羊棲菜次生代謝產(chǎn)物及其活性研究進展

楊小雨，曹鵬，鄒慧熙，閻秀峰，李楠

(溫州大學生命與環(huán)境科學學院 浙江省水環(huán)境與海洋生物資源保護重點實驗室 城市水污染生態(tài)治理技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，浙江 溫州 325035)

羊棲菜Sargassumfusiforme(Harv.)Seteh.或Hizikiafusiformis(Hary.)Okam.隸屬于褐藻門(Phaeophyta)、墨角藻目(Fucales)、馬尾藻科(Sargassum)，主要生長在西北太平洋海岸線附近的低潮間帶巖石上[1]。在中國、韓國、日本和東南亞作為藥食兩用的重要經(jīng)濟海藻。目前，我國是全球最大的羊棲菜生產(chǎn)國[2]。羊棲菜具有較高的食用和藥用價值，在功能性食品和醫(yī)藥保健品研發(fā)上具有廣泛的應(yīng)用前景。羊棲菜富含各類次生代謝產(chǎn)物，生物活性多樣，是研究天然化學產(chǎn)物的重要海藻。本文綜述了近年來羊棲菜次生代謝產(chǎn)物及生物活性研究進展，為羊棲菜的次生代謝產(chǎn)物的活性成分提取及醫(yī)藥保健品的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

1 羊棲菜次生代謝產(chǎn)物

羊棲菜含有豐富的次生代謝產(chǎn)物，主要有褐藻多酚(phlorotannins)、甾醇(sterol)、萜類(terpenes)、巖藻黃質(zhì)(fucoxanthin)、功能性油脂(functional oil)和凝集素(lectins)等。

1.1 褐藻多酚

羊棲菜中所含的多酚屬于褐藻多酚，含量約占藻體干重的2%[3]，是由間苯三酚(3，5-三羥基苯)結(jié)構(gòu)單元低聚和去耦聚合，由乙酸鹽-丙二酸(或聚酮)途徑形成[4]。根據(jù)其聚合方式的不同，可分為6種類型，即多羥基苯醚型(phlorethols)、多羥基聯(lián)苯型(fucols)、多(鄰、間)羥基苯醚型(fuhalols)、鹵代和烷基化多酚型(halogenated phlorotannins)、混合多羥基聯(lián)苯多苯醚型(fucophlorethols)以及二苯呋喃和二苯雜二氧型(eckols)[5]，分子量多在126～650 ku。通過質(zhì)譜技術(shù)，Li等[6]在羊棲菜中發(fā)現(xiàn)了42種褐藻多酚類物質(zhì)，其中，福哈洛爾型多酚含量最高，多羥基苯醚型和混合多羥基聯(lián)苯多苯醚型次之。此外，還首次在羊棲菜中發(fā)現(xiàn)了carmalol衍生物等二苯雜二氧型褐藻多酚。

1.2 甾醇

羊棲菜富含甾醇類物質(zhì)，如巖藻甾醇(fucosterol)是海藻中含量最豐富的植物甾醇[7-9]、馬尾藻甾醇(saringosterol)則包括兩種構(gòu)型24(S)-馬尾藻甾醇和24(R)-馬尾藻甾醇[10-12]。另外，Chen等[11]從羊棲菜中分離一些結(jié)構(gòu)類似的甾醇，包括24-氫過氧基-24-乙烯基膽甾醇(24-hydroperoxy-24-vinyl-cholesterol)、 29-氫過氧基巖藻甾醇(29-hydroperoxy-stigmasta-5，24(28)-dien-3β-ol)、24-亞甲基膽甾醇(24-methylene-cholesterol)和 24-羰基膽甾醇(24-keto-cholesterol)等。Seong等[13]則分離到了甘草酸(glycyrrhizin)及3個糖苷類衍生物、24R，28R-環(huán)氧基-24-乙基膽甾醇(24R，28R-epoxy-24-ethylcholesterol)和24S，28R-環(huán)氧基-24-乙基膽甾醇(24S，28R-epoxy-24-ethylcholesterol)。

Wang等[14]從羊棲菜中首次分離到結(jié)構(gòu)已知的(24S)-stigmasta-5，28-diene-3β，24-diol-7-one，同時，也分離到了兩個新的膽甾烷類甾醇sargassuols A和B。此外，從羊棲菜中分離到的植物甾醇還有5α，8α-epidioxyergosta-6，22-dien-3β-ol[10]、過氧麥角甾醇[10]、醋酸沙林甾醇(saringosterol acetate，SSA)[15]和馬豆酸A[13]等。

1.3 萜類化合物

萜類化合物是一類由兩個或兩個以上異戊二烯單位所聚合而成的烴類及其含氧衍生物的總稱[16]。根據(jù)其結(jié)構(gòu)單位的不同，可以分為單萜、倍半萜、二萜以及多萜。徐忠明[17]通過微波輔助結(jié)合逆流色譜方法從羊棲菜中分離得到三種萜類化合物為：loliolide、lsololiolide和(3R)-4-[(2R，4S)-4-acetoxy-2-hydroxy-2，6，6 trimethy lcyclohexylidene]-3-buten-2-one。王海陽[18]對羊棲菜揮發(fā)油的GC-MS分析中發(fā)現(xiàn)許多2，2-二甲基癸烷、4，7-二甲基十一烷、3-乙基-3-甲基癸烷等萜類化合物，并在揮發(fā)油中占有很高的含量。

1.4 巖藻黃質(zhì)

巖藻黃質(zhì)又稱巖藻黃素、褐藻黃素，是從褐藻中提取的一種類胡蘿卜素[19]。與陸生植物中的類胡蘿卜素不同，巖藻黃質(zhì)是一種具有獨特結(jié)構(gòu)的葉黃素，其分子中包含一個罕見的等位基因鏈和一個5，6-單環(huán)氧化物[20]。此外，研究者們還發(fā)現(xiàn)了19′-丁酰氧基巖藻黃質(zhì)(19′-butanoyloxyfucoxanthin)和19′-己酰氧基巖藻黃質(zhì)(19′-hexanoyloxyfucoxanthin)兩種新結(jié)構(gòu)的巖藻黃質(zhì)[21]。

尹尚軍等[22]發(fā)現(xiàn)，羊棲菜中巖藻黃質(zhì)提取率達1.067 mg·g-1，劉麗平等[23]采用二氧化碳超臨界萃取技術(shù)使提取率得到進一步提高，可達2.02%。Xiao等[24]建立了一種快速高效的微波輔助萃取結(jié)合高速逆流色譜分離的方法純化食用褐藻中的巖藻黃質(zhì)，整個分離提取過程在不到75 min內(nèi)完成，可以從15 g干羊棲菜中獲得總共0.2 mg的巖藻黃質(zhì)。Chen等[25]采用優(yōu)化的超聲輔助提取法提取羊棲菜粗提物，得到巖藻黃質(zhì)的純度可達96.01%。此外，Dai等[26]發(fā)現(xiàn)，羊棲菜中含有巖藻黃質(zhì)的部分主要包括：巖藻黃質(zhì)、葉綠素-a、β-胡蘿卜素、順式巖藻黃素和脫鎂葉綠素-a。由于海藻巖藻黃質(zhì)含量較低(0.02%～0.58%鮮重)[24]，所以對大量提取巖藻黃質(zhì)的方法仍需進一步研究。

1.5 其他成分

Yang等[27]發(fā)現(xiàn)，羊棲菜功能性油脂主要包括棕櫚酸(37.80%)、植物醇(33.21%)、花生四烯酸(15.32%)、十四酸(11%)、9-十六烯酸(2.67%)以及少量油酸酰胺和芥酸酰。此外，有研究表明，羊棲菜中含有凝集素。凝集素是由葡萄糖、半乳糖和巖藻糖等單糖單元通過N-糖苷鍵連接形成的糖蛋白[28]，其特點是與碳水化合物結(jié)合的特異性高，無需通過相關(guān)酶激活啟動修飾，與其他植物來源的凝集素相比，藻類凝集素目前未被廣泛研究，具有較高的研究潛力[29]。

2 生物活性

2.1 抗氧化活性

抗氧化劑具有清除自由基的特性，起到延緩和改善細胞損傷的作用。在不同體外和體內(nèi)模型中，已有諸多關(guān)于羊棲菜次生代謝產(chǎn)物抗氧化活性的研究。多種抗氧化檢測體系表明，羊棲菜褐藻多酚[30-33]、總甾醇、馬尾藻甾醇[34]、巖藻甾醇、巖藻黃質(zhì)、功能性油脂[35]和凝集素[28]均具有較好的抗氧化活性和清除自由基能力。褐藻多酚的抗氧化性可能與間苯三酚結(jié)構(gòu)單元聚合度、羥基數(shù)量、羥基類型以及苯氧基的共振穩(wěn)定性有關(guān)，而遺傳和環(huán)境因素使羊棲菜褐藻多酚呈現(xiàn)不同的抗氧化活性[36-39]。羊棲菜巖藻甾醇[40]可通過刺激抗氧化酶抵抗自由基，從而可延長線蟲的壽命；巖藻黃質(zhì)抗脂質(zhì)過氧化功能則明顯強于維生素C[41-42]；而羊棲菜凝集素具有抗氧化活性此前卻鮮見報道。

2.2 抗菌活性

羊棲菜多酚和甾醇類化合物對不同病原細菌和病原真菌均顯示出了較好的抗菌活性，如大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌、希瓦氏菌、紫色桿菌，嗜水氣單胞菌、變異鏈球菌和副溶血菌等[43-44]。

羊棲菜多酚可通過減少紫色色素的產(chǎn)生，對紫色桿菌產(chǎn)生抗群體感應(yīng)(quorum sensing，QS)活性，也可降低毒力因子產(chǎn)生和生物膜形成，在體內(nèi)降低線蟲銅綠假單胞菌感染引起的死亡率[44]。總甾醇、馬尾藻甾醇和巖藻甾醇對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌均具有抗菌活性[43]。

在有機試劑粗提物和其萃取相的抗菌實驗中發(fā)現(xiàn)，萃取相的抗菌活性多優(yōu)于粗提物[45-47]，主要因為粗提物成分復雜，一些有效抗菌物質(zhì)之間產(chǎn)生相互拮抗或被其他基團所屏蔽，分離后屏蔽基團被分開，抗菌活性得以體現(xiàn)出來[47]。同時，對具有抗菌活性的萃取相進行成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，乙醇提取物的乙酸乙酯相組分多以醇類為主，如2-乙基己醇、15-冠-5醚、2-乙基-4-甲基戊醇和1，4，7，10，13，16-六惡環(huán)十八烷等[46]；而不同有機試劑提取后的抗菌活性成分則有所不同，主要有5，5，8a-三甲基萘烷-1-酮、山菊醇、4-羥基苯甲酸和1，10-葵二醇等[45]。

無論從細菌、真菌、動物植物病原菌[45-46]、陸地海洋致病菌[44，48]、還是食用菌雜菌[46]，羊棲菜次生代謝產(chǎn)物抗菌活性顯示出菌種涵蓋范圍廣、抑菌活性好等特點。

2.3 抗炎癥活性

炎癥是應(yīng)對微生物和內(nèi)毒素感染、傷口或刺激物，旨在恢復正常細胞結(jié)構(gòu)和功能的一種復雜的防御機制[49]。

多酚通過抑制促炎細胞因子或多種下游炎癥介質(zhì)的轉(zhuǎn)錄表達來緩解炎癥反應(yīng)，推測多酚的抗炎活性可能與其較強的抗氧化性有關(guān)[50-52]。Lee等[53]發(fā)現(xiàn)，羊棲菜乙醇提取物的乙酸乙酯相級分F2′中含有較高比例的丁酸，丁酸可能通過消除Th細胞依賴性細胞因子來抑制T細胞活化，消除炎癥源，抑制活化T細胞核因子(nuclear factor of activated T cell，NFAT)的激活，從而改善特應(yīng)性皮炎指數(shù)，而羊棲菜巖藻甾醇通過抑制血清免疫球蛋白E(immunoglobulin E，IgE)和促炎細胞因子，調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡對2，4-二硝基氯苯(2，4-dinitrochlorobenzene，DNCB)誘導的NC/Nga小鼠特應(yīng)性皮炎樣病變產(chǎn)生抗炎作用[54]。巖藻黃質(zhì)通過減輕顆粒物誘導的巨噬細胞炎癥和角質(zhì)形成細胞中的氧化應(yīng)激而產(chǎn)生細胞保護，延緩炎癥反應(yīng)[26]。

2.4 抗糖尿病活性

目前，關(guān)于羊棲菜體外體內(nèi)抗糖尿病的研究已經(jīng)進行了大量實驗。

羊棲菜多酚可通過抑制C57BL/6N肌肉組織(小鼠)中α-葡萄糖苷酶活性、增加肌肉葡萄糖攝取和激活胰島素信號相關(guān)蛋白而起到降血糖的作用[55]。Seong等[13]發(fā)現(xiàn)，羊棲菜甲醇提取物中巖藻甾醇對蛋白酪氨酸磷酸酶1B(protein tyrosine phosphatase 1B，PTP1B)顯示出非競爭性抑制活性；甘草酸代謝物為競爭性抑制活性。推測巖藻甾醇可能通過抑制消化器官中的α-葡萄糖苷酶活性，延遲葡萄糖的吸收，刺激胰島素信號通路，從而起到降血糖的作用。此外，羊棲菜乙醇提取物中多種次生代謝產(chǎn)物協(xié)同作用下，可通過改變腸道微生物群和代謝產(chǎn)物來緩解與2型糖尿病相關(guān)的癥狀[56]。羊棲菜的石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯萃取物均能顯著改善淀粉/麥芽糖的耐量，尤其是乙酸乙酯相中鄰苯二甲酸二丁酯可與PTP1B活性位點關(guān)鍵氨基酸殘基相互作用，進而抑制其活性。而羊棲菜不同有機試劑萃取物可抑制餐后血糖的升高，具有干預2型糖尿病發(fā)生、發(fā)展的潛在作用[57]。

2.5 光保護活性

植物和其他自養(yǎng)生物具有光保護機制，這一生物化學過程通過防止皮膚受到氧化應(yīng)激來防止太陽輻射。太陽輻射包括紫外線在內(nèi)的多種電磁光譜，過度暴露會導致皮膚癌[58]。

羊棲菜多酚能增強紫外線照射的小鼠成纖維細胞內(nèi)超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，降低丙二醛的含量。紫外輻射劑量越大，小鼠成纖維細胞受到的抑制越嚴重，隨著多酚濃度的增大，對小鼠成纖維細胞的保護作用呈先增強后減弱的趨勢，推測多酚光保護作用可能與抗氧化活性相關(guān)[59]。在對紫外線照射人真皮成纖維細胞皮膚損傷研究中，羊棲菜巖藻甾醇通過調(diào)節(jié)激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)和轉(zhuǎn)化酶調(diào)節(jié)生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)信號來調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶-1(matrix metalloproteinase-1，MMP-1)和Ⅰ型前膠原的表達，而顯示出抗光老化活性[48]。

2.6 抗腫瘤活性

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，競爭壓力不斷提高，環(huán)境不斷惡化，使得腫瘤的發(fā)病率逐年升高。因此，對腫瘤的預防、治療成為了全世界科學研究的熱點。

羊棲菜粗多酚及其純化后多酚各組分在相同濃度下，對HepG2肝癌細胞、HT29結(jié)腸癌細胞和A-549人肺癌細胞具有明顯的增殖抑制作用[60]。高濃度羊棲菜多酚可提高荷瘤小鼠NK細胞活性及T淋巴細胞的增殖活力，實體瘤生長抑制明顯。推測多酚對腫瘤除直接的抑制作用或通過藥物引起細胞毒性作用外，還可以通過提高機體免疫系統(tǒng)功能，增強對腫瘤細胞的抑制作用[61]。此外，Kim等[15]發(fā)現(xiàn)，羊棲菜中的SSA可通過調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR和TGFβ/Smad信號通路抑制細胞因子和甲胎蛋白產(chǎn)生等抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。

研究發(fā)現(xiàn)，羊棲菜乙醇提取物可通過不同的作用途徑和信號通路有效地抑制Hep3B人肝癌細胞[62]、AGS人胃腺癌細胞和人前列腺癌PC3細胞[63-64]等腫瘤的轉(zhuǎn)移、侵襲[65-66]。因此，羊棲菜可被用作腫瘤和癌癥治療的化學預防或輔助化療的藥物來源。

2.7 神經(jīng)保護活性

羊棲菜次生代謝產(chǎn)物對神經(jīng)保護活性的研究主要集中在神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如改善記憶和預防阿爾茨海默病(alzheimer′s disease，AD)、抑郁癥和癲癇等方面。

羊棲菜甘草酸及其代謝產(chǎn)物[67]、功能性油脂[27，68]、馬尾藻甾醇[69]以及巖藻甾醇的氧化物沙林甾醇[70]均有改善認知能力，緩解預防AD病癥的作用。通過小鼠強迫游泳實驗(forced swimming test，F(xiàn)ST)和尾部懸架試驗(tail suspension test，TST)，不同分子量羊棲菜多酚[71]、巖藻甾醇[9]、沙林甾醇[12]均顯示出較好的抗抑郁活性。同時，電擊小鼠實驗表明巖藻甾醇具有抗驚厥活性，這一過程可能是由腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)介導的[12]。

2.8 抗病毒活性

Lee等[72]利用從羊棲菜中提取得到的棕櫚酸對T細胞、原代外周淋巴細胞和原代巨噬細胞進行處理，發(fā)現(xiàn)感染抑制呈濃度依賴性，棕櫚酸可同CD4受體結(jié)合，阻止人類免疫缺陷病毒-1(human immunodeficiency virus，HIV-1)侵入和感染。因此，了解棕櫚酸和CD4之間的結(jié)構(gòu)-親和關(guān)系將有助于開發(fā)具有抗HIV-1侵入的棕櫚酸類似物。

羊棲菜中酚類化合物在體外對HEp2細胞可以明顯減少呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus，RSV)復制、基因轉(zhuǎn)錄、蛋白合成、合胞體形成以及RSV誘導的細胞死亡，在體內(nèi)可以提高BALB/c小鼠肺部RSV的清除率。由此表明，羊棲菜酚類化合物及其潛在成分將對RSV感染產(chǎn)生有益的影響，是很有前景的一類抗RSV感染的天然抗病毒候選藥[73]。

2.9 其他活性

通過評估體內(nèi)、體外一氧化氮生成、吞噬作用以及細胞因子分泌發(fā)現(xiàn)，羊棲菜巖藻甾醇具有調(diào)節(jié)免疫功能的潛力[74]。羊棲菜醇提物可在脾樹突細胞上誘導共刺激分子并激活CD8和體內(nèi)T細胞，推測醇提取物可能是樹突狀細胞介導的免疫治療中潛在的有效免疫治療化合物[75]。

此外，羊棲菜甾醇類物質(zhì)通過肝X受體(liver X receptor，LXR)激活調(diào)節(jié)膽固醇代謝途徑中的基因表達，可顯著降低大鼠體內(nèi)總膽固醇、甘油和低密度脂蛋白膽固醇含量，起到降血脂和抗動脈粥樣硬化的功能[11]。巖藻甾醇還可通過促進MG63細胞的增殖，治療骨質(zhì)疏松和牙周炎等代謝性骨疾病[76]。羊棲菜醇提物中1，19二十碳二烯、棕櫚酸和11-十二碳烯-1-醇三氟乙酸等活性成分，可通過提高酶和非酶抗氧化活性防御系統(tǒng)，降低氧化應(yīng)激，恢復肝細胞和肝細胞的酶水平，降低順鉑治療導致的肝腎組織損傷[77]。

3 展望

隨著國家強化海洋資源科學利用，系統(tǒng)推進海洋經(jīng)濟發(fā)展，重塑海洋優(yōu)勢、激發(fā)海洋價值等一系列舉措推進，羊棲菜作為資源量較大，藥用、食療雙重作用的經(jīng)濟類海藻，是具有較強科技研發(fā)和經(jīng)濟前景的海洋生物資源。

目前，國內(nèi)外學者對羊棲菜次生代謝產(chǎn)物的研究多集中在羊棲菜褐藻多酚、甾醇或粗提物上，對其他小分子化合物的探究較少。因此，發(fā)揮我國羊棲菜最大生產(chǎn)國地域資源優(yōu)勢；優(yōu)化提取純化和分析活性化合物方法以及挖掘更多羊棲菜次生代謝產(chǎn)物，將是羊棲菜次生代謝產(chǎn)物深度開發(fā)和研究所面臨的關(guān)鍵。羊棲菜次生代謝產(chǎn)物的挖掘和開發(fā)，為羊棲菜資源在功能性食品、醫(yī)藥保健品、藥物、化妝品以及飼料添加劑等方面的研發(fā)和利用提供廣泛的應(yīng)用前景，也為羊棲菜在生物學、生態(tài)學以及經(jīng)濟學等領(lǐng)域的研究提供依據(jù)支撐。