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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江湖州 313000;2.浙江醫(yī)院,浙江省老年醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江杭州 310013)

紫菜(Laver)作為中藥在中國(guó)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(shí)珍列為《本草綱目》菜部二十八卷菜之四項(xiàng),對(duì)紫菜的集解、氣味、主治等做了詳細(xì)介紹。在《現(xiàn)代實(shí)用中藥》中對(duì)紫菜的主治范圍進(jìn)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(yíng)養(yǎng)成分有密切的關(guān)系?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn),紫菜營(yíng)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2]。紫菜中碳水化合物占藻體干重的25%以上,是主要的營(yíng)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(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者包括本課題組對(duì)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(xì)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(xì)胞壁組成不一樣,紫菜的細(xì)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(wú)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(guò)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(jì)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(rèn)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(zhǎng)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(méi)部位的3,6-內(nèi)醚半乳糖含量高,推測(cè)該組分可能是紫菜抵抗物理振動(dòng)的應(yīng)答分子。Turvey 等[4]對(duì)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(jiàn)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(duì)支鏈有所報(bào)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(diǎn)紫菜(P.leucosticta)絲狀體多糖時(shí)提出隨著藻體的生長(zhǎng)發(fā)育,紫菜中的L-半乳糖逐漸進(jìn)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(duì)壇紫菜半乳聚糖及其分級(jí)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(duì)壇紫菜的結(jié)構(gòu)特征有了清楚的認(rèn)識(shí)。張偉云等[20-21]對(duì)條斑紫菜半乳聚糖的分級(jí)組分做了系列研究,基本單元同壇紫菜半乳聚糖,同時(shí)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(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于紫菜半乳聚糖的報(bào)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(bào)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(bào)道過(guò),值得關(guān)注。

綜上報(bào)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(duì)多種類型的腫瘤細(xì)胞系具有抑制作用。表1列出了已報(bào)道的紫菜半乳聚糖抗腫瘤作用及相關(guān)機(jī)制。由表1看出,目前紫菜半乳聚糖抗腫瘤活性研究的報(bào)道主要品種集中在條斑紫菜。紫菜半乳聚糖主要通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化或凋亡和影響腫瘤細(xì)胞周期這兩個(gè)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(jī)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(shí),對(duì)人宮頸癌HeLa細(xì)胞抑制率達(dá)76.30%,而同劑量的壇紫菜多糖的抑制率僅為35.64%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)復(fù)合多糖能提高HeLa細(xì)胞中凋亡蛋白酶基因caspase-10、caspase-3表達(dá)水平,從而誘導(dǎo)細(xì)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(fù)載在低分子量壇紫菜多糖上形成復(fù)合物,其釋放5-Fu機(jī)制屬于典型的Fickian擴(kuò)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(dá)到49.3%,高于兩者混合物的抑瘤率[40],對(duì)于開(kāi)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(guò)氫鍵鍵合在金納米粒子上。實(shí)驗(yàn)顯示,人膠質(zhì)瘤細(xì)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(duì)LN-229具有強(qiáng)的細(xì)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(cè)5-Fu含量,測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)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(yáng)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(duì)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞無(wú)毒性,轉(zhuǎn)染效率顯著高于對(duì)照品脂質(zhì)體2000,可以被開(kāi)發(fā)成一種安全、經(jīng)濟(jì)、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(huì)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(lái)說(shuō)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(duì)抗環(huán)磷酰胺引起的白細(xì)胞下降,抑制率可達(dá)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(xì)胞微核率,硫酸酯衍生物的抑制活性更強(qiáng)。

以上報(bào)道表明,紫菜半乳聚糖可通過(guò)直接殺滅細(xì)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(diǎn)。紫菜半乳聚糖的免疫調(diào)節(jié)活性表現(xiàn)在多個(gè)方面,如對(duì)T、B淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及抗炎因子的影響等。

T、B淋巴細(xì)胞是機(jī)體主要免疫細(xì)胞,在免疫應(yīng)答過(guò)程中起著核心作用。研究發(fā)現(xiàn),在體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中,紫菜半乳聚糖或者其分級(jí)組分均具有促進(jìn)脾臟混合淋巴細(xì)胞或T、B細(xì)胞增殖及支持生長(zhǎng)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(jí)獲得一個(gè)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(xì)胞、胸腺淋巴細(xì)胞增殖。由于體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)環(huán)境單一,該結(jié)果尚需在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)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(qiáng)T細(xì)胞增殖,抑制B細(xì)胞增殖,免疫調(diào)節(jié)活性優(yōu)于高分子原料。這種對(duì)T、B細(xì)胞影響作用不一致的結(jié)果也在其他多糖的免疫實(shí)驗(yàn)中報(bào)道[54],可能與多糖結(jié)構(gòu)和細(xì)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(jìn)小鼠分泌IL-2,并且在48 h內(nèi)分泌量達(dá)到高峰,推測(cè)與PP可以增強(qiáng)活化T細(xì)胞而導(dǎo)致IL-2受體表達(dá)有關(guān)[55]。

巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)是機(jī)體固有免疫中的重要防御細(xì)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(gè)分級(jí)組分,均能不同程度促進(jìn)小鼠巨噬細(xì)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(qiáng),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(xì)胞中葡萄糖和NO含量,但是多糖被硫酸酯化后表現(xiàn)出無(wú)活性。在作用機(jī)制方面,研究發(fā)現(xiàn)紫菜水提多糖可以顯著增強(qiáng)RAW264.7的吞噬能力,有效促進(jìn)細(xì)胞釋放NO、NF-κB、TNF-α、IL-6、IL-10等因子,表明該多糖主要通過(guò)JNK和JAK2兩條信號(hào)通路提高活性的[58-64]。在NK 細(xì)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(xì)胞分泌 IFN-γ水平及NK 細(xì)胞殺傷活性高于生理鹽水對(duì)照組,表現(xiàn)出優(yōu)異的免疫增強(qiáng)活性。

紫菜多糖對(duì)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(qiáng)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(qiáng)DNFB誘導(dǎo)的遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng),促進(jìn)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(qiáng)脾細(xì)胞IFN-γ及NO水平。Nishiguchi等[68]研究了紫菜多糖分級(jí)組分F1對(duì)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(shí)驗(yàn)效果明顯。

作為免疫機(jī)制介導(dǎo)的食物不良反應(yīng),過(guò)敏性疾病也是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。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(guò)敏小鼠血清IgE和IgG1的水平,升高IgG2含量。在細(xì)胞和分子水平上,紫菜多糖顯著抑制小鼠Th2的細(xì)胞因子(IL-4、IL-5、IL-13)水平,促進(jìn)Th1因子(IFN-γ、IL-10),推測(cè)紫菜多糖是通過(guò)JNK和JAK2信號(hào)通路起作用。Ishihara等[70]研究了甘紫菜和條斑紫菜半乳聚糖對(duì)接觸性皮炎Balb/c小鼠模型的抗過(guò)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(guò)敏效應(yīng)。因此推測(cè)紫菜半乳聚糖具有成為重要免疫調(diào)節(jié)劑和抗過(guò)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(dòng)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(bào)道較多。梁桂寧等[71]將紫菜多糖中加入膽固醇和膽汁時(shí)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(duì)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(biāo)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(shí)驗(yàn)中,國(guó)內(nèi)外學(xué)者均發(fā)現(xiàn)喂食紫菜半乳聚糖的實(shí)驗(yàn)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(cè)紫菜半乳聚糖降脂機(jī)制是含有豐富的羥基(吸酯性基團(tuán)),抑制脂質(zhì)吸收,并促進(jìn)膽酸排除。Cao等[79]報(bào)道認(rèn)為紫菜半乳聚糖通過(guò)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(lái)加速脂肪分解,減輕脂質(zhì)沉積。Inoue等[80]研究了紫菜多糖對(duì)HepG2細(xì)胞載脂蛋白B100分泌和脂代謝的影響,發(fā)現(xiàn)相對(duì)于對(duì)照組來(lái)說(shuō),多糖組細(xì)胞載脂蛋白含量下降23%,同時(shí)細(xì)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(guò)調(diào)節(jié)載脂蛋白來(lái)影響脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)或分布達(dá)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(guò)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(shí),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(xì)胞,促進(jìn)胰島素分泌,達(dá)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(dá),促進(jìn)bcl-2基因表達(dá),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(lái)多項(xiàng)研究證實(shí)血清脂聯(lián)素是2型糖尿病發(fā)病的獨(dú)立危險(xiǎn)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(cè)調(diào)控脂聯(lián)素水平是紫菜半乳聚糖降血糖的主要機(jī)制。另外,該報(bào)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(xì)菌的代謝產(chǎn)物,其可以通過(guò)胰腺β細(xì)胞,促進(jìn)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(jī)制。

在腦血管疾病方面,張海紅等[87]通過(guò)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(shí)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(hù)功效。

另外,也有報(bào)道表明紫菜半乳聚糖在抑制血栓形成和增強(qiáng)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(jìn)一步開(kāi)發(fā)成為相關(guān)產(chǎn)品的潛力,同時(shí)應(yīng)注重機(jī)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(jī)能的重要系統(tǒng)之一。研究發(fā)現(xiàn)紫菜半乳聚糖對(duì)胃腸疾病和肝損傷保護(hù)均有顯著效果。

過(guò)度飲酒會(huì)對(duì)機(jī)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(duì)急性酒精灌胃小鼠胃組織保護(hù)機(jī)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(shí)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(jìn)潰瘍愈合[93],因此推測(cè)紫菜多糖主要是通過(guò)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(dāng)前學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。據(jù)2018年《Nature》報(bào)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(dāng)給小鼠喂食富含紫菜多糖的食物時(shí),這種細(xì)菌菌株能強(qiáng)健地定植到所有小鼠中,證實(shí)了能夠通過(guò)增加小鼠攝入的海藻數(shù)量來(lái)精確地調(diào)整這種定植的細(xì)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(jìn)行腸產(chǎn)毒大腸桿菌致小鼠腹瀉時(shí),發(fā)現(xiàn)多糖組小鼠無(wú)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(diǎn)。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(duì)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(xì)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(hù)作用,發(fā)現(xiàn)紫菜多糖各劑量組的指標(biāo)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(dá)水平下降而B(niǎo)ax表達(dá)水平上升,揭示紫菜半乳聚糖的肝損傷保護(hù)機(jī)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(jiàn)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(duì)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(hù)

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(zhǎng)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(lái)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(jí)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(duì)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(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)小鼠的游泳和爬桿時(shí)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(bào)道[103]。

學(xué)者們往往采用細(xì)胞模型探索多糖抗衰老和神經(jīng)保護(hù)活性機(jī)制。Zhang等[104]用H2O2作用于年輕的人二倍體成纖細(xì)胞WI-38建立了早熟性細(xì)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(yáng)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(jī)制的報(bào)道。Yu 等[105]將紫菜多糖陽(yáng)離子化合成了乙二胺陽(yáng)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(xì)胞,結(jié)果顯示該納米粒可將成纖維細(xì)胞直接重編碼為神經(jīng)細(xì)胞,為細(xì)胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病提供了細(xì)胞來(lái)源。葉翠芳等[106]發(fā)現(xiàn)紫菜多糖對(duì)小鼠成纖維細(xì)胞NIH 3T3有顯著促進(jìn)增殖的作用,且能提高UVA 輻射損傷的成纖維細(xì)胞的存活率。

帕金森病是中老年人常見(jiàn)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(jìn)展。Wang等[107]研究了壇紫菜半乳聚糖不同衍生物對(duì)6-羥基多巴胺(6-OHDA)所致MES23.5神經(jīng)細(xì)胞損傷的保護(hù)作用,發(fā)現(xiàn)乙酰化和磷酸化衍生物能減輕低濃度(25 μmol/L)6-OHDA 所致的細(xì)胞毒性。此后Liu等[108]深入研究了壇紫菜寡糖(OP)對(duì)MPTP造成的小鼠黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元損傷的保護(hù)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(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力,顯著降低神經(jīng)元細(xì)胞中caspase-3和聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)表達(dá)量,上調(diào)磷酸化-Akt、Bc1-2及磷酸化-Bad表達(dá),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(hù)方面的應(yīng)用是近年來(lái)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(jī)制仍然不清楚,下一步需對(duì)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(bào)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(zhǎng),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(xì)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(shí)IL-10、IFN-α水平明顯升高,表現(xiàn)出對(duì)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(guò)冷水、酸提、堿提、紫外降解等方式獲得了14個(gè)多糖樣品,測(cè)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(tuán),體外殺真菌IC50為2.7 μg·mL-1(48 h),此樣品在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)活性遠(yuǎn)高于對(duì)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(jī)制需進(jìn)一步研究。

紫菜半乳聚糖在水產(chǎn)品生長(zhǎng)和保藏方面有所應(yīng)用。將紫菜半乳聚糖處理的對(duì)蝦和鱸魚(yú)貯存在4 ℃冰箱8 d,結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理組對(duì)蝦和鱸魚(yú)的細(xì)菌總數(shù)、pH、揮發(fā)性鹽基氮、硫代巴比妥等顯著低于對(duì)照組,還能延長(zhǎng)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(yú)后,體內(nèi)增重率、特定生長(zhǎng)率、肥滿度顯著提高,適當(dāng)劑量紫菜粗多糖對(duì)斜帶石斑魚(yú)超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、補(bǔ)體C3有促進(jìn)作用,明顯促進(jìn)斜帶石斑魚(yú)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(jìn)生長(zhǎng)作用[121]。

3 結(jié)語(yǔ)

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?jī)H限于細(xì)胞與動(dòng)物模型,未有進(jìn)一步藥用開(kāi)發(fā)的研究報(bào)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(jí)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比瓊膠和卡拉膠復(fù)雜,并且分子量大、粘度高,開(kāi)發(fā)成藥的障礙較大。目前應(yīng)用開(kāi)發(fā)仍聚集在紫菜全藻食用,高值化利用價(jià)值較低。另一方面,生長(zhǎng)環(huán)境、分子量、取代基團(tuán)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(diǎn)。當(dāng)前生物活性研究方面雖廣泛,但分子機(jī)制研究不夠深入,下一步的研究重點(diǎn)應(yīng)聚焦在半乳聚糖在體內(nèi)細(xì)胞的受體、信號(hào)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(duì)于紫菜半乳聚糖的開(kāi)發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。