oligosaccharide)

褐藻糖膠是來源于褐藻的一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的褐藻多糖，因含有巖藻糖(Fuc)和硫酸基也稱為巖藻聚糖硫酸酯，典型褐藻糖膠中Fuc以α-1,3或α-1,3/1,4方式連接，并在C2、C3位有不同程度的硫酸化取代，或在C2位有Fuc的分支。褐藻糖膠經(jīng)過酸水解或者酶降解可以獲得相應(yīng)不同聚合度的寡糖(圖4)，酸水解過程中可能伴隨硫酸根的脫落。

1.5 殼寡糖(chitosan oligosaccharide)

殼寡糖是以殼聚糖為原料，采用不同的方法降解制備的寡聚β-D-1,4-葡萄糖胺(圖5)。殼聚糖降解制備殼寡糖既可以采用酸降解、氧化降解等化學(xué)降解方法，也可以通過微波、超聲波等物理學(xué)方法實現(xiàn)，另外也可以采用專一性的殼聚糖酶及非專一性的纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶降解等生物學(xué)方法。由于殼聚糖是將甲殼素經(jīng)過脫乙酰處理獲得，脫乙酰過程往往存在不完全的情況，因此，獲得的殼寡糖也可能會有不同程度的N-乙?；揎?。

圖3 褐藻膠寡糖結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of alginate-derived oligosaccharide.A: 酸水解古洛糖醛酸寡糖；B: 酶水解非還原端不飽和古洛糖醛酸寡糖；C: 酸水解甘露糖醛酸寡糖；D: 酶水解非還原端不飽和甘露糖醛酸寡糖；E: 酸水解雜合褐藻膠寡糖；F: 酶水解非還原端不飽和雜合褐藻膠寡糖

圖5 殼寡糖結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of chitosan oligosaccharide.

2 海洋寡糖活性

2.1 免疫調(diào)節(jié)及抗腫瘤活性

海洋寡糖結(jié)構(gòu)類型多樣，具有體內(nèi)多靶點的作用特點，很多其他生物活性都與其免疫調(diào)節(jié)功能相關(guān)。因此，關(guān)于海洋寡糖免疫增強(qiáng)作用及抗腫瘤活性的研究是海洋寡糖活性研究的熱點之一。Xu等[10]研究發(fā)現(xiàn)κ-卡拉膠寡糖可以保護(hù)小膠質(zhì)細(xì)胞免受LPS的激活，免疫活性與硫酸根含量相關(guān)，硫酸根含量越高，其活性越強(qiáng)。分子量對褐藻膠及其寡糖的免疫活性存在明顯影響，Xu等[11]比較了大分子量褐藻膠與3種不同方法制備的褐藻膠寡糖對巨噬細(xì)胞的激活作用，發(fā)現(xiàn)酶解制備的非還原端具有不飽和雙鍵的寡糖可以激活NF-κB和MAPK信號通路，誘導(dǎo)NO、ROS和TNF-α產(chǎn)生，其活性與分子量、寡糖末端結(jié)構(gòu)以及分子中古洛糖醛酸和甘露糖醛酸的比例都有關(guān)。 褐藻膠寡糖末端結(jié)構(gòu)及聚合度對其活性有明顯的影響，酶解褐藻膠寡糖能夠以結(jié)構(gòu)依賴性方式誘導(dǎo)RAW264.7細(xì)胞分泌TNF-α，其中古洛糖醛酸八糖和甘露糖醛酸七糖活性最強(qiáng)，而酸水解獲得的末端飽和的寡糖活性很低，研究發(fā)現(xiàn)褐藻膠寡糖通過模式識別受體刺激先天免疫發(fā)揮免疫增強(qiáng)活性[12]。此外，F(xiàn)ang等[13]發(fā)現(xiàn)古洛糖醛酸寡糖GOS可以被巨噬細(xì)胞RAW264.7識別并上調(diào)Toll樣受體4(TLR4)，通過TLR4被巨噬細(xì)胞內(nèi)吞，刺激TLR4/Akt/NF-κB、TLR4/Akt/mTOR和MAPK信號通路并發(fā)揮免疫刺激活性。由于殼寡糖分子中含有氨基基團(tuán)，其生物活性與酸性寡糖存在明顯的差異，也成為藥物研發(fā)的重要研究對象。已有研究證明，殼寡糖可以促進(jìn)單核巨噬細(xì)胞吞噬功能，提高抗體產(chǎn)生及免疫器官指標(biāo)，能增強(qiáng)小鼠細(xì)胞免疫、體液免疫和非特異性免疫[14]。

海洋寡糖顯著的免疫增強(qiáng)活性也為其抗腫瘤作用機(jī)制的研究提供了思路。κ-卡拉膠寡糖可以通過增強(qiáng)免疫提高抗腫瘤活性，其衍生物尤其是硫酸化修飾產(chǎn)物能夠顯著增強(qiáng)荷瘤小鼠抗腫瘤活性[15,16]。海洋寡糖抗腫瘤作用的強(qiáng)弱也與結(jié)構(gòu)相關(guān)，Hu等[17]制備了2種硫酸基含量的κ-卡拉膠寡糖，在100 mg/kg劑量下對S180荷瘤小鼠腫瘤抑制率可達(dá)70.8%，高硫酸化卡拉膠寡糖抗腫瘤活性明顯強(qiáng)于低硫酸化寡糖，機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)其抗腫瘤作用是通過促進(jìn)免疫器官如胸腺的生長而實現(xiàn)的。酶法制備的κ-卡拉膠二糖、六糖及八糖在體內(nèi)和體外均具有抗腫瘤和抗血管生成活性，特別是能夠抑制腫瘤細(xì)胞向血管內(nèi)皮細(xì)胞的分化[18]。Chen等[19]建立了κ-卡拉膠寡糖金納米顆粒 (CAO-AuNPs) 的綠色合成方法，并研究了CAO-AuNPs體外抗腫瘤活性，發(fā)現(xiàn)其對腫瘤細(xì)胞HCT-116和MDA-MB-231具有明顯的細(xì)胞毒性。

不同結(jié)構(gòu)類型的褐藻膠寡糖及其衍生物也表現(xiàn)出抗腫瘤活性。硫酸化的甘露糖醛酸寡糖具有類似肝素的結(jié)構(gòu)特點，在體外和體內(nèi)均顯示具有抑制腫瘤生長和遷移的作用[20, 21]。硫酸化的甘露糖醛酸寡糖JG6能夠通過與CXCL12相互作用，劑量依賴性的抑制CXCL12誘導(dǎo)的Bel-7402和HeLa細(xì)胞中AKT、ERK、FAK和Paxillin等蛋白的磷酸化，進(jìn)而抑制CXCL12/SDF-1介導(dǎo)的人腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲[22]。Huang等[23]的研究則發(fā)現(xiàn)JG6可以結(jié)合到Cofilin，占據(jù)Cofilin的肌動蛋白結(jié)合位點，破壞Cofilin調(diào)節(jié)的肌動蛋白轉(zhuǎn)換，抑制人乳腺癌細(xì)胞的遷移和乳腺癌異種移植中的癌癥轉(zhuǎn)移。Ma等[24]降解、硫酸化及C6位部分酯化制備的硫酸化甘露糖醛酸寡糖MdOS可以抑制HER2、EGFR、VEGFR、PDGFR、c-Kit、FGFR1和c-Src表達(dá)，抑制PTK磷酸化，作為ATP的競爭性抑制劑抑制HMEC的增殖和血管的生成，阻止大鼠主動脈環(huán)的微血管生長和阻礙小雞尿囊膜的新血管形成，以PTK依賴性的方式發(fā)揮抗血管生成活性，有望用于PTK相關(guān)的癌癥治療。通過硫酸化修飾增加寡糖的負(fù)電荷，可以使其發(fā)揮更好的抗腫瘤活性，同時寡糖的聚合度對抗腫瘤活性也存在著明顯的影響。Chen等[25]將聚合度為2～5的褐藻膠寡糖用于臨床骨肉瘤患者的治療，發(fā)現(xiàn)聚合度為5的寡糖可減緩骨肉瘤的進(jìn)程，其抗腫瘤作用與改善患者抗氧化和抗炎能力有關(guān)。Yang等[26]研究發(fā)現(xiàn)褐藻膠寡糖通過microRNA-29b間接影響Toll樣受體信號傳導(dǎo)來抑制動脈瘤復(fù)發(fā)。

海參可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)新穎的巖藻糖化硫酸軟骨素，不僅具有硫酸軟骨素的主鏈結(jié)構(gòu)，同時存在不同硫酸化的側(cè)鏈巖藻糖的修飾，表現(xiàn)出獨特的生物學(xué)活性。Liu等[27]研究發(fā)現(xiàn)冰島刺參 (Cucumariafrondosa) 來源的低分子量巖藻糖化硫酸軟骨素LFCS能夠以劑量依賴的方式顯著抑制小鼠Lewis肺癌的生長和轉(zhuǎn)移，LFCS通過激活LLC細(xì)胞中的caspase-3活性來增加p53/p21的表達(dá)和凋亡，從而誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯。同時，LFCS可抑制血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)，增加組織金屬蛋白酶抑制劑-1的表達(dá)，下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶水平，抑制ERK1/2/p38 MAPK/NF-κB信號通路的激活。

海洋寡糖的活性作用靶點多，機(jī)制復(fù)雜，如抗腫瘤活性多是通過抗氧化、免疫增強(qiáng)等作用實現(xiàn)，也為構(gòu)效關(guān)系的研究帶來了挑戰(zhàn)。

2.2 抗氧化及抗輻射活性

生物體過量活性氧的存在，會對生物大分子如核酸、蛋白質(zhì)等造成損傷，引發(fā)腫瘤、神經(jīng)退行性疾病等的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，海洋多糖、寡糖及其衍生物在體內(nèi)及體外實驗中具有抗氧化的作用。κ-卡拉膠寡糖及其過硫酸化、低乙?；⒏咭阴；傲姿峄苌锞哂忻黠@的體外抗氧化活性，并通過抗氧化作用發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)活性[28]。Wang等[29]通過瓊膠酶降解制備了瓊寡糖，研究了瓊寡糖對羥基自由基、超氧陰離子自由基的清除作用以及抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硫酸化的瓊膠寡糖具有更強(qiáng)的活性，大分子量的瓊膠寡糖活性強(qiáng)于低分子量的瓊膠寡糖。Jin等[30]以褐藻糖膠為原料制備了葡萄糖醛酸甘露寡糖，并修飾獲得硫酸化寡糖衍生物，體外清除自由基活性研究發(fā)現(xiàn)寡糖聚合度越大，對超氧自由基、還原能力和DPPH的清除能力越強(qiáng)，硫酸化程度越高，還原能力和DPPH自由基清除活性反而越低。體內(nèi)實驗中，F(xiàn)an等[31]采用Morris水迷宮試驗研究了海洋寡糖AOSC對東莨菪堿誘導(dǎo)的大鼠遺忘的作用，使用該寡糖30 d，評估了寡糖對大鼠的逃避潛伏期、游泳距離和具有記憶障礙的游泳時間的影響，結(jié)果表明AOSC減輕了東莨菪堿誘導(dǎo)的記憶障礙，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)AOSC通過增加SOD、GSH-Px和ATP酶的活性來改善東莨菪堿引起的氧化損傷，明顯減少了細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子的過載，抑制了人神經(jīng)母細(xì)胞瘤SH-SY5Y細(xì)胞中雙氧水誘導(dǎo)的凋亡，表明AOSC可以通過其抗氧化活性誘導(dǎo)認(rèn)知改善。

海洋寡糖也表現(xiàn)出明顯的抗輻射活性。He等[32]研究發(fā)現(xiàn)低分子量的褐藻膠寡糖(ADO)(373～571 Da)和殼寡糖(COS)(855～1 671 Da)對紫外線照射下的白色念珠菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌孢子和紅細(xì)胞溶血具有抑制活性。受6.0Gy X射線照射小鼠給喂卡拉膠寡糖后，30 d存活率比照射對照組提高了75%～90%，同時，卡拉膠寡糖能加速小鼠外周血白細(xì)胞的恢復(fù)，顯著提高胸腺指數(shù)和脾臟指數(shù)，激活脾臟NK細(xì)胞的殺傷活性，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬功能，對放射損傷小鼠的T細(xì)胞功能和亞型有明顯調(diào)節(jié)作用[33,34]。

海洋寡糖的抗氧化及抗輻射活性也是發(fā)揮其他活性如抗腫瘤的作用方式之一，同時也是海洋寡糖用于保健品及功能食品開發(fā)的重要依據(jù)。

2.3 抑菌及抗病毒活性

研究發(fā)現(xiàn)海洋寡糖也具有抑菌活性。Wang等[35]制備了不同類型的寡糖，比較了寡糖對大腸桿菌、霍亂弧菌、空腸彎曲桿菌和鼠傷寒沙門氏菌與HT-29細(xì)胞粘附的抑制作用，發(fā)現(xiàn)抗粘附作用與寡糖的結(jié)構(gòu)和濃度相關(guān)，其中，殼寡糖能顯著抑制霍亂弧菌對上皮細(xì)胞的粘附。Roberts等[36]研究發(fā)現(xiàn)甘露糖醛酸寡糖和三氯生聯(lián)合使用時可增強(qiáng)對口腔微生物Streptococcusmutans和Porphyromonasgingivalis的抑制作用，同時可減少細(xì)菌對牙科材料(如鈦)的附著。已有研究證明，低分子量的褐藻膠寡糖能夠破壞假單胞菌微菌落體的形成，并增強(qiáng)抗生素的功效[37]；褐藻膠寡糖混合物可以提高溶菌酶抗微生物活性的生物利用度[38]。Xu等[39]研究了多聚古洛糖醛酸與不飽和古洛糖醛酸寡糖對巨噬細(xì)胞抗菌活性的影響，發(fā)現(xiàn)GOS可通過調(diào)節(jié)與先天免疫相關(guān)的信號傳導(dǎo)增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的抗菌活性，以五糖活性最強(qiáng)。

海洋寡糖及其衍生物具有硫酸根及糖醛酸等酸性基團(tuán)的結(jié)構(gòu)特點，與病毒表面功能蛋白作用可干擾病毒對宿主細(xì)胞的吸附，達(dá)到抗病毒的作用。海帶來源的巖藻聚糖硫酸酯及硫酸巖藻寡糖具有抗甲型流感病毒的作用，糖芯片研究發(fā)現(xiàn)硫酸巖藻寡糖可以結(jié)合流感病毒表面神經(jīng)氨酸酶，抑制其活性，硫酸巖藻寡糖的聚合度、連接方式及硫酸根含量會影響其與神經(jīng)氨酸酶的親和力[40]。酶降解制備的κ-新卡拉膠寡糖可干擾HSV-1毒株對Vero細(xì)胞的吸附[41]。Kalitnik等[42]比較了通過自由基、弱酸及酶水解獲得不同分子量的κ-卡拉膠和κ/β-雜合型卡拉膠對煙草花葉病毒的抗病毒活性，發(fā)現(xiàn)通過弱酸水解獲得的產(chǎn)物抗病毒活性高于通過自由基降解的產(chǎn)物，而酶降解制備的寡糖活性最低。Wang等[43]研究發(fā)現(xiàn)κ-卡拉膠寡糖(CO-1)可以顯著抑制甲型流感病毒(H1N1)在MDCK細(xì)胞中的復(fù)制 (選擇性指數(shù)>25.0)，比較發(fā)現(xiàn)分子量2 kDa的寡糖比分子量3 kDa和5 kDa的活性更強(qiáng)，并且呈現(xiàn)劑量依賴性的特征，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)CO-1不結(jié)合在MDCK的細(xì)胞表面，但在預(yù)處理后可以滅活病毒顆粒，分子量2 kDa的κ-卡拉膠寡糖不同于多糖的作用，可以進(jìn)入MDCK細(xì)胞但是不干擾IAV吸附，作用機(jī)理研究表明CO-1在其內(nèi)化到細(xì)胞中后可以抑制流感病毒 mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)。同時發(fā)現(xiàn)κ-卡拉膠寡糖CO-1對病毒內(nèi)化后在一個復(fù)制周期中病毒釋放之前的IAV復(fù)制具有抗病毒作用。進(jìn)一步比較研究低分子量的κ-卡拉膠寡糖及其硫酸化衍生物對甲型流感病毒的抑制作用，發(fā)現(xiàn)分子量和硫酸化水平是其抗流感病毒的關(guān)鍵因素，分子中每個二糖單元含有0.8～1.0個硫酸基團(tuán)的分子量為 1～3 kDa時活性最強(qiáng)，κ-卡拉膠寡糖及其硫酸化衍生物還可以顯著改善甲型流感病毒感染小鼠的存活率和降低肺部病毒滴度，其抗病毒作用不依賴于干擾素系統(tǒng)[44]。趙金華等[45]采用雙氧水降解制備了低分子量巖藻糖化硫酸軟骨素，發(fā)現(xiàn)其為gp120侵入抑制劑，具有強(qiáng)效抗HIV-1病毒活性，可用于預(yù)防和/或治療艾滋病。寡糖抗病毒的作用機(jī)制不同于傳統(tǒng)抗病毒藥物，具有低毒的特點，用于病毒類傳染病的預(yù)防和治療具有很好的潛力。

2.4 對腸道微生物的影響

哺乳動物腸道微生物在宿主健康、營養(yǎng)、代謝和免疫穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要功能，隨著對腸道微生物群落的遺傳和代謝特征的大量研究，發(fā)現(xiàn)腸道微生物與宿主協(xié)同作用可促進(jìn)機(jī)體健康，但也會引發(fā)肝病、炎癥性腸病、結(jié)腸直腸癌、代謝綜合癥和肥胖相關(guān)等疾病的發(fā)生[46,47]。研究發(fā)現(xiàn)海洋多糖及寡糖能夠改善腸道微生物的組成，發(fā)揮積極作用。瓊膠寡糖可以顯著降低小鼠附睪脂肪組織重量和血清非酯化脂肪酸濃度，增加盲腸內(nèi)容物重量，調(diào)節(jié)小鼠腸道微生物組成，抑制小鼠肥胖的發(fā)生[48]，預(yù)防高脂飲食引起的腸道生態(tài)失調(diào)，從而抑制結(jié)腸癌的發(fā)生[49]。Li等[50]從人類糞便中分離得到可以減輕高脂肪飲食誘導(dǎo)的代謝紊亂擬桿菌 (Bacteroidesuniformis) L8，該菌可以降解瓊膠寡糖產(chǎn)生Gal，作為B.uniformisL8生長的底物，這可能是瓊膠寡糖預(yù)防高脂飲食引起腸道代謝紊亂的原因，同時發(fā)現(xiàn)嬰兒雙歧桿菌和青春雙歧桿菌可以利用瓊膠三糖。褐藻膠、甘露糖醛酸寡糖和古洛糖醛酸可以被人體腸道細(xì)菌Bacteroidesovatus、Bacteroidesxylanisolvens和Bacteroidesthetaiotaomicron降解，增加短鏈脂肪酸 (SCFA) 的產(chǎn)生，其中古洛糖醛酸寡糖作用最為明顯，這為褐藻膠寡糖作為特殊食品添加劑提供了理論依據(jù)[51]?？ɡz寡糖因可能導(dǎo)致腸道炎癥、促進(jìn)腸癌發(fā)生而備受關(guān)注。李苗苗[52]從 κ-卡拉膠寡糖降解菌的角度研究了卡拉膠寡糖的致炎機(jī)理，發(fā)現(xiàn)接種κ-卡拉膠寡糖降解菌以及接種降解菌并喂 κ-卡拉膠寡糖的小鼠結(jié)腸炎癥程度高于空白對照組和單獨喂κ-卡拉膠寡糖的小鼠，提示卡拉膠寡糖的致炎可能與降解菌有關(guān)，κ-卡拉膠寡糖可能進(jìn)一步加劇炎癥程度。

2.5 神經(jīng)保護(hù)活性

神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生會嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量，但目前還沒有有效的藥物進(jìn)行治療。寡糖分子量小，能跨越血腦屏障，有效穿過細(xì)胞膜發(fā)揮作用，研究發(fā)現(xiàn)海洋寡糖具有神經(jīng)保護(hù)活性，來源于海洋的糖類藥物甘露寡糖二酸GV971能夠多位點、多片段、多狀態(tài)地捕獲β淀粉樣蛋白 (Aβ)，抑制Aβ纖絲形成，使已形成的纖絲解聚為無毒單體，有望成為治療阿爾茨海默癥的新型海洋寡糖藥物。劉洋等[53]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過與κ-卡拉膠寡糖孵育，Aβ25-35所誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞存活率明顯上升，凋亡率明顯下降，說明κ-卡拉膠寡糖具有神經(jīng)保護(hù)作用。Zhou等[54]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過褐藻膠寡糖預(yù)處理，可顯著抑制LPS/Aβ刺激的BV2小膠質(zhì)細(xì)胞一氧化氮和前列腺素E2的產(chǎn)生，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、環(huán)氧合酶-2和促炎細(xì)胞因子的分泌，減弱BV2細(xì)胞中LPS激活的TLR4和NF-κB的過度表達(dá)，并通過與小膠質(zhì)細(xì)胞中TLR4的相互作用促進(jìn)了Aβ的吞噬，表明褐藻膠寡糖具有用于神經(jīng)退行性疾病特別是阿爾茨海默病治療的潛力。Tusi等[55]通過體內(nèi)實驗證實了褐藻膠寡糖對Aβ誘導(dǎo)神經(jīng)損傷的保護(hù)作用。Wang等[56]研究了來源于褐藻昆布 (EchloniakuromeOkam) 的酸性寡糖AOSC對Aβ誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)以及細(xì)胞毒性的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AOSC可以抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的反應(yīng)性表型，阻斷細(xì)胞氧化應(yīng)激，減少腫瘤壞死因子TNF-α和白細(xì)胞介素IL-6的產(chǎn)生，并防止Ca2+的流入，表明AOSC有可能開發(fā)為阿爾茲海默癥的治療藥物。

2.6 抗糖尿病活性

海洋寡糖及其衍生物也具有降血糖和抑制糖苷酶的活性，表現(xiàn)出抗糖尿病的活性。Hao等[57]研究發(fā)現(xiàn)甘露糖醛酸-鉻配合物可以改善C2C12骨骼肌細(xì)胞中的胰島素敏感性，并可以作為一種新的低毒的葡萄糖攝取刺激器，或者用作2型糖尿病患者的膳食補(bǔ)充或潛在藥物。Hou等[58]研究發(fā)現(xiàn)口服給藥昆布寡糖8周可以降低高脂飼料和鏈脲霉素誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠的血糖、甘油三酯、總膽固醇和游離脂肪酸含量，增加體重，具有抗2型糖尿病的活性。Yu等[59]研究發(fā)現(xiàn)殼寡糖GO2KA1可以有效抑制人和動物的餐后血糖、血漿脂聯(lián)素和HbA1c水平的升高，機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)GO2KA1以不同于阿卡波糖的方式抑制α-葡萄糖苷酶及葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白SGLT1和GLUT2活性，下調(diào)PPARγ表達(dá)，抑制腸道葡萄糖消化和轉(zhuǎn)運，預(yù)防高血糖癥，發(fā)揮抗糖尿病活性。

2.7 抗凝血活性

海洋寡糖具有類似肝素的結(jié)構(gòu)特點，表現(xiàn)出了明顯的抗凝血活性，活性與分子量大小及硫酸根的含量及位置有關(guān)，分子量越大，硫酸基含量越高，抗凝血活性越強(qiáng)，同時可以避免肝素使用中的出血風(fēng)險，具有很好的抗凝血藥物開發(fā)前景。濃度為0.25%～8%的κ-卡拉膠寡糖能顯著延長家兔的凝血時間 (clotting time,CT)，對凝血酶時間 (thrombin time,TT) 和活化部分凝血酶時間 (activated partial thromboplastin time,APTT) 作用明顯，說明κ-卡拉膠寡糖可能是通過內(nèi)源性途徑發(fā)揮抗凝血作用[60]。Sun等[61]通過H2O2氧化降解羊棲菜多糖(Saragassumfusiformepolysaccharide, SFP)制備低分子量寡糖LSFP，體外抗凝血活性實驗發(fā)現(xiàn)LSFP和SFP可以通過內(nèi)源性、外源性和常見的凝血途徑發(fā)揮抗凝血活性，顯著延長APTT、PT和TT，構(gòu)效關(guān)系分析表明硫酸根含量、分子量及單糖中巖藻糖的含量對抗凝血活性有影響。Zhao等[62]發(fā)現(xiàn)從海參巖藻糖化硫酸軟骨素制備的九糖以10 mg/kg的劑量可以抑制小鼠體內(nèi)97%血栓的形成，避免出血風(fēng)險，發(fā)揮抗凝血的活性。Zhang等[63]則在酶解天然硫酸軟骨素獲得硫酸軟骨素四糖和六糖的基礎(chǔ)上，化學(xué)合成了海參巖藻糖化硫酸軟骨素六糖和九糖，抗凝血活性研究發(fā)現(xiàn)九糖能夠選擇性抑制FXase，半數(shù)抑制濃度與抗凝血藥物低分子量肝素相當(dāng)，同時可避免出血風(fēng)險，有望開發(fā)為具有新作用機(jī)制的抗凝血藥物。

2.8 對動植物生長的影響

海洋寡糖還表現(xiàn)出促進(jìn)動植物生長的活性。研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加0.1%卡拉膠寡糖，可抑制肉仔雞腸中大腸桿菌、雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖，促進(jìn)小腸微絨毛生長發(fā)育，提高免疫反應(yīng)和生產(chǎn)性能[64]。在飼料中添加褐藻膠寡糖，可通過提高血清過氧化氫酶活性和谷胱甘肽含量，有效促進(jìn)斷奶仔豬的抗氧化防御能力，同時，AOS可以改善血清胰島素和胰島素樣生長因子-1的水平，升高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率 (粗蛋白質(zhì)、灰分和脂肪)，提高十二指腸和空腸粘膜中麥芽糖酶和蔗糖酶的活性，增加空腸粘膜中的Na+/葡萄糖共轉(zhuǎn)運蛋白1 (SGLT1) 和二價金屬轉(zhuǎn)運體1 (DMT1) 的合成，有效刺激斷奶仔豬的生長[65]。Jiang等[66]通過在飼料中添加0.1%的褐藻膠寡糖，研究了褐藻膠寡糖(alginate-derived oligosaccharide, ADO)對海參(Apostichopusjaponicas)體壁過氧化物酶(peroxidase,POD)、磷酸酶(phosphatase,ACP)、堿性磷酸酶 (alkaline phosphatase,AKP) 和溶菌酶(lysozyme,LSZ)活性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)POD、AKP和ACP活性先升高后降低，POD活性在第10 d顯著增強(qiáng)(P<0.01)，比對照組增加306%，AKP活性與對照相比均有顯著性的差異，ACP和LSZ活性在第20 d和第40 d具有顯著差異，體壁酶活性的變化表明褐藻膠寡糖對體液中的酶的影響高于對體壁中的酶活性的影響，褐藻膠寡糖的加入可以促進(jìn)海參腔液和體壁中POD、ACP、AKP和LSZ的活性，表明ADO可以明顯提高海參的非特異性免疫。κ-卡拉膠寡糖則具有增強(qiáng)仿刺參免疫活性的作用[67]。

褐藻膠寡糖和卡拉膠寡糖可以通過增強(qiáng)植物氮同化、基礎(chǔ)代謝水平和細(xì)胞分化促進(jìn)植物生長，同時卡拉膠寡糖可以誘導(dǎo)植物纖維素和精油含量，以及苯丙烷類化合物積累增加，進(jìn)而提高對病原體的防御能力[68]。Yokose等[69]研究了褐藻膠寡糖混合物(alginate oligosaccharide mixture，AOM)對單細(xì)胞海洋微藻微擬球藻 (Nannochloropsisoculata) 生長的影響，發(fā)現(xiàn)AOM可以濃度依賴性的促進(jìn)微擬球藻的生長，在20 mg/mL時其活性達(dá)到最強(qiáng)，與對照組相比，添加AOM后褐藻的生長速率幾乎比對照高5倍，而且AOM還可以改善Cu2+的殺藻作用。Yamasaki等[70]研究表明AOM可以顯著促進(jìn)綠藻(Chlamydomonasreinhardtii)的生長，并影響其脂肪酸的組成。Hu等[71]研究了不同濃度分子量為1 445 Da的褐藻膠寡糖對玉米種子萌發(fā)的影響，在濃度為0.75‰時，α-淀粉酶和β-淀粉酶顯示了最強(qiáng)的活性，與對照相比，處理后玉米根在3 d和7 d后分別增加了18%和34%，芽的生長在第7 d增加了46%，說明褐藻膠寡糖通過增加對種子萌發(fā)有重要作用的幾種酶的活性從而增加了種子發(fā)芽的速率。已有研究發(fā)現(xiàn)，酶降解獲得的不飽和褐藻膠寡糖相比褐藻膠能夠促進(jìn)培養(yǎng)基中胡蘿卜和水稻根的生長[72]。同時褐藻糖膠寡糖能夠顯著促進(jìn)煙草細(xì)胞培養(yǎng)過程中培養(yǎng)基堿化和過氧化氫釋放，誘導(dǎo)煙草葉獲得系統(tǒng)性抗性標(biāo)志物水楊酸和致病相關(guān)的蛋白積累，刺激煙草對煙草花葉病毒的局部和系統(tǒng)抗性[73]。Luan等[74]發(fā)現(xiàn)通過γ-射線照射降解制備的褐藻膠寡糖能明顯促進(jìn)萵苣和芥菜的生長，最佳濃度為75 mg/L。海洋寡糖來源豐富，產(chǎn)量高，用于動植物生長調(diào)節(jié)劑，具有綠色環(huán)保及成本低的優(yōu)勢。

2.9 其他活性

海洋寡糖結(jié)構(gòu)類型多樣，作用靶點多，決定了其具有多種生物活性，除了以上在抗腫瘤、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)等方面的研究和應(yīng)用之外，也發(fā)現(xiàn)在其他方面具有顯著的活性?？ɡz寡糖和焦磷酸鈉浸泡處理能有效抑制冷凍蝦仁解凍損失率的增加，減少肌原纖維蛋白含量和Ca2+-ATPase活性的下降，對蝦仁pH、明度和質(zhì)構(gòu)特性的保護(hù)效果顯著，有利于冷凍蝦仁品質(zhì)的保持[75],褐藻膠及其寡糖也具有保護(hù)冷凍貯藏蝦 (Litopenaeusvannamei) 品質(zhì)的作用[76]。Ariyo等[77]研究發(fā)現(xiàn)甘露糖醛酸寡糖(oligomannuronate, OM)和古洛糖醛酸寡糖(oligoguluronate, OG)可以促進(jìn)Penicilliumchrysogenum青霉素的生物合成，通過10～100 μg/mL OM的作用，在P.chrysogenumP2培養(yǎng)液中，青霉素G的產(chǎn)量最大可增加約50%，而P.chrysogenumNRRL 1951最大可增加約150%。褐藻膠寡糖還可以通過誘導(dǎo)IL-12產(chǎn)生抑制Th2發(fā)育和IgE產(chǎn)生，可用于預(yù)防過敏性疾病[78]。褐藻膠寡糖處理可顯著減弱消化/氧化應(yīng)激，減少3-硝基酪氨酸含量和超氧化物產(chǎn)生，下調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶，NADPH氧化酶2和4-羥基壬烯醛，同時，可抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡途徑，減少心肌細(xì)胞凋亡，上調(diào)抗凋亡蛋白B細(xì)胞淋巴瘤-2表達(dá)，使心臟對心肌缺血/再灌注(I/R)損傷具有抗性，預(yù)防急性阿霉素心臟毒性[79,80]。

3 展望

對于海洋來源寡糖及其衍生物的活性研究，不僅可以豐富小分子活性糖類化合物的種類，也可以進(jìn)一步揭示海洋多糖活性的細(xì)微結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及活性作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)新的活性結(jié)構(gòu)單元。但是由于海洋寡糖在生物體作用靶點多，活性作用機(jī)制復(fù)雜，一定程度影響了海洋寡糖的應(yīng)用和開發(fā)速度，新的研究方法如計算機(jī)虛擬篩選，糖生物芯片等高通量研究手段用于海洋寡糖及其活性的研究，將為海洋寡糖的研究提供新的思路。隨著研究的不斷深入，海洋寡糖在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用也必將更加廣泛。