羊栖菜次生代谢产物及其活性研究进展

杨小雨，曹鹏，邹慧熙，阎秀峰，李楠

(温州大学生命与环境科学学院 浙江省水环境与海洋生物资源保护重点实验室 城市水污染生态治理技术国家地方联合工程研究中心，浙江 温州 325035)

羊栖菜Sargassumfusiforme(Harv.)Seteh.或Hizikiafusiformis(Hary.)Okam.隶属于褐藻门(Phaeophyta)、墨角藻目(Fucales)、马尾藻科(Sargassum)，主要生长在西北太平洋海岸线附近的低潮间带岩石上[1]。在中国、韩国、日本和东南亚作为药食两用的重要经济海藻。目前，我国是全球最大的羊栖菜生产国[2]。羊栖菜具有较高的食用和药用价值，在功能性食品和医药保健品研发上具有广泛的应用前景。羊栖菜富含各类次生代谢产物，生物活性多样，是研究天然化学产物的重要海藻。本文综述了近年来羊栖菜次生代谢产物及生物活性研究进展，为羊栖菜的次生代谢产物的活性成分提取及医药保健品的研发提供了理论基础。

1 羊栖菜次生代谢产物

羊栖菜含有丰富的次生代谢产物，主要有褐藻多酚(phlorotannins)、甾醇(sterol)、萜类(terpenes)、岩藻黄质(fucoxanthin)、功能性油脂(functional oil)和凝集素(lectins)等。

1.1 褐藻多酚

羊栖菜中所含的多酚属于褐藻多酚，含量约占藻体干重的2%[3]，是由间苯三酚(3，5-三羟基苯)结构单元低聚和去耦聚合，由乙酸盐-丙二酸(或聚酮)途径形成[4]。根据其聚合方式的不同，可分为6种类型，即多羟基苯醚型(phlorethols)、多羟基联苯型(fucols)、多(邻、间)羟基苯醚型(fuhalols)、卤代和烷基化多酚型(halogenated phlorotannins)、混合多羟基联苯多苯醚型(fucophlorethols)以及二苯呋喃和二苯杂二氧型(eckols)[5]，分子量多在126～650 ku。通过质谱技术，Li等[6]在羊栖菜中发现了42种褐藻多酚类物质，其中，福哈洛尔型多酚含量最高，多羟基苯醚型和混合多羟基联苯多苯醚型次之。此外，还首次在羊栖菜中发现了carmalol衍生物等二苯杂二氧型褐藻多酚。

1.2 甾醇

羊栖菜富含甾醇类物质，如岩藻甾醇(fucosterol)是海藻中含量最丰富的植物甾醇[7-9]、马尾藻甾醇(saringosterol)则包括两种构型24(S)-马尾藻甾醇和24(R)-马尾藻甾醇[10-12]。另外，Chen等[11]从羊栖菜中分离一些结构类似的甾醇，包括24-氢过氧基-24-乙烯基胆甾醇(24-hydroperoxy-24-vinyl-cholesterol)、 29-氢过氧基岩藻甾醇(29-hydroperoxy-stigmasta-5，24(28)-dien-3β-ol)、24-亚甲基胆甾醇(24-methylene-cholesterol)和 24-羰基胆甾醇(24-keto-cholesterol)等。Seong等[13]则分离到了甘草酸(glycyrrhizin)及3个糖苷类衍生物、24R，28R-环氧基-24-乙基胆甾醇(24R，28R-epoxy-24-ethylcholesterol)和24S，28R-环氧基-24-乙基胆甾醇(24S，28R-epoxy-24-ethylcholesterol)。

Wang等[14]从羊栖菜中首次分离到结构已知的(24S)-stigmasta-5，28-diene-3β，24-diol-7-one，同时，也分离到了两个新的胆甾烷类甾醇sargassuols A和B。此外，从羊栖菜中分离到的植物甾醇还有5α，8α-epidioxyergosta-6，22-dien-3β-ol[10]、过氧麦角甾醇[10]、醋酸沙林甾醇(saringosterol acetate，SSA)[15]和马豆酸A[13]等。

1.3 萜类化合物

萜类化合物是一类由两个或两个以上异戊二烯单位所聚合而成的烃类及其含氧衍生物的总称[16]。根据其结构单位的不同，可以分为单萜、倍半萜、二萜以及多萜。徐忠明[17]通过微波辅助结合逆流色谱方法从羊栖菜中分离得到三种萜类化合物为：loliolide、lsololiolide和(3R)-4-[(2R，4S)-4-acetoxy-2-hydroxy-2，6，6 trimethy lcyclohexylidene]-3-buten-2-one。王海阳[18]对羊栖菜挥发油的GC-MS分析中发现许多2，2-二甲基癸烷、4，7-二甲基十一烷、3-乙基-3-甲基癸烷等萜类化合物，并在挥发油中占有很高的含量。

1.4 岩藻黄质

岩藻黄质又称岩藻黄素、褐藻黄素，是从褐藻中提取的一种类胡萝卜素[19]。与陆生植物中的类胡萝卜素不同，岩藻黄质是一种具有独特结构的叶黄素，其分子中包含一个罕见的等位基因链和一个5，6-单环氧化物[20]。此外，研究者们还发现了19′-丁酰氧基岩藻黄质(19′-butanoyloxyfucoxanthin)和19′-己酰氧基岩藻黄质(19′-hexanoyloxyfucoxanthin)两种新结构的岩藻黄质[21]。

尹尚军等[22]发现，羊栖菜中岩藻黄质提取率达1.067 mg·g-1，刘丽平等[23]采用二氧化碳超临界萃取技术使提取率得到进一步提高，可达2.02%。Xiao等[24]建立了一种快速高效的微波辅助萃取结合高速逆流色谱分离的方法纯化食用褐藻中的岩藻黄质，整个分离提取过程在不到75 min内完成，可以从15 g干羊栖菜中获得总共0.2 mg的岩藻黄质。Chen等[25]采用优化的超声辅助提取法提取羊栖菜粗提物，得到岩藻黄质的纯度可达96.01%。此外，Dai等[26]发现，羊栖菜中含有岩藻黄质的部分主要包括：岩藻黄质、叶绿素-a、β-胡萝卜素、顺式岩藻黄素和脱镁叶绿素-a。由于海藻岩藻黄质含量较低(0.02%～0.58%鲜重)[24]，所以对大量提取岩藻黄质的方法仍需进一步研究。

1.5 其他成分

Yang等[27]发现，羊栖菜功能性油脂主要包括棕榈酸(37.80%)、植物醇(33.21%)、花生四烯酸(15.32%)、十四酸(11%)、9-十六烯酸(2.67%)以及少量油酸酰胺和芥酸酰。此外，有研究表明，羊栖菜中含有凝集素。凝集素是由葡萄糖、半乳糖和岩藻糖等单糖单元通过N-糖苷键连接形成的糖蛋白[28]，其特点是与碳水化合物结合的特异性高，无需通过相关酶激活启动修饰，与其他植物来源的凝集素相比，藻类凝集素目前未被广泛研究，具有较高的研究潜力[29]。

2 生物活性

2.1 抗氧化活性

抗氧化剂具有清除自由基的特性，起到延缓和改善细胞损伤的作用。在不同体外和体内模型中，已有诸多关于羊栖菜次生代谢产物抗氧化活性的研究。多种抗氧化检测体系表明，羊栖菜褐藻多酚[30-33]、总甾醇、马尾藻甾醇[34]、岩藻甾醇、岩藻黄质、功能性油脂[35]和凝集素[28]均具有较好的抗氧化活性和清除自由基能力。褐藻多酚的抗氧化性可能与间苯三酚结构单元聚合度、羟基数量、羟基类型以及苯氧基的共振稳定性有关，而遗传和环境因素使羊栖菜褐藻多酚呈现不同的抗氧化活性[36-39]。羊栖菜岩藻甾醇[40]可通过刺激抗氧化酶抵抗自由基，从而可延长线虫的寿命；岩藻黄质抗脂质过氧化功能则明显强于维生素C[41-42]；而羊栖菜凝集素具有抗氧化活性此前却鲜见报道。

2.2 抗菌活性

羊栖菜多酚和甾醇类化合物对不同病原细菌和病原真菌均显示出了较好的抗菌活性，如大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、产气肠杆菌、希瓦氏菌、紫色杆菌，嗜水气单胞菌、变异链球菌和副溶血菌等[43-44]。

羊栖菜多酚可通过减少紫色色素的产生，对紫色杆菌产生抗群体感应(quorum sensing，QS)活性，也可降低毒力因子产生和生物膜形成，在体内降低线虫铜绿假单胞菌感染引起的死亡率[44]。总甾醇、马尾藻甾醇和岩藻甾醇对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均具有抗菌活性[43]。

在有机试剂粗提物和其萃取相的抗菌实验中发现，萃取相的抗菌活性多优于粗提物[45-47]，主要因为粗提物成分复杂，一些有效抗菌物质之间产生相互拮抗或被其他基团所屏蔽，分离后屏蔽基团被分开，抗菌活性得以体现出来[47]。同时，对具有抗菌活性的萃取相进行成分分析，结果发现，乙醇提取物的乙酸乙酯相组分多以醇类为主，如2-乙基己醇、15-冠-5醚、2-乙基-4-甲基戊醇和1，4，7，10，13，16-六恶环十八烷等[46]；而不同有机试剂提取后的抗菌活性成分则有所不同，主要有5，5，8a-三甲基萘烷-1-酮、山菊醇、4-羟基苯甲酸和1，10-葵二醇等[45]。

无论从细菌、真菌、动物植物病原菌[45-46]、陆地海洋致病菌[44，48]、还是食用菌杂菌[46]，羊栖菜次生代谢产物抗菌活性显示出菌种涵盖范围广、抑菌活性好等特点。

2.3 抗炎症活性

炎症是应对微生物和内毒素感染、伤口或刺激物，旨在恢复正常细胞结构和功能的一种复杂的防御机制[49]。

多酚通过抑制促炎细胞因子或多种下游炎症介质的转录表达来缓解炎症反应，推测多酚的抗炎活性可能与其较强的抗氧化性有关[50-52]。Lee等[53]发现，羊栖菜乙醇提取物的乙酸乙酯相级分F2′中含有较高比例的丁酸，丁酸可能通过消除Th细胞依赖性细胞因子来抑制T细胞活化，消除炎症源，抑制活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T cell，NFAT)的激活，从而改善特应性皮炎指数，而羊栖菜岩藻甾醇通过抑制血清免疫球蛋白E(immunoglobulin E，IgE)和促炎细胞因子，调节Th1/Th2平衡对2，4-二硝基氯苯(2，4-dinitrochlorobenzene，DNCB)诱导的NC/Nga小鼠特应性皮炎样病变产生抗炎作用[54]。岩藻黄质通过减轻颗粒物诱导的巨噬细胞炎症和角质形成细胞中的氧化应激而产生细胞保护，延缓炎症反应[26]。

2.4 抗糖尿病活性

目前，关于羊栖菜体外体内抗糖尿病的研究已经进行了大量实验。

羊栖菜多酚可通过抑制C57BL/6N肌肉组织(小鼠)中α-葡萄糖苷酶活性、增加肌肉葡萄糖摄取和激活胰岛素信号相关蛋白而起到降血糖的作用[55]。Seong等[13]发现，羊栖菜甲醇提取物中岩藻甾醇对蛋白酪氨酸磷酸酶1B(protein tyrosine phosphatase 1B，PTP1B)显示出非竞争性抑制活性；甘草酸代谢物为竞争性抑制活性。推测岩藻甾醇可能通过抑制消化器官中的α-葡萄糖苷酶活性，延迟葡萄糖的吸收，刺激胰岛素信号通路，从而起到降血糖的作用。此外，羊栖菜乙醇提取物中多种次生代谢产物协同作用下，可通过改变肠道微生物群和代谢产物来缓解与2型糖尿病相关的症状[56]。羊栖菜的石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯萃取物均能显著改善淀粉/麦芽糖的耐量，尤其是乙酸乙酯相中邻苯二甲酸二丁酯可与PTP1B活性位点关键氨基酸残基相互作用，进而抑制其活性。而羊栖菜不同有机试剂萃取物可抑制餐后血糖的升高，具有干预2型糖尿病发生、发展的潜在作用[57]。

2.5 光保护活性

植物和其他自养生物具有光保护机制，这一生物化学过程通过防止皮肤受到氧化应激来防止太阳辐射。太阳辐射包括紫外线在内的多种电磁光谱，过度暴露会导致皮肤癌[58]。

羊栖菜多酚能增强紫外线照射的小鼠成纤维细胞内超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，降低丙二醛的含量。紫外辐射剂量越大，小鼠成纤维细胞受到的抑制越严重，随着多酚浓度的增大，对小鼠成纤维细胞的保护作用呈先增强后减弱的趋势，推测多酚光保护作用可能与抗氧化活性相关[59]。在对紫外线照射人真皮成纤维细胞皮肤损伤研究中，羊栖菜岩藻甾醇通过调节激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)和转化酶调节生长因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)信号来调节基质金属蛋白酶-1(matrix metalloproteinase-1，MMP-1)和Ⅰ型前胶原的表达，而显示出抗光老化活性[48]。

2.6 抗肿瘤活性

随着社会经济的高速发展，竞争压力不断提高，环境不断恶化，使得肿瘤的发病率逐年升高。因此，对肿瘤的预防、治疗成为了全世界科学研究的热点。

羊栖菜粗多酚及其纯化后多酚各组分在相同浓度下，对HepG2肝癌细胞、HT29结肠癌细胞和A-549人肺癌细胞具有明显的增殖抑制作用[60]。高浓度羊栖菜多酚可提高荷瘤小鼠NK细胞活性及T淋巴细胞的增殖活力，实体瘤生长抑制明显。推测多酚对肿瘤除直接的抑制作用或通过药物引起细胞毒性作用外，还可以通过提高机体免疫系统功能，增强对肿瘤细胞的抑制作用[61]。此外，Kim等[15]发现，羊栖菜中的SSA可通过调节PI3K/AKT/mTOR和TGFβ/Smad信号通路抑制细胞因子和甲胎蛋白产生等抑制肿瘤生长和转移。

研究发现，羊栖菜乙醇提取物可通过不同的作用途径和信号通路有效地抑制Hep3B人肝癌细胞[62]、AGS人胃腺癌细胞和人前列腺癌PC3细胞[63-64]等肿瘤的转移、侵袭[65-66]。因此，羊栖菜可被用作肿瘤和癌症治疗的化学预防或辅助化疗的药物来源。

2.7 神经保护活性

羊栖菜次生代谢产物对神经保护活性的研究主要集中在神经退行性疾病和神经系统疾病，如改善记忆和预防阿尔茨海默病(alzheimer′s disease，AD)、抑郁症和癫痫等方面。

羊栖菜甘草酸及其代谢产物[67]、功能性油脂[27，68]、马尾藻甾醇[69]以及岩藻甾醇的氧化物沙林甾醇[70]均有改善认知能力，缓解预防AD病症的作用。通过小鼠强迫游泳实验(forced swimming test，FST)和尾部悬架试验(tail suspension test，TST)，不同分子量羊栖菜多酚[71]、岩藻甾醇[9]、沙林甾醇[12]均显示出较好的抗抑郁活性。同时，电击小鼠实验表明岩藻甾醇具有抗惊厥活性，这一过程可能是由脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)介导的[12]。

2.8 抗病毒活性

Lee等[72]利用从羊栖菜中提取得到的棕榈酸对T细胞、原代外周淋巴细胞和原代巨噬细胞进行处理，发现感染抑制呈浓度依赖性，棕榈酸可同CD4受体结合，阻止人类免疫缺陷病毒-1(human immunodeficiency virus，HIV-1)侵入和感染。因此，了解棕榈酸和CD4之间的结构-亲和关系将有助于开发具有抗HIV-1侵入的棕榈酸类似物。

羊栖菜中酚类化合物在体外对HEp2细胞可以明显减少呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus，RSV)复制、基因转录、蛋白合成、合胞体形成以及RSV诱导的细胞死亡，在体内可以提高BALB/c小鼠肺部RSV的清除率。由此表明，羊栖菜酚类化合物及其潜在成分将对RSV感染产生有益的影响，是很有前景的一类抗RSV感染的天然抗病毒候选药[73]。

2.9 其他活性

通过评估体内、体外一氧化氮生成、吞噬作用以及细胞因子分泌发现，羊栖菜岩藻甾醇具有调节免疫功能的潜力[74]。羊栖菜醇提物可在脾树突细胞上诱导共刺激分子并激活CD8和体内T细胞，推测醇提取物可能是树突状细胞介导的免疫治疗中潜在的有效免疫治疗化合物[75]。

此外，羊栖菜甾醇类物质通过肝X受体(liver X receptor，LXR)激活调节胆固醇代谢途径中的基因表达，可显著降低大鼠体内总胆固醇、甘油和低密度脂蛋白胆固醇含量，起到降血脂和抗动脉粥样硬化的功能[11]。岩藻甾醇还可通过促进MG63细胞的增殖，治疗骨质疏松和牙周炎等代谢性骨疾病[76]。羊栖菜醇提物中1，19二十碳二烯、棕榈酸和11-十二碳烯-1-醇三氟乙酸等活性成分，可通过提高酶和非酶抗氧化活性防御系统，降低氧化应激，恢复肝细胞和肝细胞的酶水平，降低顺铂治疗导致的肝肾组织损伤[77]。

3 展望

随着国家强化海洋资源科学利用，系统推进海洋经济发展，重塑海洋优势、激发海洋价值等一系列举措推进，羊栖菜作为资源量较大，药用、食疗双重作用的经济类海藻，是具有较强科技研发和经济前景的海洋生物资源。

目前，国内外学者对羊栖菜次生代谢产物的研究多集中在羊栖菜褐藻多酚、甾醇或粗提物上，对其他小分子化合物的探究较少。因此，发挥我国羊栖菜最大生产国地域资源优势；优化提取纯化和分析活性化合物方法以及挖掘更多羊栖菜次生代谢产物，将是羊栖菜次生代谢产物深度开发和研究所面临的关键。羊栖菜次生代谢产物的挖掘和开发，为羊栖菜资源在功能性食品、医药保健品、药物、化妆品以及饲料添加剂等方面的研发和利用提供广泛的应用前景，也为羊栖菜在生物学、生态学以及经济学等领域的研究提供依据支撑。