海藻多糖提取及其炎癥調控活性研究進展

陳夢真　包曉丹　彭雅茜　張夢然　陳怡霏　陳瑾

【摘 要】海藻多糖因其廣泛的生物活性在醫藥、食品等領域具有重要潛在應用價值。藻多糖的有效提取及結構解析，成為其藥效研究熱點。免疫及炎癥反應是機體首要防御機制及早期健康風險的重要指示因子，藻多糖具有較好的免疫調控性能。本文綜述了藻多糖的提取工藝，解析藻多糖炎癥調控的可能分子機制，為天然活性化合物多糖的生物醫學應用和人體健康防護提供科學依據。

【關鍵詞】藻多糖，提取工藝，炎癥信號調控，生物活性

【中圖分類號】R920.9【文獻標識碼】A【文章編號】1672-3783（2020）03-09--01

1 藻多糖的提取工藝

藻多糖提取方法主要為水解、乙醇沉淀和膜分離，不同提取方法導致多糖成分差異。傳統水提醇沉法提多糖提取效率低。膜法純度提高又不破壞藻多糖的生物活性，但是對膜的要求大、成本較高[1]。近年藻多糖的提取工藝被廣泛研究，倪順等（2018）利用響應面法優化羊棲菜多糖的提取，在三因素三水平上探討了羊棲菜多糖水浸提的最佳條件為液料比32：1，2.6h提取時間和87℃提取溫度[2]。Reinu E. Abraham等人開發和優化一種海藻生物能源工藝，在傳統堿萃取的基礎上，添加酸提取作為第一步及其優化使巖藻聚糖和海帶多糖、酸性可提取海藻酸鹽和堿性可提取海藻酸鹽的三種多糖產品得以生產。根據提取條件的不同，這種新的生物法可以產生不同分子量的多糖，其最佳條件為60°C下0.05M HCl，提取3h[3]。為提高效率，新型提取方法包括微波、超聲、酶解被應用于藻多糖提取。超聲提取海帶多糖含量明顯高于傳統水提取，同時提取時間從2h縮減至15-30min，并保證不影響化學結構[4—5]。

2 藻多糖炎癥調控活性及分子機制

藻多糖通過下調炎癥關鍵因子表達而發揮抗炎作用，如馬尾藻提取多糖降低巨噬細胞RAW264.7中脂多糖（LPS）誘導的一氧化氮（NO）和前列腺素（Prostaglandin E2）的表達，同時下調腫瘤壞死因子（TNF-α）、白介素6（IL-6）的產生[6]。海藻多糖能夠通過抑制核轉錄因子激活蛋白-1（AP-1）激活等機制下調iNOS及COX-2的表達，從而抑制炎癥介質NO及前列腺素E2的釋放，發揮其抗炎作用[7]。研究表明藻多糖不僅能夠減少TNF-α、IL-1β、IL-6及IFN-γ等促炎因子的分泌，還能促進抗炎因子IL-10的產生以及TGF-β mRNA的表達，如在多糖刺激下，TNF-α和IL-1β的分泌顯著增加，同時，促炎性細胞因子的分泌被來自細胞核酶消化的粗多糖（CCP）以劑量依賴性的方式抑制[8]。藻多糖抗炎作用與NF-κB信號通路下調相關，然其具體靶向分子和信號轉導調控機制還不清楚。

NF-κB信號通路是細胞主要應激和炎癥調控信號通路，介導大量炎性細胞因子、趨化因子的轉錄。Science上已報道經典NF-κB信號通路激活機制，靜息狀態胞內NF-κB二聚體p50/p65與其抑制蛋白（IκB）家族結合而穩定存在于胞質;當外界刺激通過膜腫瘤壞死因子受體（TNFR）、Toll-樣受體（TLRs）、白介素受體（IL-1R）作用于IκB激酶（IKK），磷酸化IκB家族，并在SCFβTrCP型E3連接酶催化下形成賴氨酸48連接泛素鏈，識別IκBα雙磷酸化位點使其降解，從而釋放p50/p65進行核轉錄[9]。有研究指出藻多糖疏酸脂因其分子量較大無法直接穿過細胞膜，認為其硫酸基團與膜表面蛋白受體的結合是激活信號轉導的起始事件。TLR4是多糖潛在受體，如λ角叉菜膠通過TLR4激活巨噬細胞[10]。有研究指出，當多糖刺激巨噬細胞RAW264.7后，胞漿中的NF-κB p50和p65蛋白質含量均降低，但細胞核內兩者含量卻均上升，說明巨噬細胞RAW264.7中的NF-κB p50和p65在炎癥因素刺激后，可進入細胞核中發揮其轉錄功能，從而介導炎癥反應的發生。已證實藻多糖能夠逆轉這種效應，進而通過抑制NF-κB p50和p65入核來發揮其抗炎作用[11，12]。紅藻多糖與NF-κB調控因子：細胞間黏附因子1（ICAM-1）、血管細胞黏附因子1（VCAM-1）的表達呈劑量依賴性，在一定濃度范圍內隨多糖用量的增加其表達水平降低;還指出多糖可能通過對NF-κB的復合成分（p65與IκB）的脫位來發揮抗炎作用，在一定濃度范圍內隨多糖用量的增加p65核表達水平降低，與此同時去磷酸化的IκB水平升高，表明多糖抗炎作用存在一定的量效規律[13]。

3 藻多糖生物活性的影響因素

藻多糖的結構與其生物活性密切相關。藻多糖分子由單糖天然組裝而成，形成直鏈或在碳水環的不同位點結合支鏈，形成分支聚合物;同時羥化、磷酸化、硫酸鹽化修飾增添結構復雜性和功能特異性。多糖分子中的硫酸基團被認為對其生物活性起關鍵作用，多糖硫酸酯因其結構中富含聚陰分子可與大量基質和細胞蛋白作用[14]。然Costa等（2010）分析11種藻多糖抗氧化活性與多糖硫含量無相關性，表明多糖中硫酸基團對氧自由基的作用與其空間結構相關。Park等（2010）比較了高分子量（100±4 kDa）和低分子量（1±0.2 kDa）巖藻多糖對膠原誘導性關節炎作用，結果表明高分子量通過炎性激活巨噬細胞增強關節炎癥狀，而低分子量抑制Th1介導的免疫反應減緩關節炎癥狀。基于譜效-構效關系研究揭示羊棲菜多糖抗炎活性分子作用機制對其醫藥應用和藥效預測評估意義重大。

參考文獻

王 蕓，張淑平. 巖藻多糖制備及結構研究進展[J]. 應用化工， 2015， 44（01）： 146-149.

倪 順，李 潔，楊柳貞，鄭丹瀅，盧 穎，許明峰. 響應面法優化羊棲菜多糖提取工藝研究[J]. 杭州師范大學學報（自然科學版）， 2018， 17（04）： 386-390.

Reinu E. Abraham，Peng Su，Munish Puri，Colin L. Raston，Wei Zhang. Optimisation of biorefinery production of alginate， fucoidan and laminarin from brown seaweed Durvillaea potatorum[J]. Algal Research， 2019，38.

Kadam S.U.， ODonnel C.P.， Rai D.K.， et al. Laminarin from Irish brown seaweeds Ascophyllum nodosum and Laminaria hyperborea： Ultrasound assisted extraction， characterization and bioactivity. Mar Drugs， 2015， 13： 4270-4280.

Youssouf L.， Lallemand L， Giraud P.， et al. Ultrasound-assisted extraction and structural characterization by NMR of alginates and carrageenans from seaweeds. Carbohydr Polym， 2017， 166： 55-63.

Sanjeewa K. K. A.， Fernando I. P. S.， Kim S.， et al. In vitro and in vivo anti-inflammatory activitiesof high molecular weight sulfated polysaccharide; containing fucose separated from Sargassum horneri： Short communication. Int J Biol Macromol， 2018， 107： 803-807.

Sakurai H ， Shigemori N ， Hisada Y ， et al. Suppression of NF-kappa B and AP-1 activation by glucocorticoids in experimental glomerulonephritis in rats： molecular mechanisms of anti-nephritic action[J]. Biochimica et Biophysica Acta （BBA） - Molecular Basis of Disease， 1997， 1362（2）： 252-262.

Sanjeewa A， Kim E A， Ahn G， et al. Anti-inflammatory activity of a sulfated polysaccharide isolated from an enzymatic digest of brown seaweed Sargassum horneri in RAW 264.7 cells[J]. Nutrition Research & Practice， 2017， 11（1）： 3-10.

Ting A. Y.， and Endy D. Decoding NF-kappa B signaling. Science， 2002， 298： 1189-1190.

Tsuji R. F.， Hoshino K.， Noro Y.， et al. Suppression of allergic reaction by lambda-carrageenan： Toll-like receptor 4/MyD88-dependent and-independent modulation of immunity. Clin Exp Allergy， 2003， 33： 249-58.

Sanjeewa KK， Fernando IP， Kim EA， et al. Anti-inflammatory activity of a sulfated polysaccharide isolated from an enzymatic digest of brown seaweed Sargassum horneri in RAW 264.7 cells[J]. Nutr ResPract， 2017， 11（1）： 3-10.

Hwang PA， Chien SY， Chan YL， et al. Inhibition of Lipopolysaccharide （LPS）-induced inflammatory responses by Sargassum hemiphyllum sulfated polysaccharide extract in RAW 264.7 macrophage cells[J].J Agric Food Chem， 2011， 59（5）： 2062- 2068.

Oshrat Levy-Ontman，Mahmoud Huleihel，Rachel Hamias，Talya Wolak，Esther Paran. An anti-inflammatory effect of red microalga polysaccharides in coronary artery endothelial cells[J]. Atherosclerosis，2017，264.

Mulloy B. The specificity of interactions between proteins and sulfated polysaccharides. An Acad Bras Cienc， 2005， 77： 651-64.