小球藻多糖的結構與生物活性研究進展

何啟煜，安子哲，陳安進，王寒梅，李方圓，盧海燕，趙 雪,

（1.中國海洋大學食品科學與工程學院，海洋食品加工與安全控制全國重點實驗室，山東 青島 266003；2.青島市市立醫(yī)院，山東 青島 266011）

小球藻（Chlorella）屬于綠藻門（Chlorophyta）綠球藻目（Chlorococcales）小球藻科（Chlorellaceae）小球藻屬（Chlorella），生長在淡水或海水中，按養(yǎng)殖方式可分為自養(yǎng)型、異養(yǎng)型和復合培養(yǎng)型[1]。小球藻是第一個被人成功分離和培育的單細胞綠藻，其體積微小、繁殖速度快[2]，目前主要的養(yǎng)殖品種有普通小球藻（C.vulgaris）、蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）、橢圓形小綠藻（C.ellipsoidea）、柱頭小球藻（C.stigmatophora）、索氏小球藻（C.sorokiniana）、佐氏小球藻（C.zofingiensis）和單細胞油脂高脂突變株小球藻（C.kessleri），養(yǎng)殖種類繁多。小球藻中富含蛋白質、脂類、多糖、小球藻生長因子、維生素、天然色素和礦物質等物質，已被聯(lián)合國糧農組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）認證為一種綠色健康的食品[3]，并廣泛應用于水產養(yǎng)殖、化妝品、醫(yī)藥與環(huán)境保護等領域[4]，具有廣闊的開發(fā)前景。

小球藻中的多糖質量分數(shù)為10%～25%[5]，是小球藻中一種重要的活性物質。研究發(fā)現(xiàn)，小球藻多糖具有抗氧化[6]、降血脂[7]、抗哮喘[8]、抗腫瘤[9]、調節(jié)免疫[10]和保護神經[11]等生物活性。小球藻多糖分為胞外多糖、胞壁多糖和細胞基質多糖。按單糖組成將小球藻多糖分為六大類：以葡萄糖（glucose，Glc）為主的雜多糖、以半乳糖（galactose，Gal）為主的雜多糖、以鼠李糖（rhamnose，Rha）為主的雜多糖、以阿拉伯糖（arabinose，Ara）為主的雜多糖、以葡萄糖醛酸（glucuronic acid，GlcUA）為主的雜多糖和以甘露糖（mannose，Man）為主的雜多糖。這些多糖中同明含Glc、Gal、Rha、Ara、Man、木糖（xylose，Xyl）和GlcUA等多種單糖，而且糖鏈上還具有Gal、Rha或GlcUA等多種支鏈，部分糖殘基上還存在甲基化、硫酸根和乙酰化修飾，因此小球藻多糖的結構非常復雜，這給小球藻多糖相關產品的分析檢測和質量控制帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

目前，微藻多糖的分離純化方法主要有水提取、分級醇沉、陰離子交換色譜法[10,12-13]和凝膠排阻色譜法[14]。多糖結構的分析方法主要有甲基化結合氣相色譜-質譜聯(lián)用（gas chormatography-mass spectrometry，GC-MS）法[8,15]和二維核磁共振（two-dimensional nuclear magnetic resonance，2D-NMR）法[7,16]。

1 小球藻多糖的組成與結構

1.1 葡聚糖和以Glc為主的雜多糖

小球藻中含有較高質量分數(shù)的葡聚糖或以Glc為主的雜多糖，其中Glc質量分數(shù)可達到50%～70%，Gal 質量分數(shù)1 5%～2 5%，同明還含有少量Rha、Xyl、Ara和Man。2008年，Suárez等[17]從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中分離純化出一種β-1,2-葡聚糖，其線性和環(huán)狀結構的物質的量比為64∶36。環(huán)狀葡聚糖含有18～35 個Glc殘基，其中70%由21～22 個Glc組成。而50%線性的葡聚糖是由20～21 個Glc組成，結構如圖1 A 所示。2015 年，Tabarsa 等[10]利用水提取和弱陰離子交換色譜法從普通小球藻（C.vulgaris）中分離純化出一種分子質量為1.97×103Da的α-1,6葡聚糖。經NMR分析表明有一部分Glc的C-3位上連接有Glc支鏈。其結構如圖1B所示。

圖1 蛋白核小球藻中的β-1,2-葡聚糖（A）和普通小球藻中的α-1,6-葡聚糖（B）的結構[10]Fig.1 Structures of β-1,2-glucan from C. pyrenoidosa (A) and α-1,6-glucan from C. vulgaris (B)[10]

2017年，Qi Jia等[12]利用熱水提取、弱陰離子交換色譜法從橢圓形小球藻（C.ellipsoidea）中分離純化獲得一種分子質量為2.37×105Da的葡聚雜多糖，其單糖組成為Glc（58.80%，物質的量百分比，下同）、Gal（27.00%）、Rha（11.60%）和Man（2.60%），同明含有6.00% GlcUA和6.00%硫酸根。甲基化與GC-MS結果表明，其主鏈由1,4連接的Glc與1,6連接的Gal組成，并在Glc的C-3、Gal的C-4位上存在支鏈。

1.2 半乳聚糖和以Gal為主的雜多糖

2006年，Suárez等[18]用水提取、強陰離子交換法和凝膠色譜法從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中獲得一種分子質量為1.50×104Da的呋喃型半乳聚糖。如圖2A所示，2D-NMR結果表明，其主要由→2-α-DGalf-1→構成。2010年，Suárez等[19]從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中獲得一種磷酸化的以Gal為主的雜多糖，同明含有少量Glc和Man。如圖2B所示，其糖鏈是由→3-α-D-Gal-1→組成，在Gal的C-6位上存在支鏈，其中50%的支鏈為β-D-Glc，50%為α-D-Man-1-磷酸和3-O-Meα-Man-1-磷酸。同明發(fā)現(xiàn)，大約有35%的Gal的C-2與C-4處連有乙酰基修飾。

圖2 蛋白核小球藻中的α-1,2-半乳聚糖（A）和以Gal為主的雜多糖（B）的結構[19]Fig.2 Structures of α-1,2-galactan (A) and a heteropolysaccharide composed mainly of galactose (B) from C. pyrenoidosa[19]

2007年，?ezanka等[20]從單細胞油脂高脂突變株小球藻（C.kessleri）中提取水溶性多糖，經葡萄糖酶法除去葡聚糖后，用甲基化與GC-MS分析確定，其主鏈由→4-L-Rhap-1,4-D-Galp-1,4-D-Galp-1,4-D-Galp-1,3-L-Arap-1→構成，并在主鏈中的部分Gal殘基C-3位上存在支鏈，支鏈有Galf和Xylp兩種類型。結構如圖3A所示。

圖3 單細胞油脂高脂突變株小球藻中以Gal為主的雜多糖（A、B）和鼠李聚糖（C）的結構[20-21]Fig.3 Structures of a heteropolysaccharide composed mainly of galactose (A and B) and rhamnoglycan (C) from C. kessleri[20-21]

2020年，經熱水提取、弱陰離子交換色譜和凝膠色譜分離，Sushytskyi等[21]從單細胞油脂高脂突變株小球藻（C.kessleri）中獲得3 個多糖組分，均主要由Gal、Rha、Xyl和4-O-Me-Xyl組成。經甲基化和2D-NMR分析表明，其中一個組分由1,3-連接的Galp構成主鏈，并在其C-2位上連有Xyl支鏈，且部分Xyl具有甲基化修飾，結構如圖3B所示；還有一個組分為多樣連接方式的鼠李聚糖結構，其由1,3-連接的Rha構成主鏈，并在C-2位上連有1,2-連接的Rha支鏈，結構如圖3C所示。

2019 年，Barboríková 等[8]從普通小球藻（C.vulgaris）的培養(yǎng)液中獲得一種分子質量為8.40×104Da胞外多糖，單糖組成為Gal（35.62%）、Ara（32.31%）、Rha（15.75%）、Man（7.24%）、Glc（5.55%）、Xyl（3.53%）。經甲基化和GC-MS分析確定，該多糖中存在1,2,3-連接的Rha、1,3-連接的Rha、1,2-連接的Ara、1,4,6-連接的Gal以及末端的Galf。此外，還發(fā)現(xiàn)了部分甲基化的己糖（如3-O-Me-Glc、3-O-Me-Gal）、2-O-Me-戊糖和3-O-Me-戊糖的存在。

2020年，F(xiàn)erreira等[15]從普通小球藻（C.vulgaris）的培養(yǎng)基中通過水提和醇沉獲得一種胞外多糖，其單糖組成為Gal（52.80%）、GlcUA（18.00%）、Rha（8.00%）、Man（7.70%）、Ara（6.40%）、Xyl（5.50%）和Glc（1.60%）。經甲基化和GC-MS分析發(fā)現(xiàn)其1,6-連接的Gal的含量最高，且還含有末端連接的呋喃型Gal，此外還存在1,3-連接與1,3,6-連接的Gal，以及少量的1,3-連接的Rha、1,2-連接的Rha和1,2-連接的Man。

2020年，Capek等[22]從普通小球藻（C.vulgaris）的培養(yǎng)液中分離純化出一種胞外多糖，其單糖組成為Gal（36.00%）、Rha（29.20%）、Ara（19.00%）、Glc（8.40%）、Man（4.40%）、Xyl（3.00%）。經甲基化與2D-NMR分析，該胞外多糖存在1 個由重復單元→2-α-L-Rha-1→3-α-L-Rha-1→序列形成的主鏈結構，推測部分Rha的C-2、C-3或C-4位連接有聚合度不均一的支鏈結構，其支鏈主要由α-1,6連接的Gal或α-1,2連接的Ara構成，同明這些支鏈本身也連接有小的支鏈，結構如圖4所示。分析結果還表明，多糖中存在大量的末端Galf連接方式，說明這些Gal可能是復雜支鏈結構的末端單位。在2D-NMR分析中，還鑒定出部分Gal與Ara的C-3位具有甲基化修飾。綜合上述分析，該多糖具有高度分支的α-L-Ara-α-L-Rha-α,β-D-Gal結構。

圖4 普通小球藻中以Gal為主的雜多糖的結構[22]Fig.4 Structure of a heteropolysaccharide composed mainly of galactose from C. vulgaris[22]

通過比較Barboríková[8]、Ferreira[15]和Capek[22]等通過甲基化和GC-MS研究發(fā)現(xiàn)，小球藻多糖中均具有較高比例的1,4,6-連接的Gal、1,3-連接的Rha、1,2,3-連接的Rha、1,2-連接的Ara和末端的呋喃型Gal。推測以上連接方式是從普通小球藻（C.vulgaris）的培養(yǎng)液中獲得胞外多糖的重要連接單元。

1.3 以Rha為主的雜多糖

小球藻中還具有獨特的鼠李聚糖。1999年，Ogawa等[23]利用陰離子交換色譜從普通小球藻（C.vulgaris）中純化出一種葡萄糖醛酸-鼠李聚糖。其主要由Rha（57.80%）和GlcUA（14.20%）組成，還含有Ara、Xyl、Man、Gal、2-O-Me-Rha、3-O-Me-Rha。酸降解產物經分離純化和2D-NMR分析，確定了其-GlcUAp-α-1→3-L-Rhap-α-1→2-L-Rhap三糖結構，結構如圖5A所示。2021年，Wan Xuzhi等[16]利用弱陰離子交換色譜和凝膠排阻色譜，從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中分離后獲得1 個分子質量為1.58×104Da的酸性多糖組分，主要由Rha（34.7%）、Gal（26.0%）、Ara（15.5%）、Man（11.9%）、Glc（8.8%）、GlcUA（2.3%）、半乳糖醛酸（galacturonic acid，GalUA）（0.8%）組成。經2D-NMR分析確定，其具有1,2-連接的Rha、1,4-連接的GalUA、1,3-連接的Man、1,6-連接的Glc、1,3,6-連接的Gal和末端連接的Ara與GlcUA，結構如圖5B所示。

圖5 普通小球藻和蛋白核小球藻中三糖（A）和以Rha為主的雜多糖（B）的結構[16,23]Fig.5 Structures of trisaccharide (A) and a heteropolysaccharide composed mainly of rhamnose (B) from C. vulgaris and C. pyrenoidosa[16,23]

1.4 以Ara為主的雜多糖

2001年，Pugh等[24]從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中提取分離純化出一種以Ara為主的雜多糖，由Ara（40.00%）、Gal（33.75%）和Rha（15.00%）和其他微量單糖組分組成。2005年，Suárez等[14]從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中獲得分子質量為4.7×105Da的半乳-阿拉伯聚糖，Ara和Gal的物質的量比為2∶1。經甲基化、GC-MS與2D-NMR分析發(fā)現(xiàn)其主鏈由2-α-L-Ara-1,3-β-DGal-1重復單元構成，并在Gal的C-4位連有L-Ara分支，如圖6A所示。

圖6 蛋白核小球藻中半乳-阿拉伯聚糖（A）和普通小球藻中甘露-阿拉伯聚糖（B）的結構[14,25]Fig.6 Structures of arabinogalactan (A) and mannan-arabinose (B)from C. pyrenoidosa and C. vulgaris[14,25]

2012年，Pieper等[25]采用堿提和凝膠排阻色譜法從普通小球藻（C.vulgaris）的細胞壁中獲得1 種分子質量為8×103Da的甘露-阿拉伯聚糖，Ara與Man物質的量比為39∶16。經電噴霧質譜法與2D-NMR分析確定，其主鏈的平均單元為2-D-Manp-α-1,6-D-Manp-α-1,5-D-Araf-α-1。在Manp的C-2和C-6位上存在D-Araf-β-1,2-D-Araf-1-和D-Araf-β-1,5-D-Araf-1-的二糖支鏈，平均結構如圖6B所示。

1.5 以Man為主的雜多糖

2019 年，ZhangJianzhi 等[9]從佐氏小球藻（C.zofingiensis）獲得一種分子質量為2.66×104Da的胞內多糖，主要由Man（44%）、Gal（31%）和Glc（17%）組成。2020年，Wan Xuzhi等[7]從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中獲得一種分子質量為5.63×106Da的復雜多糖，其各單糖組成為Man（25.30%）、Rha（23.30%）、Glc（19.30%）、巖藻糖（fucose，F(xiàn)uc）（17.50%）、Xyl（8.30%）、Ara（6.30%），同明含有5.5%的GlcUA。2D-NMR分析確定復雜糖鏈的主要骨架為4-α-L-Rhap-1,2-α-L-Fucp-1,3-β-D-Manp-1,4-β-D-Xylp-1,4-α-L-Rhap-1，并在Manp的C-6位連有α-D-Glcp-1,3-β-DGlcUAp-1,4-β-D-Arap-1-支鏈。結構如圖7所示。

圖7 蛋白核小球藻（C. pyrenoidosa）中雜多糖的結構[7]Fig.7 Structure of heteropolysaccharide from C. pyrenoidosa[7]

1.6 以GlcUA為主的雜多糖

1998年，Ogawa等[13]采用陰離子交換色譜從普通小球藻（C.vulgaris）中分離純化得到1 個酸性多糖，其主要含有GlcUA，單糖組成為GlcUA（42.00%）、Rha（17.40%）、Xyl（16.80%）、Man（3.00%）、Glc（1.90%）、Gal（18.90%）。經三氟乙酸降解和2D-NMR分析，獲得其二糖的結構為α-D-GlcUAp-1,3-α-L-Rhap，如圖8所示。不同種類小球藻多糖的組成和結構比較如表1所示。

表1 不同種類小球藻多糖的化學組成與結構的比較Table 1 Comparison of chemical composition and structure among polysaccharides from different species of Chlorella

圖8 普通小球藻（C. vulgaris）中糖醛酸-鼠李二糖的結構[13]Fig.8 Structure of glucuronic acid-rhanose disaccharide from C. vulgaris[13]

2 小球藻多糖的生物活性及其構效關系

2.1 小球藻多糖的免疫調節(jié)活性及其構效關系

目前多項研究表明，小球藻多糖具有良好的免疫調節(jié)活性。Yang Fangmei等[39]發(fā)現(xiàn)小鼠口服1～2 g/kgmb從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中提取的甘露雜多糖后，其巨噬細胞的吞噬率和吞噬指數(shù)分別提高了53%和73%。王凌等[40]通過體外細胞實驗發(fā)現(xiàn)50 μg/mL小球藻多糖可顯著促進小鼠腹腔巨噬細胞的增殖，使巨噬細胞的吞噬率提高了1.86 倍，是陽性對照藥物脂多糖的1.2 倍。100 μg/mL的小球藻多糖使小鼠腹腔巨噬細胞產生NO的能力提高了1.96 倍，但效果稍弱于脂多糖。Suárez等[17]從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中提取分離獲得了β-1,2連接的葡聚糖。在體外細胞實驗中，15 μg/mL的葡聚糖誘導巨噬細胞產生NO的能力比脂多糖更強，這表明小球藻中的葡聚糖和以Man為主的雜多糖都有很好的提高細胞免疫的活性。

小球藻多糖同明對免疫因子的表達有促進作用。Tabarsa等[10]發(fā)現(xiàn)普通小球藻（C.vulgaris）中的α-1,6-連接的葡聚糖能夠促進巨噬細胞中一氧化氮合成酶的表達，從而促進NO的產生。Hsu等[41]發(fā)現(xiàn)蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中的鼠李雜多糖通過與I型跨膜蛋白-Toll樣受體4的結合，激活了絲裂原活化蛋白激酶通路中的細胞外調節(jié)蛋白激酶、應激活化蛋白激酶和P-38蛋白的磷酸化，從而促進了白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）前體mRNA的表達，最終促進IL-1β的表達，反應通路如圖9所示。Qi Jia等[42]發(fā)現(xiàn)橢球型小球藻（C.ellipsoidea）粗多糖除了能促進炎癥因子IL-1β和IL-6的表達外，還能促進抗炎因子IL-10和IL-12的表達，因此能夠抑制促炎因子的過度活化。

圖9 蛋白核小球藻多糖（C. pyrenoidosa）參與的調控IL-1β表達的信號通路[41]Fig.9 C. pyrenoidosa-mediated signal transduction pathways in the regulation of interleukin-1β expression[41]

研究表明，小球藻多糖的免疫調節(jié)活性差異可能與其結構有關，單糖種類、分子質量和硫酸根含量均會影響其活性。Qi Jia等[42]研究了橢球型小球藻（C.ellipsoidea）粗多糖，發(fā)現(xiàn)分子質量是調節(jié)免疫功能的關鍵因素，在51～237 kDa范圍內，橢球型小球藻（C.ellipsoidea）多糖的分子質量越大，其促進巨噬細胞產生NO的能力就越強。這一特性與Suárez[18]和Kralovec[43]等的研究結果相同。Kralovec等[43]研究發(fā)現(xiàn)，多糖與蛋白質組成的糖蛋白復合物表現(xiàn)出更強的促進B細胞增殖的作用。但是Qi Jia等[42]的研究結果表明，脫蛋白處理不會影響橢球型小球藻（C.ellipsoidea）粗多糖的免疫調節(jié)活性。因此小球藻多糖復合物的構效關系還有待于進一步研究。

2.2 小球藻多糖的抗氧化活性及其構效關系

研究報道小球藻多糖具有很好的抗氧化活性，Zhang Jianzhi[9]和吳思偉[44]等利用體外自由基模型，發(fā)現(xiàn)索氏小球藻（C.sorokiniana）中的粗多糖、佐氏小球藻（C.zofingiensis）中以Man為主的雜多糖和普通小球藻（C.vulgaris）中以Gal為主的雜多糖均具有清除羥自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-trinitrophenylhydrazine，DPPH）自由基的活性，且活性呈劑量依賴性。比較發(fā)現(xiàn)，以Gal為主的雜多糖清除羥自由基活性高于以Man為主的雜多糖和粗多糖，但對DPPH自由基的清除活性卻相反。Song Hong等[45]發(fā)現(xiàn)5 mg/mL北極小球藻（Arctic Chlorellasp.）中的半乳雜多糖對DPPH自由基和羥自由基的清除率大于60%，但是對超氧自由基清除率只有42.2%。

研究表明化學結構對小球藻多糖的抗氧化性有很大的影響。Mohamed等[46]發(fā)現(xiàn)，普通小球藻（C.vulgaris）粗多糖的硫酸根含量越高，其抗氧化活性越強。而楊海燕等[47]發(fā)現(xiàn)，普通小球藻（C.vulgaris）粗多糖的糖醛酸含量越高，其清除自由基能力越強。此外，不同提取方式獲得的小球藻多糖的結構不同，其抗氧化活性也不同。Chen Yixuan等[6]采用醇沉法從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）多糖中獲得了以Glc為主的雜多糖，1.2 mg/mL雜多糖對羥自由基的清除率高達92.71%。張喜峰等[48]采用醇沉法從小球藻中獲得了以Gal為主的雜多糖，其清除自由基的活性較其他組分更高，分析原因是其分子質量較低，糖醛酸含量更高。Yu Mengen等[49]利用凍融、微波、超聲波、堿、熱水和纖維素酶法等不同的提取方法獲得了不同結構的小球藻多糖，比較其抗氧化活性的差異發(fā)現(xiàn)，超聲波法提取的多糖具有更高的硫酸根含量和糖醛酸含量，因此具有最高的清除DPPH自由基、超氧化物、羥自由基活性和金屬螯合能力。劉芬等[50]的研究也發(fā)現(xiàn)，超聲鋪助熱水浸提法獲得的小球藻粗多糖的抗氧化活性高于酶鋪助提取法，獲得的多糖對羥自由基的最大清除率高達95%。劉鳳路等[51]發(fā)現(xiàn)螺旋藻多糖和小球藻多糖復合后，表現(xiàn)出更強的抗氧化性。

抗衰老活性與抗氧化活性密不可分，Chen Yixuan[28]和Gui Jiangli[26]等分別發(fā)現(xiàn)，蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）和普通小球藻（C.vulgaris）中的以Glc為主的雜多糖可以顯著提高黑腹果蠅和秀麗隱桿線蟲體內的超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，最終延緩黑腹果蠅和秀麗隱桿線蟲的衰老，延長它們的壽命。

2.3 小球藻多糖的抗炎活性

Guzmán 等[52]研究發(fā) 現(xiàn)柱頭 小球藻（C.stigmatophora）多糖具有抗炎活性，其抑制角叉菜誘導的大鼠腫脹效果優(yōu)于消炎藥默克。Barboríková[8]和Capek[22]等發(fā)現(xiàn)，在豚鼠實驗性誘導的過敏性氣道炎癥模型中，普通小球藻（C.vulgaris）中的半乳聚糖具有顯著的支氣管擴張、抗炎和止咳作用，效果與常用的抗過敏藥物沙美特羅和布地奈德相當，表明小球藻半乳聚糖具有治療哮喘和慢性阻塞性肺疾病的潛質。Chen等[11]發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病小鼠口服從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中提取的葡聚雜多糖后，其多巴胺分泌量增加，神經元得到了很好的保護。他還發(fā)現(xiàn)此葡聚雜多糖能抑制阿爾茨海默病小鼠體內促炎因子（腫瘤壞死因子-α、IL-1β和IL-6）的表達水平，同明還能抑制小膠質細胞的活化。由于過度激活的小膠質細胞會誘發(fā)炎癥，并導致神經元的損傷，因此他推測蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）葡聚雜多糖的神經保護作用與其抗炎活性有關。這一特點是常用的阿爾茨海默病治療藥物——左二羥基苯丙氨酸所不具備的，長期使用左二羥基苯丙氨酸可能會導致慢性炎癥反應。以此體現(xiàn)了使用蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中的葡聚雜多糖明安全性好的優(yōu)點。

2.4 小球藻多糖的抗癌活性

研究發(fā)現(xiàn)，小球藻多糖具有很好的抗腫瘤活性。Zhang Jianzhi 等[9,53]研究表明佐氏小球藻（C.zofingiensis）中以Man為主的雜多糖、普通小球藻（C.vulgaris）和蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中以Gal為主的雜多糖，在體外均能夠顯著抑制HCT8回盲腸癌細胞的增殖。以Man為主的雜多糖和Gal為主的雜多糖對HCT8的半抑制質量濃度分別為1.70 mg/mL和3.14 mg/mL。Sheng Jianchun等[34]從蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中分離獲得以Gal為主的雜多糖CPPS Ia和以Rha為主的雜多糖CPPS IIa，在1 mg/mL的質量濃度下，這兩個組分在體外對腺癌人類肺泡基底上皮細胞A549的生長抑制率分別為68.7%和49.5%，其中CPPS Ia的抑制效果與陽性對照藥物5-氟尿嘧啶相近。譚成玉等[54]發(fā)現(xiàn)，海洋小球藻粗多糖在體外能抑制人乳腺癌細胞MCF-7對人膀胱癌細胞ECV-304的遷移，表明小球藻多糖對腫瘤血管生成具有抑制作用。徐韜鈞等[55]發(fā)現(xiàn)小球藻多糖能夠下調肝癌細胞SMMC-7721的B淋巴細胞瘤-2基因，同明上調凋亡執(zhí)行蛋白Caspsae-3，通過激活細胞的凋亡途徑而抑制肝癌細胞SMMC-7721的增殖。

2.5 小球藻多糖的抗菌活性

天然多糖的抗菌活性使得多糖在農業(yè)防菌涂料和醫(yī)療領域抑菌敷料方面具有巨大潛力。孫建瑞等[56]發(fā)現(xiàn)普通小球藻（C.vulgaris）多糖對金黃色葡萄球菌、白色葡萄球菌、綠膿桿菌和大腸桿菌具有抑菌作用，對革蘭氏陽性菌的抑制作用要高于革蘭氏陰性菌，但是對枯草芽孢桿菌、沙門氏菌、黑曲霉和中華根霉等真菌沒有抑菌作用。然而劉鳳路等[51]的研究結果完全相反，其發(fā)現(xiàn)小球藻與螺旋藻的復合多糖對革蘭氏陰性細菌和真菌有較強的抑制作用，而對革蘭氏陽性細菌抑制效果不佳。劉四光等[57]從自養(yǎng)的小球藻中分離出PCA2-1（硫酸根8.46%）和PCA2-2（硫酸根0.77%）兩個粗多糖組分，比較發(fā)現(xiàn)PCA2-1的抑菌效果不佳，反而會促進細菌的生長；而PCA2-2對溶壁微球菌和解藻朊酸弧菌有較強的抗菌活性，抗菌率可達70%以上，因此認為硫酸根對其抗菌活性有顯著的影響。

2.6 小球藻多糖對腸道菌群的調節(jié)活性

Wan Xuzhi[7]、Beheshtipour[58]和Lv Kun[59]等的研究結果表明，小球藻多糖可以作為一種益生元促進腸道菌群健康。Lv Kun等[59]發(fā)現(xiàn)蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中以Gal為主的雜多糖不會被唾液和胃腸道降解，提高了青春雙歧桿菌和普氏糞桿菌的豐度，被腸道菌群利用后產生了大量有益于腸道健康的短鏈脂肪酸。Wan Xuzhi等[7]研究表明，蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中的甘露-鼠李雜多糖可以改善高脂血癥大鼠的脂質代謝紊亂和腸道菌群。甘露-鼠李雜多糖通過激活磷酸腺苷活化蛋白激酶，抑制羥甲基戊二酰鋪酶A還原酶的磷酸化，從而限制膽固醇的合成。甘露-鼠李雜多糖使得盲腸中糞球菌屬、乳酸桿菌屬和蘇黎世桿菌屬豐度增加，同明使瘤胃球菌屬豐度減少。通過相關性分析發(fā)現(xiàn)，在甘露鼠李雜多糖的作用下，腸道菌群通過調節(jié)總膽汁酸和短鏈脂肪酸代謝起到降血脂的效果。Wan Xuzhi等[16]還發(fā)現(xiàn)蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）中的鼠李雜多糖能夠調節(jié)秀麗隱桿線蟲的腸道菌群，從而提高其抗氧化活性。

3 結語

綜上所述，就結構組成方面而言，眾多研究表明小球藻多糖多是以Gal為主的雜多糖，其次是以Glc為主的雜多糖和以Rha為主的雜多糖。說明這3 種單糖是小球藻多糖的重要組成部分，其中Gal多以1,3-連接和1,6-連接形式存在，Glc多以1,6-連接形式存在，Rha多以1,2-連接和1,3-連接形式存在。從戊糖和脫氧己糖含量來看，小球藻多糖中Ara含量一般大于Xyl含量，而Rha含量一般大于巖藻糖含量。從研究手段來看，目前，關于小球藻多糖結構的研究方法主要有傳統(tǒng)化學方法和2D-NMR，但其只能獲得部分寡糖的連接順序和多糖的平均結構單元，無法確定多糖鏈的完整序列。而最新研究表明，液相色譜-質譜聯(lián)用技術在表征天然寡糖全指紋圖譜、解析支鏈寡糖結構和多糖連接方式上取得了較大進展[60-61]，將其應用于小球藻多糖結構分析領域，可以彌補部分主流手段的不足，但質譜技術也存在著無法辨別同分異構體的局限性。因此，為了進一步探究小球藻多糖的結構，多手段聯(lián)合使用的分析策略是不可或缺的。就活性方面而言，小球藻多糖展現(xiàn)出了多樣的活性功能，同明具有低毒性，表明小球藻多糖具備開發(fā)功能性食品和藥物的巨大潛力。但是對小球藻多糖的生物活性仍需要更多體內實驗和臨床效果驗證，需要更加明確的作用機理與作用途徑。

除了結構與活性方面研究的不足外，通過對該領域的總結分析還發(fā)現(xiàn)，目前鮮有同明包含兩個方向的研究，部分活性方向的研究甚至缺乏對小球藻多糖的基本結構信息的解析。同明，關于構效關系研究也僅停留在較為宏觀的因素上，如分子質量、硫酸根含量和單糖組成等，缺乏和分子結構層面的關聯(lián)性研究。由此導致了目前該領域在結構與活性兩個方向之間存在著強烈的割裂感。因此，為了更好地闡明小球藻多糖的結構與活性之間的關系，研究者們首先仍需要對小球藻多糖的結構做進一步探索與研究，隨后在此基礎上，對活性機理的研究也應更加深入至分子結構層面。加強兩個研究方向的聯(lián)系是今后推動該領域進一步發(fā)展的重點。

從產業(yè)需求來看，自2010年以來，我國小球藻行業(yè)運行態(tài)勢良好，市場需求量和產量逐年增長，2022年預計產量為4 005 t。全球市場規(guī)模將從2019年的2.061億 美元增至2025年的2.76億 美元。由此可見，小球藻產業(yè)正在蓬勃發(fā)展。除此之外，其他微藻也越來越受到人們的關注，如雨生紅球藻和杜氏鹽藻，以及擁有更完善商業(yè)化模式的螺旋藻，它們同樣具有活性天然多糖。對小球藻多糖精細結構和構效關系的研究，為其他復雜的微藻多糖的研究提供了很好的研究思路和技術方法。從天然多糖結構研究層面上來看，小球藻多糖作為一個復雜的天然多糖的典型案例，其精細結構的研究思路和策略同樣可以運用于其他復雜的天然多糖?？偟貋碚f，小球藻多糖結構和活性的研究推動的將不僅僅是小球藻產業(yè)，還將帶動其他微藻產業(yè)的發(fā)展，進而有助于天然多糖在食品保健、化妝保養(yǎng)和生物醫(yī)療等領域的發(fā)展。