紫菜半乳聚糖結(jié)構(gòu)與生物活性研究進展

張忠山,王曉梅,毛根祥,楊志紅,潘永良

(1.湖州師范學(xué)院,浙江省省媒介生物學(xué)與病原控制重點實驗室,浙江湖州 313000;2.浙江醫(yī)院,浙江省老年醫(yī)學(xué)重點實驗室,浙江杭州 310013)

紫菜(Laver)作為中藥在中國的藥用歷史悠久,早在《本草經(jīng)集注》中有治“癭瘤結(jié)氣”的記載,之后被李時珍列為《本草綱目》菜部二十八卷菜之四項,對紫菜的集解、氣味、主治等做了詳細介紹。在《現(xiàn)代實用中藥》中對紫菜的主治范圍進一步明確,提到“甲狀腺腫、慢性氣管炎、咳嗽”等療效[1]。紫菜優(yōu)異的藥理活性與其營養(yǎng)成分有密切的關(guān)系。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn),紫菜營養(yǎng)成分豐富,富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪酸、氨基酸、微量元素等,具有極高的營養(yǎng)價值[2]。紫菜中碳水化合物占藻體干重的25%以上,是主要的營養(yǎng)成分之一。紫菜中的碳水化合物主要包括半乳聚糖、膳食纖維、紅藻淀粉及紅藻糖苷等,其中半乳聚糖是研究最多的組分。近二十年來,國內(nèi)外學(xué)者包括本課題組對紫菜半乳聚糖的生物活性與藥理作用做了大量深入的研究,現(xiàn)做一綜述,為紫菜半乳聚糖的應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

1 紫菜半乳聚糖的結(jié)構(gòu)

紫菜藻體是由一層或兩層細胞組成的膜狀體,胞內(nèi)具有一星狀色素體,附近即是紅藻淀粉粒[3]。同褐藻與綠藻的細胞壁組成不一樣,紫菜的細胞壁分為內(nèi)外兩層,內(nèi)層是纖維物質(zhì),也是紫菜主要碳水化合物成分。外層是半乳聚糖,因其硫酸化程度較高,無法形成瓊膠,是紅藻中非產(chǎn)瓊膠藻的主要多糖形式。但如果經(jīng)過堿處理脫去硫酸基,3,6-內(nèi)醚半乳糖含量上升,即可形成瓊膠的形式[4]。目前紫菜半乳聚糖的提取方法主要是傳統(tǒng)的水提法[5-6]。在此基礎(chǔ)上,也發(fā)展了一些新的提取輔助方法,如微波提取[7]、酶法提取[8-9]、超聲波提取[10]、超臨界CO2脫脂[11]等。不同紫菜種類以及不同的提取方法,得到的半乳聚糖結(jié)構(gòu)和組成也略有不同。

紫菜半乳聚糖屬于雙糖重復(fù)單元的多糖硫酸酯,早在上世紀50～60年代,Nunn等[12]和Peat等[13]就分別從好望角紫菜(P.capensis)和臍形紫菜(P.umbilicalis)中分離得到并初步認定半乳聚糖主要有半乳糖、6-O-甲基半乳糖、3,6-內(nèi)醚半乳糖和硫酸基組成。此后Rees等[14]發(fā)現(xiàn)紫菜屬下不同品種紫菜在不同季節(jié)和生長條件下,半乳聚糖組成差別較大,而且紫菜接觸空氣部分較海水浸沒部位的3,6-內(nèi)醚半乳糖含量高,推測該組分可能是紫菜抵抗物理振動的應(yīng)答分子。Turvey 等[4]對臍形紫菜多糖的結(jié)構(gòu)做了深入研究,并采用堿處理法得知紫菜半乳聚糖與瓊膠轉(zhuǎn)化的特征變化,總結(jié)了紫菜半乳聚糖的幾種基本結(jié)構(gòu)單位,見圖1。

圖1 紫菜半乳聚糖部分結(jié)構(gòu)單元

除了主鏈的研究之外,也有學(xué)者對支鏈有所報道。Vallarroel 等[15]發(fā)現(xiàn)智利樓斗紫菜(Porphyracolumbina)存在大量以前未知的支鏈殘基,比如2,4,6-三-O-甲基-D-半乳糖、2,3-二-O-甲基-D-半乳糖和2,3,4,6-四-O-甲基-D-半乳糖等。Grets等[16]在研究白點紫菜(P.leucosticta)絲狀體多糖時提出隨著藻體的生長發(fā)育,紫菜中的L-半乳糖逐漸進行3,6-內(nèi)醚化,結(jié)構(gòu)單元趨向于瓊膠。在高洪峰等[17]的初步研究基礎(chǔ)上,呂燕等[18-19]對壇紫菜半乳聚糖及其分級組分做了深入解析,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)單元的糖苷鍵鏈接方式基本有(1→4)、(1→3)、(1→2)三種方式,對壇紫菜的結(jié)構(gòu)特征有了清楚的認識。張偉云等[20-21]對條斑紫菜半乳聚糖的分級組分做了系列研究,基本單元同壇紫菜半乳聚糖,同時發(fā)現(xiàn)支鏈的一些特征,比如支鏈上有規(guī)律存在木糖。之后國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于紫菜半乳聚糖的報道基本上延續(xù)了上述主要糖鏈結(jié)構(gòu),只是在單糖組成比例、甲基化程度和硫酸基的位置等方面有所差異[22-25]。堿提紫菜多糖目前報道很少。白日霞等[26]在紫菜中以0.1 mol·L-1氫氧化鈉得到一種側(cè)鏈連有葡萄糖和甘露糖的(1→4)甘露聚糖,該結(jié)構(gòu)未有所報道過,值得關(guān)注。

綜上報道,水提紫菜半乳聚糖基本結(jié)構(gòu)是1,3連接的β-D-半乳糖與1,4連接的α-L-半乳糖-6-硫酸基組成的二糖重復(fù)單位,其中部分L-半乳糖殘基被3,6-內(nèi)醚-α-L-半乳糖所更替。在部分D-半乳糖的C6位和L-半乳糖的C2發(fā)生甲基化。

2 紫菜半乳聚糖的生物活性

2.1 抗腫瘤活性

紫菜半乳聚糖對多種類型的腫瘤細胞系具有抑制作用。表1列出了已報道的紫菜半乳聚糖抗腫瘤作用及相關(guān)機制。由表1看出,目前紫菜半乳聚糖抗腫瘤活性研究的報道主要品種集中在條斑紫菜。紫菜半乳聚糖主要通過誘導(dǎo)腫瘤細胞分化或凋亡和影響腫瘤細胞周期這兩個方面發(fā)揮抗腫瘤作用。

表1 紫菜半乳聚糖抗腫瘤活性及機制

紫菜多糖與其他藻類或非藻類多糖的混合多糖往往具有協(xié)同作用,比單一多糖活性更佳。謝好貴等[38]將壇紫菜多糖與龍須菜多糖、毛頭鬼傘多糖以一定比例混合組成復(fù)合多糖,在劑量為1000 g·mL-1時,對人宮頸癌HeLa細胞抑制率達76.30%,而同劑量的壇紫菜多糖的抑制率僅為35.64%。同時發(fā)現(xiàn)復(fù)合多糖能提高HeLa細胞中凋亡蛋白酶基因caspase-10、caspase-3表達水平,從而誘導(dǎo)細胞凋亡。

利用多糖與抗腫瘤藥物交聯(lián)或偶聯(lián)成為高分子前藥成為提高生物利用度和降低毒副作用的重要方法。Zhang等[39]把5-氟尿嘧啶(5-Fu)負載在低分子量壇紫菜多糖上形成復(fù)合物,其釋放5-Fu機制屬于典型的Fickian擴散。該復(fù)合物在緩沖液中容易緩慢釋放出5-Fu,抑瘤率可達到49.3%,高于兩者混合物的抑瘤率[40],對于開發(fā)低毒緩釋的抗腫瘤藥物具有借鑒意義。

多糖在藥物基因遞送載體領(lǐng)域的應(yīng)用引起廣泛關(guān)注。Venkatpurwar 等[41-42]以紫菜半乳聚糖為載體,在四氯金酸溶液中制備形成納米金體系,然后將抗癌藥物鹽酸阿霉素(DOX)通過氫鍵鍵合在金納米粒子上。實驗顯示,人膠質(zhì)瘤細胞系(LN-229)分別與0.01%的多糖藥物遞送載體和同濃度的紫菜半乳聚糖孵育72 h后,其存活率分別為10%和40%,表明該藥物遞送載體對LN-229具有強的細胞毒作用,表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。Lima等[43]利用一鍋法合成了紫菜半乳聚糖納米金(CPE/AuNps-PFR),作為電化學(xué)生物傳感器檢測5-Fu含量,測定結(jié)果準確方便,具有良好的回收率(96.6%～101.4%)。Yu等[44]將條斑紫菜半乳聚糖陽離子化修飾后,與pWnt3a反應(yīng)合成了一種球形納米顆粒,結(jié)果表明在兩者比例40∶1條件下形成的納米粒對人臍帶間充質(zhì)干細胞無毒性,轉(zhuǎn)染效率顯著高于對照品脂質(zhì)體2000,可以被開發(fā)成一種安全、經(jīng)濟、高效的非病毒基因載體。

腫瘤是因相關(guān)基因突變產(chǎn)生的,基因突變會使相關(guān)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)或功能產(chǎn)生變化,從本質(zhì)上來說腫瘤也是一種基因病,因此抗突變是抗腫瘤的前提。紫菜半乳聚糖具有明顯的抗突變活性。周慧萍等[45]發(fā)現(xiàn)紫菜多糖能有效的對抗環(huán)磷酰胺引起的白細胞下降,抑制率可達到79%以上。張忠山等[46]研究發(fā)現(xiàn)紫菜半乳聚糖及其硫酸酯衍生物能明顯的抑制環(huán)磷酰胺和絲裂霉素C誘導(dǎo)的大蒜根尖細胞微核率,硫酸酯衍生物的抑制活性更強。

以上報道表明,紫菜半乳聚糖可通過直接殺滅細胞或間接提高免疫能力發(fā)揮抗腫瘤活性,具有成為抗腫瘤物質(zhì)的潛力。

2.2 免疫調(diào)節(jié)活性

作為多糖的重要生物功能,免疫調(diào)節(jié)活性一直是人們研究的熱點。紫菜半乳聚糖的免疫調(diào)節(jié)活性表現(xiàn)在多個方面,如對T、B淋巴細胞、巨噬細胞及抗炎因子的影響等。

T、B淋巴細胞是機體主要免疫細胞,在免疫應(yīng)答過程中起著核心作用。研究發(fā)現(xiàn),在體外細胞培養(yǎng)實驗中,紫菜半乳聚糖或者其分級組分均具有促進脾臟混合淋巴細胞或T、B細胞增殖及支持生長的功能,且均具有劑量依賴性[47-50]。但是張偉云等[51-52]由條斑紫菜多糖分級獲得一個不含3,6-內(nèi)醚半乳糖的特殊組分PY2以及含少量3,6-內(nèi)醚半乳糖的PY4,均能明顯抑制體外培養(yǎng)的小鼠脾臟淋巴細胞、胸腺淋巴細胞增殖。由于體外細胞實驗環(huán)境單一,該結(jié)果尚需在動物實驗中驗證。趙婷婷等[53]還發(fā)現(xiàn)降解后的壇紫菜半乳聚糖能顯著增強T細胞增殖,抑制B細胞增殖,免疫調(diào)節(jié)活性優(yōu)于高分子原料。這種對T、B細胞影響作用不一致的結(jié)果也在其他多糖的免疫實驗中報道[54],可能與多糖結(jié)構(gòu)和細胞功能有關(guān)系。畢薇薇給予小鼠腹腔注射野生紫菜多糖PP,發(fā)現(xiàn)0.25 g·kg-1的濃度能顯著促進小鼠分泌IL-2,并且在48 h內(nèi)分泌量達到高峰,推測與PP可以增強活化T細胞而導(dǎo)致IL-2受體表達有關(guān)[55]。

巨噬細胞和自然殺傷細胞(NK細胞)是機體固有免疫中的重要防御細胞,多糖的免疫功能多與兩者有關(guān)。邱偉芬等[56]用酶法輔助水提提取得到條斑紫菜多糖的幾個分級組分,均能不同程度促進小鼠巨噬細胞RAW264.7的中性紅,其中硫酸基含量高的PYP-2組增殖活性最強,表明硫酸基可以提高免疫活性。Yoshizawa等[57]用pH=2的HCl溶液提取獲得條斑紫菜多糖PASF,脫掉硫酸基越多的樣品可以顯著降低C57BL/6小鼠腹腔巨噬細胞中葡萄糖和NO含量,但是多糖被硫酸酯化后表現(xiàn)出無活性。在作用機制方面,研究發(fā)現(xiàn)紫菜水提多糖可以顯著增強RAW264.7的吞噬能力,有效促進細胞釋放NO、NF-κB、TNF-α、IL-6、IL-10等因子,表明該多糖主要通過JNK和JAK2兩條信號通路提高活性的[58-64]。在NK 細胞活性方面,李勝軍等[65]發(fā)現(xiàn)0.15 g·kg-1紫菜多糖注射組小鼠的脾細胞分泌 IFN-γ水平及NK 細胞殺傷活性高于生理鹽水對照組,表現(xiàn)出優(yōu)異的免疫增強活性。

紫菜多糖對正常小鼠或免疫抑制劑誘導(dǎo)的免疫低下小鼠均具有增強免疫作用。張迅捷等[66]給予正常小鼠口服不同劑量的紫菜多糖,發(fā)現(xiàn)紫菜多糖能明顯增強DNFB誘導(dǎo)的遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng),促進白介素2的含量。閆建忠等[67]給予環(huán)磷酰胺造成的免疫功能低下小鼠腹腔注射紫菜多糖,發(fā)現(xiàn)0.15 g·kg-1濃度溶液顯著增強脾細胞IFN-γ及NO水平。Nishiguchi等[68]研究了紫菜多糖分級組分F1對LPS誘導(dǎo)的內(nèi)毒素休克小鼠免疫系統(tǒng)的作用,發(fā)現(xiàn)多糖能抑制血清NO和TNF-α、肝臟MDA水平,體內(nèi)實驗效果明顯。

作為免疫機制介導(dǎo)的食物不良反應(yīng),過敏性疾病也是人們關(guān)注的焦點。Shi 等[69]發(fā)現(xiàn)紫菜多糖可以顯著降低原肌球蛋白TM誘導(dǎo)的過敏小鼠血清IgE和IgG1的水平,升高IgG2含量。在細胞和分子水平上,紫菜多糖顯著抑制小鼠Th2的細胞因子(IL-4、IL-5、IL-13)水平,促進Th1因子(IFN-γ、IL-10),推測紫菜多糖是通過JNK和JAK2信號通路起作用。Ishihara等[70]研究了甘紫菜和條斑紫菜半乳聚糖對接觸性皮炎Balb/c小鼠模型的抗過敏反應(yīng),發(fā)現(xiàn)紫菜多糖不僅能抑制炎癥小鼠的耳廓腫脹,而且能顯著降低耳垂和血清中的IgE和IFN-γ含量,具有顯著的抗過敏效應(yīng)。因此推測紫菜半乳聚糖具有成為重要免疫調(diào)節(jié)劑和抗過敏物質(zhì)的潛力。

2.3 抗心腦血管病

心腦血管疾病是一類由高血壓、高血脂、動脈粥樣硬化等導(dǎo)致的心臟、腦組織和血管發(fā)生的疾病,是世界上發(fā)病人群最多和死亡率最高的疾病。早在《隨懇居飲食譜》中就記載紫菜能“和血養(yǎng)心”。眾多研究表明,紫菜多糖在治療和預(yù)防心腦血管疾病方面效果顯著。

紫菜半乳聚糖降血脂活性報道較多。梁桂寧等[71]將紫菜多糖中加入膽固醇和膽汁時發(fā)現(xiàn),離心管中膽固醇微膠粒形成量減少,加入多糖濃度越高,形成微膠粒越少。在健康動物實驗中,周慧萍等[72]發(fā)現(xiàn)紫菜多糖組小鼠血清膽固醇(TC)含量比對照組降低44%。Tsuge等[73]分別給予健康SD大鼠喂食不同硫酸基含量的紫菜半乳聚糖和瓊脂,發(fā)現(xiàn)喂食瓊脂的大鼠的脂肪組織重量和血清膽固醇水平未發(fā)生變化,而紫菜多糖組大鼠上述指標顯著下降,并且糞便中中性甾醇的排泄量顯著提高(p<0.05);低硫酸基多糖組中性甾醇排泄量高于高硫酸基多糖組。在高脂血癥大鼠實驗中,國內(nèi)外學(xué)者均發(fā)現(xiàn)喂食紫菜半乳聚糖的實驗組小鼠血清膽固醇、油脂、TG 和LDL-C 含量顯著降低,HDL-C含量顯著提高[74-78]。推測紫菜半乳聚糖降脂機制是含有豐富的羥基(吸酯性基團),抑制脂質(zhì)吸收,并促進膽酸排除。Cao等[79]報道認為紫菜半乳聚糖通過影響與脂肪代謝相關(guān)酶(如丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和堿性磷酸酶)的活性和含量來加速脂肪分解,減輕脂質(zhì)沉積。Inoue等[80]研究了紫菜多糖對HepG2細胞載脂蛋白B100分泌和脂代謝的影響,發(fā)現(xiàn)相對于對照組來說,多糖組細胞載脂蛋白含量下降23%,同時細胞內(nèi)游離膽固醇、膽固醇酯和TG含量明顯下降,提示紫菜半乳聚糖可以通過調(diào)節(jié)載脂蛋白來影響脂質(zhì)轉(zhuǎn)運或分布達到降脂作用。

紫菜半乳聚糖在降血糖活性方面效果明顯。王茵等[81]通過酶解壇紫菜獲得含有多糖含量為10.8%的產(chǎn)品灌胃糖尿病小鼠模型時,中高劑量組小鼠血糖值保持穩(wěn)定,且可改善糖耐量,表現(xiàn)出優(yōu)異的調(diào)節(jié)血糖的能力。Cao等[82]發(fā)現(xiàn)從殘次壇紫菜中提取的半乳聚糖能夠修復(fù)糖尿病小鼠的胰島β細胞,促進胰島素分泌,達到降糖目的。楊旭東等[83]發(fā)現(xiàn)條斑紫菜半乳聚糖可以抑制糖尿病大鼠腦組織中的p35基因表達,促進bcl-2基因表達,從而降低腦損傷。Kitano等[84]將條斑紫菜半乳聚糖喂食KK-Ay 2型糖尿病小鼠后發(fā)現(xiàn),樣品組小鼠的血清脂聯(lián)素水平明顯提高。近年來多項研究證實血清脂聯(lián)素是2型糖尿病發(fā)病的獨立危險因素,其水平能預(yù)示2型糖尿病和冠心病的發(fā)展[85],推測調(diào)控脂聯(lián)素水平是紫菜半乳聚糖降血糖的主要機制。另外,該報道還發(fā)現(xiàn)紫菜半乳聚糖能調(diào)控糖尿病小鼠的腸道菌群,樣品組小鼠盲腸擬桿菌屬數(shù)量顯著增多,而球狀梭菌數(shù)量顯著下降,并且盲腸中吲哚丙酸的含量激增。研究發(fā)現(xiàn),吲哚丙酸是腸道細菌的代謝產(chǎn)物,其可以通過胰腺β細胞,促進胰島素的分泌[86],因此可以解釋紫菜半乳聚糖預(yù)防糖尿病的機制。

在腦血管疾病方面,張海紅等[87]通過紫菜半乳聚糖給予灌胃反復(fù)腦缺血/再灌注損傷小鼠,發(fā)現(xiàn)該多糖不僅能提高小鼠腦組織中SOD和GSH-Px活性,同時可以降低血漿IL-1β、IL-6水平、有效組織神經(jīng)元超微結(jié)構(gòu)損傷,表現(xiàn)出優(yōu)異的腦缺血保護功效。

另外,也有報道表明紫菜半乳聚糖在抑制血栓形成和增強心肌收縮力[88]、抗凝血[89-90]等方面的優(yōu)異活性。

由此看出,紫菜半乳聚糖在心腦血管疾病方面研究比較深入,具有進一步開發(fā)成為相關(guān)產(chǎn)品的潛力,同時應(yīng)注重機制的探討。

2.4 抗消化系統(tǒng)病

消化系統(tǒng)包括胃腸等消化道和肝胰等消化腺,是影響人體機能的重要系統(tǒng)之一。研究發(fā)現(xiàn)紫菜半乳聚糖對胃腸疾病和肝損傷保護均有顯著效果。

過度飲酒會對機體消化系統(tǒng)造成不同程度的損傷。梁桂寧等[91-92]研究了紫菜多糖對急性酒精灌胃小鼠胃組織保護機制,發(fā)現(xiàn)灌胃紫菜多糖后,小鼠胃潰瘍指數(shù)顯著下降,胃組織SOD、GSH-Px、前列腺素 E2(PGE2)和NO含量顯著升高。研究證實后兩者是重要的胃黏膜防御因子,能調(diào)節(jié)胃酸和胃粘液的分泌促進潰瘍愈合[93],因此推測紫菜多糖主要是通過抗氧化和調(diào)節(jié)防御因子治療胃潰瘍。

腸道菌群失衡是當前學(xué)者關(guān)注的熱點。據(jù)2018年《Nature》報道,研究人員發(fā)現(xiàn)了一種消化紫菜多糖的擬桿菌,并且當給小鼠喂食富含紫菜多糖的食物時,這種細菌菌株能強健地定植到所有小鼠中,證實了能夠通過增加小鼠攝入的海藻數(shù)量來精確地調(diào)整這種定植的細菌群體大小[94]。劉波等[95]將紫菜多糖注射到小鼠體內(nèi)后再進行腸產(chǎn)毒大腸桿菌致小鼠腹瀉時,發(fā)現(xiàn)多糖組小鼠無腹瀉現(xiàn)象,其糞便中雙歧桿菌數(shù)量比模型組高1.8%,乳桿菌數(shù)量高3.4%,而大腸桿菌數(shù)量降低2.9%,表明紫菜多糖在預(yù)防腹瀉方面具有較大潛力。Zhang等[96]將低分子壇紫菜半乳聚糖灌胃健康小鼠后,發(fā)現(xiàn)小鼠糞便菌群多樣性和豐度上升,其中雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌顯著增多,而柔嫩梭菌、腸桿菌等顯著下降。

肝臟是人體最重要的解毒器官,也是各種毒物損傷的靶點。Guo等[97]建立四氯化碳導(dǎo)致的小鼠肝損傷模型后給予灌胃條斑紫菜半乳聚糖,結(jié)果發(fā)現(xiàn)高劑量多糖組與模型對照組相比,小鼠血清和肝中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(AST)活性和MDA含量分別降低65.4%、34.5%和25.8%。組織學(xué)檢查顯示多糖可減輕肝壞死程度,減少炎癥細胞的遷移。牛培勤等[98]采用刀豆蛋白A(ConA)誘導(dǎo)的急性肝損傷探索紫菜多糖的保護作用,發(fā)現(xiàn)紫菜多糖各劑量組的指標ALT、AST及TNF-α、IFN-γ水平均顯著下降。免疫組化染色結(jié)果表明,多糖組Bcl-2表達水平下降而Bax表達水平上升,揭示紫菜半乳聚糖的肝損傷保護機制可能與抑制上述因子介導(dǎo)的線粒體內(nèi)源性凋亡有關(guān)。

消化系統(tǒng)疾病是目前常見的疾病,上述研究發(fā)現(xiàn)紫菜半乳聚糖的抗消化系統(tǒng)疾病的作用對于研發(fā)相關(guān)保健食品具有重要意義。

2.5 抗衰老與神經(jīng)保護

據(jù)記載,在宋朝,紫菜是專供皇帝享用的貢品,被稱為“神仙菜”、“長壽菜”?，F(xiàn)在研究表明,紫菜中豐富的多糖是其發(fā)揮抗衰老作用的主要因素。

近年來抗衰老活性主要集中在壇紫菜半乳聚糖的研究。Zhang等[99]發(fā)現(xiàn)壇紫菜半乳聚糖的分級組分F1和F2均能夠顯著提高衰老小鼠的脾臟指數(shù)和胸腺指數(shù),而且它們的作用均具有劑量依賴性。此后Zhao等[100]采用雙氧水降解法獲得低分子量壇紫菜半乳聚糖,并觀察對黑腹果蠅生命力的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有多糖樣品均能延長果蠅壽命和提高性活力,而且降解后多糖的效果更明顯。同時發(fā)現(xiàn)幾種降解多糖均能提高小鼠體內(nèi)肝糖原含量,且能顯著延長小鼠的游泳和爬桿時間,表現(xiàn)出優(yōu)異的抗疲勞活性[101]。顧佳雯等[102]也發(fā)現(xiàn)條斑紫菜半乳聚糖的抗疲勞活性,另外還有南非紫菜的抗衰老活性的報道[103]。

學(xué)者們往往采用細胞模型探索多糖抗衰老和神經(jīng)保護活性機制。Zhang等[104]用H2O2作用于年輕的人二倍體成纖細胞WI-38建立了早熟性細胞衰老模型,發(fā)現(xiàn)低分子量壇紫菜半乳聚糖顯著逆轉(zhuǎn)H2O2誘導(dǎo)的衰老樣改變,降低SA-β-Gal染色陽性率,顯著上調(diào)衰老相關(guān)蛋白p53和p21,這是首次揭示壇紫菜半乳聚糖抗衰老機制的報道。Yu 等[105]將紫菜多糖陽離子化合成了乙二胺陽離子化紫菜多糖(Ed-PYP),將Ed-PYP與神經(jīng)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子混合制成納米粒用于轉(zhuǎn)染成纖維細胞,結(jié)果顯示該納米?？蓪⒊衫w維細胞直接重編碼為神經(jīng)細胞,為細胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病提供了細胞來源。葉翠芳等[106]發(fā)現(xiàn)紫菜多糖對小鼠成纖維細胞NIH 3T3有顯著促進增殖的作用,且能提高UVA 輻射損傷的成纖維細胞的存活率。

帕金森病是中老年人常見的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病,研發(fā)抗帕金森病的藥物具有重要意義。紫菜半乳聚糖抗帕金森病的研究也有新進展。Wang等[107]研究了壇紫菜半乳聚糖不同衍生物對6-羥基多巴胺(6-OHDA)所致MES23.5神經(jīng)細胞損傷的保護作用,發(fā)現(xiàn)乙?；土姿峄苌锬軠p輕低濃度(25 μmol/L)6-OHDA 所致的細胞毒性。此后Liu等[108]深入研究了壇紫菜寡糖(OP)對MPTP造成的小鼠黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元損傷的保護作用,結(jié)果表明該聚合度為2～8的半乳寡糖能明顯改善帕金森小鼠運動協(xié)調(diào)能力,顯著降低神經(jīng)元細胞中caspase-3和聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)表達量,上調(diào)磷酸化-Akt、Bc1-2及磷酸化-Bad表達,表現(xiàn)出優(yōu)異的抗帕金森病活性。

紫菜半乳聚糖在抗衰老和神經(jīng)保護方面的應(yīng)用是近年來的重要研究方向,也為其高值化利用提供了新思路,但是作用機制仍然不清楚,下一步需對該方面深入探究。

2.6 其他活性

與其他植物海藻多糖一樣,紫菜半乳聚糖具有優(yōu)異的體內(nèi)外抗氧化活性。已有報道的有殘次紫菜多糖[109]、不同分子量紫菜多糖[111]、紫外降解的紫菜多糖[112]、衍生化多糖[113-114]等。

紫菜半乳聚糖也具有抗病毒活性。肖美添等[115]采用硫酸降解壇紫菜多糖后獲得低分子酸性多糖,在濃度5 mg·mL-1可以完全抑制甲1型流感病毒生長,并與金剛烷胺具有協(xié)同抗病毒作用。田冰等[116]建立腸道病毒71型(EV71)乳鼠模型后,給予灌胃紫菜半乳聚糖,乳鼠的CD4+和CD8+T細胞比例明顯升高,兩者比值明顯降低,IL-6、TNF-α水平明顯降低,同時IL-10、IFN-α水平明顯升高,表現(xiàn)出對EV71感染的免疫干預(yù)作用。

在抗真菌活性方面,Bhatia等[117]采集處于低潮區(qū)和高潮區(qū)的Porphyravietnamensis(越南紫菜)通過冷水、酸提、堿提、紫外降解等方式獲得了14個多糖樣品,測試了體內(nèi)外抗白色念珠菌活性,結(jié)果顯示堿提的低潮區(qū)紫菜多糖樣品擁有最低分子量和高含量硫酸基團,體外殺真菌IC50為2.7 μg·mL-1(48 h),此樣品在動物實驗活性遠高于對照品殼聚糖,該研究表明紫菜堿提多糖在抗真菌活性方面擁有較大潛力。

在治療腎衰方面,Wang等[118]建立了甘油致大鼠腎衰模型,給予灌胃酸解獲得的紫菜寡糖(聚合度1～8),發(fā)現(xiàn)該寡糖能減輕大鼠腎臟病理改變,顯著升高腎衰大鼠的血尿素氮和肌酐水平,降低血液和尿液中的部分離子水平(如K+),有關(guān)機制需進一步研究。

紫菜半乳聚糖在水產(chǎn)品生長和保藏方面有所應(yīng)用。將紫菜半乳聚糖處理的對蝦和鱸魚貯存在4 ℃冰箱8 d,結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理組對蝦和鱸魚的細菌總數(shù)、pH、揮發(fā)性鹽基氮、硫代巴比妥等顯著低于對照組,還能延長貨架期3～5 d[119-120]。將紫菜粗多糖加入飼料中喂食斜帶石斑魚后,體內(nèi)增重率、特定生長率、肥滿度顯著提高,適當劑量紫菜粗多糖對斜帶石斑魚超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、補體C3有促進作用,明顯促進斜帶石斑魚IL-6、IFN-α、IL-2的生成和腸道蔗糖酶活性,表現(xiàn)出良好的促進生長作用[121]。

3 結(jié)語

紫菜半乳聚糖在醫(yī)藥方面具有優(yōu)異的活性,但是目前的研究僅限于細胞與動物模型,未有進一步藥用開發(fā)的研究報道。主要原因是,一方面紫菜半乳聚糖是雜多糖,其糖鏈連接與高級結(jié)構(gòu)遠比瓊膠和卡拉膠復(fù)雜,并且分子量大、粘度高,開發(fā)成藥的障礙較大。目前應(yīng)用開發(fā)仍聚集在紫菜全藻食用,高值化利用價值較低。另一方面,生長環(huán)境、分子量、取代基團等因素與半乳聚糖活性關(guān)系較大,構(gòu)效關(guān)系也是研究的重點。當前生物活性研究方面雖廣泛,但分子機制研究不夠深入,下一步的研究重點應(yīng)聚焦在半乳聚糖在體內(nèi)細胞的受體、信號通路等領(lǐng)域,并且深入研究多種生物活性之間的關(guān)聯(lián),對于紫菜半乳聚糖的開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。