岩藻多糖的免疫调节作用研究进展

闫洪雪，邱霞，刘书英，秦益民，张德蒙

（1青岛明月海藻集团有限公司，山东青岛 266400；2青岛明月海藻生物健康科技集团有限公司，山东青岛 266400）

多糖是海藻最主要的成分，其干物质中多糖含量占到50%以上。岩藻多糖是一种高分子碳水化合物，主要由几个不同或相同的单糖基以糖苷键连接而成，是天然的活性物质［1］。岩藻多糖是一种硫酸多糖，主要存在于褐藻的细胞壁基质中，可以增强机体免疫功能，且具有抗凝血［2］、抗肿瘤［3］、抗病毒［4］、抗氧化［5］的功能，在制药和现代食品产业中都有广泛的应用［6-7］。免疫系统在控制病毒、细菌感染，预防慢性病和抑制肿瘤的形成过程中起着核心作用，是人和动物机体的调控网络。动物、植物、微生物中的多糖是能参与各种生理机能调节天然产品，且通常具有安全、毒副作用小等特点［8］。本文综述岩藻多糖免疫调节功能及其应用的研究进展。

1 岩藻多糖的化学结构

因不同海藻种类之间存在差异，岩藻多糖的化学结构也随之有所不同。岩藻多糖主要成分为不同比例的糖醛酸和其他单糖组分组成，如木糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、糖醛酸、鼠李糖等［9-10］。岩藻多糖的主要成分是L-岩藻糖单糖和硫酸基团。研究人员采用化学和物理方法对其进行分析发现，其化学结构主要有两种类型，分别是以重复的C-1，3键结合的α-L-岩藻糖和以C-1，3键、C-1，4键交替结合的α-L-岩藻糖，硫酸基团大多位于4号位，少数位于3号位，是一种天然的杂聚糖［11-13］。

2 岩藻多糖的免疫调节作用

2.1 对免疫器官的作用

岩藻多糖能通过调整人体免疫系统功能提高人体的免疫活力［14］。Yoo等［15］从裙带菜中提取了岩藻多糖，然后利用岩藻多糖对小鼠脾细胞的免疫调节活性进行研究发现，岩藻多糖对小鼠脾细胞产生细胞因子IL-6、趋化因子RANTES和MIP-1α有激活作用，能引起细胞内的细胞激素和脾脏细胞内趋化激素的免疫调控活性且没有细胞毒性。Jang等［16］用不同分子量的岩藻多糖处理脾细胞，发现分子量高的的岩藻多糖能增强脾脏细胞的活力，防止脾脏细胞死亡。进一步功能分析发现，高分子量岩藻多糖可显著增加干扰素-c和一氧化氮的产生，具有较强的免疫激活作用，而低分子量岩藻多糖的生物活性相对较低，且在处理过程中发现其对脾细胞有相对的毒性。研究结果表明，岩藻多糖的分子量不同，对免疫细胞的活性和作用的影响也可能存在差异。这项研究可能拓宽岩藻多糖在基础研究和临床领域的应用。石磊等［17］采用对小鼠灌胃的方式，分别用高、中、低3种剂量的岩藻多糖来进行试验，结果发现，使用高剂量和中剂量的岩藻多糖能显著提高小鼠的脾脏和胸腺活性，证实了岩藻多糖显著增强免疫活性的作用。

2.2 对非特异性免疫系统的作用

非特异性免疫是身体先天具有的生理防御功能。非特异性免疫系统主要由固有免疫细胞、补体、细胞因子等构成，如巨噬细胞、自然杀伤性细胞（NK细胞）、树突状细胞（DCs）。

2.2.1 对免疫细胞的影响 科学家们就岩藻多糖对巨噬细胞的影响进行了探讨，研究了从韩国裙带菜孢子叶中提取的岩藻多糖对小鼠巨噬细胞的免疫调节活性，结果表明，岩藻多糖可抑制小鼠巨噬细胞RAW 264.7细胞的生长，在RAW 264.7细胞和小鼠腹腔巨噬细胞中UP-F可以剂量依赖地诱导TNF-α表达。UP-F还能积极诱导RAW 264.7细胞中趋化因子RANTES和MIP-1α的表达［15］。石磊等［17］对小鼠进行岩藻多糖灌胃试验，采用高、中、低三种剂量，结果发现，采用高剂量和中剂量的岩藻多糖灌胃，能显著增强小鼠的细胞免疫功能。使用高剂量岩藻多糖，对小鼠的体液免疫功能以及单核-巨噬细胞功能的增效功能更明显。李俊燕等［18］采用超声法来降解岩藻多糖，收集不同分子量范围的样品，并对其进行红外光谱分析。利用收集的岩藻多糖片段考察了对RAW 264.7细胞活力的影响，并探索了各组分的体外免疫调整活性。试验结果表明，分子量＞100 kD的岩藻多糖明显改善细胞活力，且因浓度不同效果不同，低浓度下有提高细胞活性的作用，浓度高则起到抑制作用，具有免疫调节活性。JIN等［19］进行岩藻多糖对DCs功能影响的体内试验研究，结果表明，岩藻多糖可促进脾脏DCs中CD40、CD80和CD86的表达，以及IL-6、IL-12和TNF-α的表达，且岩藻多糖增强OVA诱导的脾脏DCs MHC I、II类上调，强烈促进OVA特异性CD4、CD8 T细胞增殖。日本学者Tomori等［20］通过随机双盲的方法评价提取自冲绳海蕴的岩藻多糖对NK细胞活性的影响，并评价其在健康成人中的安全性。

研究对象被随机分为两组：使用安慰剂组和岩藻多糖试验组。12周后进行血液、生化和免疫试验。在研究期间，所有试验均未观察到临床不良反应。在免疫学试验中，与摄入前相比，岩藻多糖组在8周时NK细胞活性明显增强。此外，岩藻多糖试验组的男性受试者的NK细胞活性在使用8周时明显增强。这些结果证实了从冲绳海蕴提取的岩藻多糖可以增强NK细胞活性。Zhang等［21］分析了从泡叶藻、巨藻、裙带菜和墨角藻中提取的岩藻多糖，研究岩藻多糖对人中性粒细胞凋亡、小鼠NK细胞活化、脾脏DCs细胞成熟、T细胞增殖和活化的影响以及在体内的佐剂作用。提取自巨藻和裙带菜的岩藻多糖在低浓度条件下强烈延迟了人中性粒细胞的凋亡，而泡叶藻和墨角藻来源的岩藻多糖在高浓度处理时会引起中性粒细胞的凋亡延迟。此外，裙带菜中提取的岩藻多糖还能促进NK细胞活化和对YAC-1细胞的杀伤活性。Yoo等［22］鉴定高分子量岩藻多糖和低分子量岩藻多糖的化学组成，通过体外实验比较作为NK细胞来源的免疫刺激剂的功能并在免疫抑制动物模型中测试高分子量岩藻多糖作为免疫刺激剂的有效性。在这些模型中，高分子量岩藻多糖能够显著的恢复NK细胞的细胞毒性，并促进颗粒酶B的释放。用分子量高的岩藻多糖处理后，脾脏中白细胞介素（IL）-1β、IL-2、IL-4、IL-5、IL-12、干扰素（IFN）-γ、肿瘤坏死因子（TNF）-α的表达也明显增加。

2.2.2 调节细胞因子 Bi等［23］从新西兰裙带菜中提取了低分子量岩藻多糖LMWF（＜10 kDa），研究其免疫调节作用发现，LMWF在1～50µg/mL浓度范围内对RAW264.7巨噬细胞具有显著的的免疫激活作用。此外，LMWF能够显著促进NO释放、iNOS表达、TNF-α和IL-6分泌，且呈浓度依赖性。研究发现，低分子量的岩藻多糖能够显著刺激NF-κB和MAPK信号通路的激活，特异性的降低NF-κB和MAPK信号通路抑制剂的活性。LIU等［24］研究了新西兰裙带菜低分子量岩藻多糖对树突状细胞（dc）的调节作用发现，LMWF可以促进dcs的成熟和迁移，以及CD4+和CD8+T细胞的体外增殖。这些研究证明了这种免疫促进活性是通过TLR4及其下游MAPK和NF-κB信号通路激活的。进一步在体内（小鼠模型）研究表明，LMWF具有较强的免疫促进作用，如促进免疫细胞增殖，提高免疫器官指数等。刘晓东等［4］对岩藻多糖的免疫调节作用及抗日本乙型病毒（JEV）作用进行了体内和体外验证试验。结果表明，岩藻多糖可以促进脾脏淋巴细胞增殖，能够调控CD4+T细胞（CD3+CD4+）/CD8T细胞（CD3+CD8+）/B细胞（B220+）亚群的活性，且岩藻多糖能够促进Th1细胞因子IFN-γ及Th2细胞因子IL-4的表达，有效提高JEV灭活疫苗的抗体水平。进一步研究发现，岩藻多糖可以抑制JEV病毒的复制。这些结果表明，岩藻多糖可作为一种新型免疫增强剂和抗乙脑的药物，具有潜在的抗病毒和免疫调节功能。刘宪丽等［25］在体外考察了岩藻多糖的调节免疫功能，当试验浓度低于1000 µg/mL时，岩藻多糖对Hca-F肝癌细胞生长的抑制作用不明显，但能够促进脾淋巴细胞增殖，对Mφ吞噬活性有促进作用，并能促进细胞因子IL-6、IL-10、IL-12、IL-18和TNF-α的分泌。这表明岩藻多糖可以提高细胞与分子免疫应答水平，调节细胞因子分泌，从而对抑制小鼠Hca-F肝癌细胞生长，发挥抗肿瘤作用。

2.3 对特异性免疫的调节作用

特异性免疫是人体经感染或人工预防接种而获得的抵抗再次感染的能力，主要包括细胞免疫和体液免疫。Hayashi等［26］研究表明，口服岩藻多糖可以防止小鼠受HSV-1的感染。从生存率和病变评分来看，岩藻多糖对巨噬细胞的吞噬活性和B细胞的成胚有明显的刺激作用，但对巨噬细胞释放NO2-无明显影响。实验结果还发现，口服岩藻多糖可增强被5-氟尿嘧啶抑制的hsv-1感染小鼠的NK活性和CTL活性。口服岩藻多糖3周后，接种HSV-1的小鼠产生的中和抗体有显著提高。这些结果表明，口服岩藻多糖具有一定的保护作用，它的功能是对病毒的复制进行直接的抑制，从而激发其先天免疫防御和适应性免疫防御的作用。Hayashi等［27］研究发现，岩藻多糖可以抑制小鼠体内流感病毒的复制、有效抑制体重减轻、降低死亡率、延长生存期，并能够显著增加黏膜和血液中中和抗体的量。在免疫缺陷的小鼠体内，使用奥司他韦治疗后，耐药病毒会频繁地出现药性减退的现象，而从口服岩藻多糖处理的小鼠中未分离到耐药病毒。该研究表明，岩藻多糖可能是开发新治疗方案的候选药物，可以与神经氨酸酶抑制剂（如奥司他韦）联合使用。Negishi等［28］对70名60岁的志愿者进行了随机双盲研究。研究对象被随机分配到2组，分别服用岩藻多糖（300 mg/d）或安慰剂4周，然后接种三价季节性流感疫苗。接种后5周和20周取血清测定血凝抑制效价和自然杀伤细胞活性。与服用安慰剂的供试人员相比，岩藻多糖组对季节性流感病毒疫苗中所有3种毒株的抗体滴度都更高。岩藻多糖组的针对B抗原的免疫反应符合欧盟许可的几何平均滴度比标准（2.4），而安慰剂组不符合标准（1.7）。在岩藻多糖组，摄入岩藻多糖后9周，自然杀伤细胞活性趋于增加（P=0.08）。然而，安慰剂组在9周时无明显增加，且活性的强度从9周到24周急剧下降。免疫功能低下的老年人接种疫苗后，摄入岩藻多糖可以显著增加抗体的产生，更有效地预防流感的流行。Isnansetyo等［29］研究表明，从马尾藻中分离得到的岩藻多糖注射液可显著提高小鼠的吞噬活性、血浆总蛋白、白细胞压积和白细胞计数（P＜0.05），其免疫调节活性与墨角藻中提取的岩藻多糖的免疫调节活性相当。实验发现，注射岩藻多糖0.4～0.6 mg/kg可有效提高罗非鱼的先天免疫参数，这表明该岩藻多糖可能作为免疫刺激剂用于鱼类疾病的防治。

3 免疫调节作用的应用研究

3.1 作为疫苗佐剂的应用

疫苗佐剂可以改变或增强非特异性的免疫反应抗原的特异性，因此疫苗佐剂的研究特别是新型佐剂的研究与开发变得尤为迫切。Jin等［19］研究发现，岩藻多糖在体内作为佐剂与卵白蛋白（OVA）抗原一起使用时，能促进OVA特异性抗体的形成，并能促进T细胞启动IFN-γ。此外，岩藻多糖可增强OVA诱导的脾脏cDCs MHC I、II类上调，强烈促进OVA特异性CD4、CD8 T细胞增殖。以岩藻多糖为佐剂的OVA免疫可保护小鼠，防止受到B16-OVA肿瘤细胞的攻击。这些研究结果表明，岩藻多糖可作为一种佐剂诱导Th1免疫应答和CTL活化，为肿瘤疫苗的研制提供了可能。Kim等［30］利用流式细胞分析显示，岩藻多糖可增加脾脏细胞中主要组织相容性复合体II类、分化簇25和CD69激活标志物的表达。岩藻多糖和支气管博氏杆菌抗原相结合，可以改善脾细胞的活力，促进肿瘤坏死因子的形成。此外，岩藻多糖还能增加接种肺炎支原体抗原的小鼠体内抗原特异性抗体的产生。这项研究为岩藻多糖作为疫苗佐剂的使用提供了有价值的参考依据。

3.2 抗肿瘤免疫增效作用

Zhuang等［31］用移入艾氏腹水癌细胞的ICR／Slc小鼠作为实验对象，研究鼠尾藻中的岩藻多糖不同组分的活性，研究发现，组分GIV-A、GIV-B可以明显延长小鼠的生存时间，其存活时间分别为对照组的349%和215%。各选8只患癌小鼠，注射GIV-B溶液有1只痊愈，而注射GIV-A溶液的有5只痊愈。这些结果表明，岩藻多糖的抗肿瘤作用与其免疫应力有一定的关系。Hyun等［32］发现，岩藻多糖可显著抑制人结肠癌细胞（HCT-15细胞）的生长。经岩藻多糖处理后的HCT-15细胞，出现了一系列的凋亡现象，如 DNA片段化、染色质凝集、亚G1次二倍体细胞增多等。与对照组相比，用岩藻多糖处理明显降低了BCl-2的表达，且对Bax的影响有时间上的依存度，随时间增长而有所提高。聚ADP核糖聚合酶是半胱天冬酶效应物的重要底物，使用岩藻多糖处理后，提高了半胱天冬酶-9和半胱天冬酶-3活性，聚ADP核糖聚合酶会产生裂解。此外，在诱导细胞凋亡的过程中，激活了细胞外信号调节激酶（ERK）和p38激酶，并导致磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt的失活。这些研究结果证明，岩藻多糖是通过激活ERK、p38和阻断PI3K/Akt信号通路来促进细胞凋亡的。这些数据支持了岩藻多糖可能在结肠癌治疗中具有潜力的假设。Itoh H等［33］对岩藻多糖进行理化性质及红外光谱和核磁共振光谱分析，碳清除活性结果表明其是一种网状内皮系统的活化剂，可增强巨噬细胞的吞噬和化学发光。通过免疫荧光法，使补体（C3）裂解产物第三组分与巨噬细胞结合，增加C3阳性细胞的比例。在交叉免疫电泳中，人血清C3被岩藻多糖转化为第3个峰（转化C3）且峰的高度与岩藻多糖的剂量成正比。人血清CH50的残留量呈剂量依赖性下降。这些结果提示岩藻多糖的抗肿瘤活性与增强免疫反应有关，为岩藻多糖作为肿瘤化疗药物开辟新的前景。Wilfred等［34］从新西兰马尔堡裙带菜孢子叶中粗提的岩藻多糖，硫酸根含量为15.02，糖醛酸含量为1.24，分子量＞150 kDa。将粗提的岩藻多糖分成3个不同的片段组分，用3-（4，5-二甲基噻唑-2-基）-2，5-二苯基溴化四唑（MTT）法测定2个主要组分的细胞毒性，研究发现，岩藻多糖能特异性抑制三种癌细胞的增殖，且对正常细胞的细胞毒性较低。这种选择性细胞毒性可能与每个岩藻多糖组分的独特结构有关。结果表明，岩藻多糖具有作为降低癌症风险或辅助癌症治疗的功能食品的巨大潜力。

4 讨论

岩藻多糖是海藻中广泛存在的重要的硫化多糖之一，岩藻多糖在不同海藻中的含量、分子量、结构、硫酸基含量等是复杂和不均匀的，其丰富多样的生物活性吸引着科学家们进行更深入的探讨和研究，对预防多种慢性疾病、提高机体免疫活性、作为疫苗佐剂、抗肿瘤等多个方面均有极大的潜力。