褐藻多糖硫酸酯的生物活性及应用前景

马 浩，夏亚穆

（青岛科技大学化工学院，山东 青岛266042）

褐藻是海藻中含量丰富的一个类群［1］，约有1500种，分成250个属。褐藻具有广泛的用途，其中海带、鹿角菜、昆布、裙带菜、羊栖菜等可以食用，马尾藻属植物可用于制作肥料，有些褐藻还可用于提取褐藻胶（食品稳定剂）、甘露醇和碘等。褐藻中含有丰富的对人体有益的多酚、肽、多糖等成分，将其分离提取，可用于药品、保健品、食品、化妆品等领域［2］。

褐藻多糖硫酸酯是在褐藻的细胞基质中发现的一类硫酸多糖酯，是由高度支链化的α－L－岩藻糖－4－硫酸酯形成的聚合物。褐藻多糖硫酸酯结构复杂，种类繁多，在不同褐藻中种类及含量变化很大［3］。研究表明，褐藻多糖硫酸酯具有良好的抗凝血、抗肿瘤、免疫调节、抗炎等生物活性，这引起了药学及生物学界的关注［4］。作者主要介绍了近10年来由褐藻分离得到的褐藻多糖硫酸酯的生物活性研究进展及在药品、保健品、食品和化妆品等领域的应用前景。

1 褐藻多糖硫酸酯的生物活性

1．1 抗凝血活性

血液的凝血功能障碍可能导致凝血（血栓）的风险增加。抗凝血剂是一类可用于体内阻止血液凝结从而治疗血栓的药物。目前，肝素是最常用的临床抗凝血药物，已有50年的应用历史［5］。然而，在肝素的使用过程中会引发过度出血、血小板减少等危险。因此，人们致力于寻找天然的更安全的抗凝血药物［6］。研究发现，褐藻多糖硫酸酯具有良好的抗凝血功能，引起了人们的兴趣。

Athukorala等［7］通过记录静脉内皮细胞中活化部分凝血活酶时间（APTT）、凝血酶时间（TT）、凝血酶原时间（PT），发现从静脉内皮细胞分离出的褐藻多糖硫酸酯通过与抗凝血酶Ⅲ（ATⅢ）相互作用，强烈地抑制凝血因子活性，表现出与肝素相近的抗凝血活性。Nishino等［8］研究了具有不同硫酸基含量的褐藻多糖硫酸酯的抗凝血活性，结果表明，其主要的抗凝血酶活性是通过肝素辅助因子Ⅱ介导的，抗凝血酶活性随硫酸基含量的增加而显著提高。de Zoysa等［9］从发酵的褐藻马尾藻中分离的褐藻多糖硫酸酯具有抗凝血性能。将冻干的褐藻置于25℃的孵化器中70d，褐藻大分子物质转化成抗凝血多糖硫酸酯（ASP），56d时的褐藻粗提物（SWE）已表现出较高的抗凝血活性。进一步研究其抗凝血活性表明，小鼠最大耐受量达1．2g·kg－1，表明其具有较低的毒性。

近年来对褐藻多糖硫酸酯抗凝血活性的研究表明，其活性在体外以剂量依赖方式呈现，在体内则与肝素活性相当。但褐藻多糖硫酸酯引起出血的风险比肝素小，而且不影响血小板和白细胞数量，是良好的肝素替代物。

1．2 抗肿瘤活性

癌症是严重危害人类健康的一大顽症。然而现有的临床使用的抗肿瘤药物存在许多不尽如人意的地方，如治愈率低、选择性差、易产生严重不良反应等，因此寻找高效低毒的抗癌药物迫在眉睫。在研究过程中，海洋抗癌药物备受瞩目，其中从褐藻中分离得到的褐藻多糖硫酸酯具有良好的抗肿瘤活性。

Teruya等［10］阐明了市售的冈村枝管藻中褐藻多糖硫酸酯对U937细胞的抗增殖活性，它能诱导该细胞凋亡，而且还能诱导人类T细胞白血病病毒的细胞凋亡。因此，褐藻多糖硫酸酯是成人T细胞白血病患者的一种潜在有效的治疗剂。Heneji等［11］研究表明，褐藻多糖硫酸酯通过直接作用于肿瘤细胞或通过增强免疫反应抑制肿瘤的生长和转移过程，下调凋亡蛋白2和生存素的细胞抑制因子以及细胞周期蛋白D2、cmyc癌基因、高度磷酸化形式的视网膜成神经细胞瘤抑制蛋白，从而诱导HTLV－1感染的T细胞株的凋亡。褐藻多糖硫酸酯的体外抗肿瘤研究表明，浓度低于1000μg·mL－1时褐藻多糖硫酸酯对肝癌细胞体外生长抑制作用不明显（P＞0．05）；对脾淋巴细胞增殖、Mφ吞噬活性及细胞因子IL－6、IL－10、IL－12、IL－18和肿瘤坏死基因TNF－α的分泌均有促进作用。褐藻多糖硫酸酯对体外培养的小鼠肝癌细胞生长有一定的抑制作用，从而发挥其抗肿瘤作用［12］。Maruyama等［13］发现褐藻多糖硫酸酯对人白血病HL－60细胞生长具有显著抑制作用，并呈量效和时效关系；质量浓度为300mg·L－1和500mg·L－1的褐藻多糖硫酸酯作用于HL－60细胞后，可观察到典型的细胞凋亡形态学特征。

1．3 免疫调节活性

免疫调节是指由药物调节而非自动调节免疫防御系统的过程。许多天然多糖被用作生物反应调节剂来促进免疫反应。研究表明，低聚糖对免疫系统有多种影响，如抑制癌症转移、抗肿瘤、免疫调节，并可能成为肿瘤治疗的潜在药物。在这些多糖中，褐藻多糖硫酸酯除了直接的抗癌或抗增殖活性，还可以通过提高机体的免疫调节活性来抑制肿瘤细胞的生长。

Do等［14］报道了褐藻多糖硫酸酯抑制细胞诱导产生一氧化氮（NO）的分子机制，这两种类型的细胞包括神经胶质细胞（C6、BV－2）和巨噬细胞（RAW264．7，腹膜初级细胞）。褐藻多糖硫酸酯对诱导型一氧化氮合酶（iNOS）表达的影响是通过两种类型的细胞介导信号来实现的，其不仅是治疗炎症相关的神经损伤的潜在药物，也可作为改变细胞敏感性的免疫调节成分。Yoon等［15］报道，褐藻多糖硫酸酯转录后能调控U937细胞中金属蛋白酶9（MMP－9）的分泌。基质 MMP－9是一种在免疫细胞的迁移中起着重要作用的分泌性的多结构域的酶。褐藻多糖硫酸酯具有免疫调节活性，使巨噬细胞和脾细胞产生细胞因子和趋化因子。Raghavendran等［16］研究表明，褐藻多糖硫酸酯对阿司匹林引起的胃粘膜损伤具有免疫活性。在大鼠的胃组织中进行了免疫变化测试，结果表明，褐藻多糖硫酸酯通过免疫调节性能对阿司匹林引起的大鼠胃肠道溃疡起到了保护作用。

Yang等［17］在研究褐藻多糖硫酸酯在体外的免疫调节作用时，发现褐藻多糖硫酸酯是淋巴细胞和巨噬细胞的活化剂，这增强了其在免疫预防癌症中的有效性。Choi等［18］研究表明褐藻多糖硫酸酯也影响了人类单核细胞衍生的树突状细胞的成熟和激活过程，因此可以用作树突状细胞疫苗来进行癌症免疫治疗。

1．4 抗炎活性

炎症是具有血管系统的活体组织对损伤因子所发生的防御反应，其中涉及了一系列由内部或外部刺激引起的问题。抗炎药是用于治疗组织受到损伤后所发生的反应（炎症）的药物。由于合成的抗炎药物会对胃肠道和肾脏产生副作用，因此，寻找天然的毒副作用小的新型抗炎药物已成为研究者努力的方向。褐藻多糖硫酸酯在抗炎方面良好的生物活性不容忽视。

Kang等［19］研究了静脉内皮细胞中褐藻多糖硫酸酯的抗炎活性，脂多糖（LPS）刺激RAW264．7细胞，其影响力很强。褐藻多糖硫酸酯剂量依赖性地抑制LPS诱导iNOS和环氧合酶－2（COX－2）基因的表达，以及由LPS刺激RAW264．7巨噬细胞产生NO和前列腺素E2（PGE2）的后续反应。炎症反应中巨噬细胞起着关键作用。Nakamura等［20］指出褐藻多糖硫酸酯是巨噬细胞清道夫受体l的一个配体，能通过依赖于入胞机制被巨噬细胞摄取。研究表明，褐藻多糖硫酸酯的刺激由清道夫受体A（SR－A）传导且是褐藻多糖硫酸酯抑制NO产生的主要途径。过量的NO在严重炎症疾病如败血症和关节炎发病中起重要作用，褐藻多糖硫酸酯不仅能够通过选择性抑制激活蛋白－1减少由脂多糖和肿瘤坏死因子活化的巨噬细胞中NO的表达，且可通过p38促分裂素原活化蛋白激酶（MAPK）和NF－κB依赖两种途径进行信号转导控制NO表达。

在炎症性疾病中结缔组织破坏，如慢性伤口、下肢慢性溃疡或者类风湿关节炎等，均是炎性细胞连续供应的结果，加剧了炎性细胞因子和基质蛋白酶的产生。褐藻多糖硫酸酯可用于治疗某些不受细胞外基质降解控制的炎症。

1．5 其它生物活性

除了上述生物活性，褐藻多糖硫酸酯还有其它一些良好的生理作用，如对心脏、胃粘膜的保护，抑制平滑肌增殖，抗血管成形术后的再狭窄，抗病毒，抗氧化等。

Thomes等［21］研究了从冈村枝管藻中提取的褐藻多糖硫酸酯在异丙肾上腺素诱导大鼠心肌梗塞过程中的保护心脏的活性。Shibata等［22］指出冈村枝管藻中的褐藻多糖硫酸酯对胃粘膜也有保护作用。褐藻多糖硫酸酯在pH值为2．0和4．0时抑制幽门螺杆菌对猪胃粘蛋白的粘附，在0．05%和0．5%的褐藻多糖硫酸酯浓度下饮水中幽门螺杆菌诱导的胃炎及幽门螺杆菌感染的动物的患病数显著减少。

Religa等［23］研究表明，褐藻多糖硫酸酯还能通过抑制平滑肌细胞增殖表现出抗增殖效应。

Deux等［24］提出了褐藻多糖硫酸酯对血管成形术后再狭窄的潜在的预防作用。观察兔髂动脉血管成形术后局部注射低分子量褐藻多糖硫酸酯，发现多糖位于损伤的血管部分，在没有血管成形术的部分则结合较低，第14d组织形态学分析表明低分子量褐藻多糖硫酸酯减少内膜增生达59%，减少管腔交叉切面面积狭窄达58%，血样本没有因为低分子量褐藻多糖硫酸酯的应用而显示抗凝血活性。

Hemmingson等［25］研究表明，从裙带菜萃取的褐藻多糖硫酸酯对疱疹病毒HSV－1、HSV－2和HCMV病毒具有潜在的抗病毒活性，在体外测定IC50值分别为1．1μg·mL－1、0．2μg·mL－1和0．5μg·mL－1。

Tsiapali等［26］研究表明，海带褐藻多糖硫酸酯对超氧阴离子具有良好的清除作用，IC50为20．3μg·mL－1，其对羟自由基的清除作用较弱，对有机自由基DPPH的清除作用很弱。

此外，褐藻多糖硫酸酯能够抑制H2O2诱导的红细胞氧化溶血，对FeSO4－抗坏血酸体系造成的脂质过氧化具有良好的保护作用，这表明了褐藻多糖硫酸酯具有抗氧化活性。

2 褐藻多糖硫酸酯的工业应用前景

褐藻多糖硫酸酯由于其在医药方面的生物活性，成为当今重点开发的海洋药物之一［27］。“昆布多糖”、“褐藻糖胶”的主要成分都是褐藻多糖硫酸酯，对人体的保健效果明显。褐藻多糖硫酸酯能预防高血脂、降低高血压，并具有消水利肿的功效，因此可以作为高血压病的辅助降压药物，也可以用来入药治疗肾病。此外，含有褐藻多糖硫酸酯的海带、鹿角菜、昆布、裙带菜、羊栖菜等均可食用和药用；马尾藻属植物可作饲料或肥料，也可以作为食品或医药工业原料。在日本和中国，含有褐藻多糖硫酸酯的海藻是饮食的一部分，这是其乳腺癌和前列腺癌的发病率低于北美、欧洲等地的首要原因之一［28］。此外，基于褐藻多糖硫酸酯的抗氧化活性，也可以将其应用于化妆品中。由此看出，具有不同生物活性的褐藻多糖硫酸酯在药品、保健品、食品、化妆品等行业具有潜在的应用前景［29，30］。

3 结语

近年来，褐藻多糖硫酸酯因具有多种良好的生物活性而引起了人们的高度重视，使其成为当今重点开发的海洋药物之一。目前，还需要对其具体作用机理进行深入的研究，进一步研究各类多糖的结构和生物活性的关系，加强分离纯化研究，提高产品的纯度和质量，从而更好地综合利用我国丰富的海藻资源。总之，褐藻多糖硫酸酯在药品、保健品、食品和化妆品等领域有着广阔的应用前景。

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