海藻多糖的研究進展

海藻多糖的研究進展

葡萄糖是一個非常重要的有機化合物，是生命的基礎。多糖的種類各異,在生物體中行使著不同的功能。在植物組織中,多糖類的主要功能是:能量資源(貯藏多糖)、結構強度(結構多糖)和在競爭性生態(tài)系統(tǒng)的生存和分配(特殊多糖的更精細結構的一種屬性)。20世紀60年代以后,人們逐漸發(fā)現多糖具有許多方面的生物活性,且多數無毒,可能成為理想的藥物來源。如昆布多糖和肝素有抗凝血作用,硫酸軟骨素可防止血管硬化,多種食用菌多糖具有增強免疫功能和抗癌作用等。海藻多糖屬一類海藻提取物,有著多種多樣的應用價值,如:瓊脂、卡拉膠、褐藻酸鹽在工業(yè)上己長期被使用。然而,海藻多糖作為藥物和藥物中間體的潛在功能,只是最近幾年才被認識,即海藻多糖表現出抗凝血活性,抗腫瘤活性和抗病毒活性等。本文就其藥用功能及其應用價值作一綜述。1色譜分析對多糖組分的影響海藻多糖是一類多組分的混合物,至今為止,對其結構的研究主要集中于其所包含的糖單元及含量。如褐藻(Ascophyllummodosum)細胞壁中的多糖包括25%的L-巖藻糖、26%的D-木糖、19%的D-己四醇醛酸、13%的硫酸鹽和12%的蛋白質。澳大利亞研究人員對Solieriaceae屬細胞壁多糖的組成中,可能的鍵連接等進行了深入研究。他們通過糖組成的分析,硫酸鹽和丙酮酸含量鑒定,鍵分析,以及紅外光譜法、l3C-核磁共振譜法等測定,揭示了該半乳聚糖的特征。也有利用薄層色譜法、紙色譜、氣相色譜及經甲基化后的色譜/質譜分析,測得多糖所含的糖單元及其可能連接。從Rhabdoniacoccina和R.verticillata中提取熱溶的多糖,通過糖組成分析、硫酸鹽和丙酮酸鹽組分鑒定、紅外光譜、鍵分析、13C-NMR光譜揭示了其紅藻半乳聚糖的特征。這種多糖的IR光譜相似于L-卡拉膠IR光譜,但富含6-O-甲基半乳糖(R.coccina和R.verticallata分別含有約31mol%和17mol%),另外,從13C-NMR光譜提供的數據表明,該多糖是卡拉膠,而不是瓊脂。此外,研究者還進行了綠藻分泌途徑的多糖的超微結構的探討。對海藻多糖結構研究的另一方面是側重于其結構對其活性的影響。由于海藻多糖具有多方面生物活性,因此其作用機制也受到了研究人員的普遍重視,并努力將一些活性不高的多糖通過化學修飾,得到活性較高的多糖。如法國科學家從褐藻(Ascophyllumnodosum)中提取的高分子巖藻聚糖,利用其結構與抗凝血的低分子量的巖藻聚糖的關系,通過自由基降解和離子交換色譜法,制得具有抗凝血性的低分子量的巖藻聚糖。比較實驗結果發(fā)現,組分F2(相對分子質量516000)比組分F21(相對分子質量156000)和降解組分DF21(相對分子質量6000)有更高的APTT活性(activatedpartialthromboplastintimeactivity,表示抗凝血活性),F22(相對分子質量600000)的APTT活性為F2的2倍,而由于DF2和DF22分子量低,因此其活性也最低。2藥物功能和未來2.1金屬離子檢測藻類能富集多種微量元素,可廣泛用于醫(yī)療保健食品的研制,水質凈化及污水處理,稀有、貴重金屬及放射性物質的回收,痕量、超痕量元素分析等方面。在藻類的生物富集過程中,由于藻類細胞和細胞壁中都含有多種多糖,而這些多糖可提供氨基、羧基、羥基、醛基,以及硫酸根等官能團,因而與金屬離子有較強的絡合能力,可通過絡合與離子交換,進行生物吸附徽量元素。研究表明,作為金屬離子交換劑,海藻多糖可與廢水中Ni2+,Co2+,Cr2+,Cd2+等離子發(fā)生作用,多糖中的褐藻酸鹽和硫酸酯基多糖具有顯著的離子交換能力。因此專家提出,栽培大型海藻是解決海洋污染或者水體富營養(yǎng)化問題的有效途徑。2.2海藻多糖對金魚的免疫作用海藻由于其自身營養(yǎng)物成分和特性,可作為海洋生物的活體飼料,如浮游生物的整個生長過程的食物,甲殼類動物幼體的飼料,它可提供平衡的營養(yǎng)物,而海藻多糖對于這些生物的免疫功能也有幫助。青島海洋大學曾對對蝦進行實驗,以海藻多糖作為免疫激活劑對日本對蝦(Penaensjaponicus)進行腹腔注射,證明海藻多糖能夠作為免疫藥物,有助于增強對蝦機體非特異性免疫機能,可提高溶菌酶,酸性磷酸酶,過氧化物酶等體液性因子的活性。另外,用該多糖作為餌料添加劑,飼喂中國對蝦,表明可以提高中國對蝦血細胞的吞噬能力、吞噬細胞的吞噬率、血清SOD的活力和酚氧化酶的活力,對溶菌酶的活性也有一定的提高作用。2.3降血脂、降糖和降糖藥的應用由海帶(Laminariajaponica)中提取的低分子量巖藻聚糖硫酸酯(LMSF)是褐藻中固有的細胞間水溶性多糖,其組成以L-巖藻糖和有機硫酸酯為主,還含有半乳糖、木糖及少量糖醛酸。青島海洋大學曾以這種硫酸多糖對實驗性高脂血癥大鼠進行實驗,結果表明LMSF在體外能直接清除過氧陰離子自由基(O??22-?)和羥基自由基(·OH),在體內也有顯著增強血清和組織中SOD活力。因此,LMSF在降血脂和預防動脈粥樣硬化(AS)形成方面具有較大的潛在應用價值。山東大學也曾從海帶中逐級提取出3種多糖:粗多糖,巖藻半乳多糖硫酸酯(FSG)及FSG的高純組分之一F4,實驗表明,長期口服給藥,能使四氧嘧啶致高血糖小鼠的血糖水平下降。FSG對小鼠基本無毒副作用,是一種極安全的口服天然降糖活性物質,腹腔注射較低劑量F4就有較強的降糖作用,作為注射用降糖藥物使用是安全的。在糖尿病發(fā)病率不斷上升的今天,從海藻中提取安全可靠的有效降糖成分應用于臨床,是未來治療糖尿病藥物研究方向之一。2.4非滲透率冷保護劑作為非滲透性寒冷保護劑,當與己知某一穿透性寒冷保護劑混合時,為寒冷條件下保護活體細胞提供了有效手段。海藻多糖衍生物,如瓊脂糖和褐藻酸鹽可被作為非滲透性寒冷保護劑。這些多糖在遇冷時,形成膠體基質,防止了冰晶形成,并在融化時,提高細胞的生存能力。2.5大鼠褐藻酸飼料的飼養(yǎng)與測定自20世紀70年代以來,人們對糖類物質的生物學功能有了新的認識,發(fā)現多糖及糖復合物參與了細胞的各種生命現象的調節(jié),如免疫細胞間信息的傳遞和感受等。日本研究人員對可食海藻Laminariajaponica的熱溶提取物的多糖進行研究。在內毒素無響應體C3H/HcJ小鼠實驗中,表現出脾細胞DHA合成活性的提高,并且對小鼠的抗金葡球菌的吞噬細胞的消化活性具有促進作用,并對胞質分裂,interlenkin-1α的釋放和腫瘤壞死因子α也有相同的促進作用。進一步研究還發(fā)現,此海藻多糖成分對脾細胞多克隆抗體(lgM和lgG)的生成上也有促進作用?？傊?海藻多糖在哺乳動物中己證實能增強特異性免疫功能和非特異性免疫功能,可大大增強小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬能力及對細胞免疫和體液免疫的功能。海藻多糖的免疫調節(jié)性質對補體系統(tǒng)的影響也己被研究。通過補體的經典活化途徑和輔助活化途徑研究,發(fā)現高分子量的硫酸鹽多糖對補體活化有影響,而補體活化直接參與AS形成過程,因此其研究為AS的防治提供了新的策略。曾有研究人員作過比較,以含1%膽固醇和0.2%膽鹽的高膽固醇飼料分別加入褐藻酸和卡拉膠兩種可溶性海藻多糖,作為褐藻酸與卡拉膠兩個試驗組動物飼料,不加褐藻酸的飼料用于對照組,喂養(yǎng)SD大鼠8周,實驗表明,5%褐藻酸鈉喂養(yǎng)的大鼠,血液和肝中脂肪水平和血小板聚集都較低(P<0.05),并對鼠的食物攝入和成長沒有影響,但卡拉膠則無顯著影響(P>0.05)。近年,人們發(fā)現某些藻類多糖具有明顯的抗腫瘤作用。我國科學家從海帶中提取了一種天然生物大分子海帶多糖(laminarinpolysaccharidesulfate,LAS),由L-巖藻糖、D-半乳糖等糖基組成的硫酸酯化多聚物,該多糖對小鼠肉瘤S180的抑制率可達86.5%。韓國研究人員則利用從海藻中提取的蛋白多糖分(PPF)進行研究。在此多糖中,sealettuce和gonpi的多糖含量分別為52.20%和48.16%。單糖組分主要為果糖。主要的氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和半胱氨酸,當sealettuce多糖為50mg·kg-1時,腫瘤生長抑制率為64.55%。Gonpi多糖為50mg·kg-1時,生命延長作用達18.31%。當sealettuce為50mg·kg-1時,白血球循環(huán)達65.11%。海藻多糖對小鼠的腹腔巨噬細胞(PMΦ)有較強的免疫調節(jié)作用,可能是其抑瘤的重要機制之一。采用ESR、自旋捕集及自旋氧探針技術,研究了海藻硫酸多糖(SPS)對豆寇酰佛波醇乙酯(phorbolmyristateacetate,PMA)刺激的多形核白細胞(polymorphonuclearneutrophis,PMN)呼吸爆發(fā)的影響,結果表明,SPS能顯著抑制PMN呼吸爆發(fā),同時SPS對PMN刺激的呼吸爆發(fā)產生O??22-?有明顯清除作用,是有效的自由基清除劑,這可保護免疫細胞在慢性炎癥反應中,免受過多的活性O??22-?損傷,增強機體免疫力。它作為抗氧化劑直接清除自由基,從而減輕活性氧自由基對免疫系統(tǒng)的損傷,或保護DNA、蛋白質、脂質等生物大分子免受自由基的直接攻擊來抗腫瘤。還有的實驗表明,微藻多糖對S180也有較高的抑制率,對單核巨噬細跑的吞噬功能,小鼠免疫器官重量,脾淋巴細胞增殖,血清溶血素的生成均有明顯的提高作用,另外,褐藻膠對小鼠實驗性肝纖維化有一定的防治作用。肝纖維化的防治是治療各種慢性肝病,防治肝硬化形成的一個主要方面,Col是已確認的有效的抗肝纖維化的藥物,而在研究中發(fā)現褐藻膠和Col抗肝纖維化程度接近,其機理可能與其改善微循環(huán)和調節(jié)免疫功能有關,也是一種有前途的抗肝纖維化藥物。隨著對海藻多糖生物活性的不斷研究,其多方面的活性成分被發(fā)現,除抗腫瘤、抗氧化外,還有抗凝血、抗病毒、抗AIDS、抗菌、抗炎等作用。自1958年Girber等發(fā)現從Gelidumcartilagenium提取出的多糖和卡拉膠具有抗流感B和抗腮腺炎病毒后,科學家逐漸發(fā)現海藻多糖對多種病毒有著抗性。用紅藻多糖(RP1,RP2)對牛免疫缺陷病毒(BIV)的生長進行研究,發(fā)現其具有明顯的抑制作用,其抑制率分別為85.96%和88.65%,與臨床批準使用的抗AIDS藥物疊氮脫氧胸腺嘧啶(89.52%)近似,證實了其作為抗AIDS藥物的可行性。以色列科學家己從微紅藻中提取出多糖,發(fā)現其可以阻止病毒在寄主細胞中的復制,并可有效的防止病毒侵入正常的細胞。他們已將其研制成有抗病毒活性的藥物。有報道,硫酸葡聚糖的抗HIV病毒活性隨著分子量的增加而增加,相對分子質量10000時達到最大,10000～500000之間保持最大活性。實驗中還發(fā)現,藻類多糖有促進受到輻射損傷的小鼠造血系統(tǒng)的恢復,增強小鼠的抗輻射能力;提高小鼠全血中過氧化歧化酶(SOD)的活性,降低肝組織中過氧化物的含量,延緩機體衰老;還可增強機體對疲勞的耐受力。總之,包括多糖在內的海洋藥物研究,將成為支撐高新技術產業(yè)的一個新的生長點。2.6在其他方面的應用微膠囊技術已廣泛應用于人工器官研制,動植物細胞、微生物及酶固定化,藥物控制釋放等方面,使得微膠囊在生物醫(yī)學工程以及其它生物技術領域,具有廣泛的應用前景。例如:利用褐藻酸鈉的分子鏈上有大量的羧基,可以通過正、負電荷吸引形成聚電解質。目前,褐藻酸鈉微膠囊可能的應用背景是作為藥物控釋載體、細胞培養(yǎng)微反應器、基因運載工具和人工器官以及分離介質等。已見報道,將膠囊化的朗格漢斯胰島素用褐藻酸鹽和二甲基亞砜(DMSO)保護后,移植入患有糖尿病的大鼠中。2.7海藻多糖的功能從褐藻中提取分離并經化學修飾后獲得的海洋硫酸多糖DPS可促進大鼠體內一氧化氮(N0)的合成或釋放及降低血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)和內皮素-1(ET-1)的生成,從而顯著降低腎性高血壓大鼠的動脈壓,同時以致血管平滑肌細胞(VSMC)的增殖,防治高血壓或動脈粥樣硬化的形成。研究人員曾就食品加工應用時,海藻多糖的化學組分、物理特性、生物成分和營養(yǎng)品質進行研究,特別就褐藻酸鹽、卡拉膠和石莼聚糖研究了腸粘膜細胞功能與多糖的相互作用,細胞因子的生長和因子的成長,細胞的增殖等。當用超聲波破碎和熱處理海藻多糖時,多糖的化學組分及內部粘性都會改變,并且其影響多糖的膠組分依賴于多糖分子的結構特征。韓國研究人員還分析了海藻多糖的可食纖維含