绿藻多糖的研究进展

综述绿藻多糖的研究进展海藻是生长于海洋中的低等植物，是海洋生物的重要组成之一。主要由褐藻、红藻、绿藻、蓝藻四大类海藻组成，其中，褐藻和红藻已经被大规模的人工养殖和工业利用,广泛应用于生产和实践中，在食品工业、纺织工业、医药卫生等领域发挥重要作用，而绿藻则未被广泛开发和利用，只有部分产量高的绿藻被用作饲料、饵料、肥料等，绿藻被人类认识和利用的程度远不如褐藻和红藻。然而，绿藻却是种类最多的一类海藻，绿藻是藻类植物中最大的一门，约有350个属，7500～8000种。绿藻的分布很广，在淡水和海水中均有分布，海产种类约占10％，淡水产种类约占90％。海产种多分布在海洋沿岸，往往附着在10公尺以上浅水中的岩石上。绿藻营养价值很高，含有大量糖、蛋白质、脂肪、无机盐和各种维生素，人们通过不断的提取、分离、鉴定，得知藻类中具有较高活性的物质是海藻多糖类。20世纪60年代初，英国的Percival研究组开始对孔石莼所含的碳水化合物进行研究，1961年，日本的三田对石莼的水提多糖水解后进行了纸色谱分析,结果表明含有D-葡萄糖、L-鼠李糖、D-木糖、和D-葡萄糖醛酸等。至此揭开了人类研究绿藻多糖的序幕，此后相继有学者投入到绿藻多糖的研究中来，取得了很多令人鼓舞的成果，迄今为止，日本和法国对绿藻多糖的研究报道较多[1]，而我国对绿藻多糖的研究则较少。大量的研究证明,从绿藻中提取的天多糖来源广泛、品种多、毒副作用低、安全性高、具有多种生物活性,成为近年来研究开发的热点。1绿藻多糖的组成与结构目前，人们只对绿藻门中某些种属的多糖进行了较为详尽的研究，这些种属的多糖表现出了较强的生物活性。总体来看，对多糖研究较多的绿藻种属主要有石莼属（Ulva）、松藻属（Codium）、浒苔属（Enteromorpha）、礁膜属（Monostroma）、小球藻属(Chlorella)、刚毛藻属（Cladophora）等等。绿藻多糖主要位于细胞间质中，多为水溶性硫酸多糖。它也存在于细胞壁之中，细胞壁微纤维主要不是由纤维素组成，而是由木聚糖或甘露聚糖构成，另外，细胞质内尚有少量的多糖存在。水溶性硫酸多糖是绿藻多糖的主要成分，其组分和结构随绿藻种类的不同而不同，通常可分为两类，一类为木糖-阿拉伯糖-半乳糖聚合物，另一类为葡萄糖醛酸-木糖-鼠李糖聚合物[2]。1.1木糖-阿拉伯糖-半乳糖聚合物这类多糖以阿拉伯糖和半乳糖为主要组分，并含有较高的硫酸根，其代表藻类为松藻、蕨藻、刚毛藻等。Ghosh等[3]研究蕨藻Caulerparacemosa多糖结构时发现该多糖有分枝，主要由1,3-和1,3,6-半乳糖，1,3,4-阿拉伯糖，1,4-葡萄糖及1,4-木糖构成。Ramana等[4]提取得到刚毛藻Cladophorasocialis多糖，并证实其结构单元为1,3-半乳糖，1,4-阿拉伯糖，并在c-3或c-4位上有硫酸根。Siddhanta等[5]从松藻CodiumdwarkenseBoergs中分离得到两种多糖，一种由硫酸阿拉伯聚糖组成，另一种由硫酸阿拉伯半乳聚糖组成。胶毛藻Chaetomorphaanteninna多糖亦主要是由1,4-阿拉伯糖，1,4-半乳糖,1，3-半乳糖组成，并在阿拉伯糖c-2位上有硫酸根[6]。Rao等[7]确定绵型藻spongomorphaindica多糖主要是由1,4-半乳糖组成，非还原末端由1,3-和1,2-半乳糖构成。1.2葡萄糖醛酸-木糖-鼠李糖聚合物此类多糖以鼠李糖、木糖、葡萄糖醛酸为主要组分，代表藻类为石莼、礁膜、浒苔、顶管藻等。Lahaye等[8,9]研究证明石莼多糖主要由两种重复单元组成，一种为〔→4)-β-D-吡喃型葡萄糖醛酸-(1→4)α-L-吡喃型鼠李糖硫酸-(1→)〕n;另一种为〔→4)-β-D-吡喃型艾杜糖醛酸-(1→4)α-L-吡喃型鼠李糖硫酸-(1→〕m，其中硫酸根的位置在鼠李糖的C-3位上。lee等[10]发现礁膜Monostromalatissimum多糖主要是由硫酸鼠李糖组成的均聚糖，连接方式为1,3-连接或1,2-连接，硫酸根位于1,2-连接鼠李糖的C-3或C-4位上。Harada等[11]确定礁膜Monostromanitidum多糖主要是由α-1,3-连接的L-鼠李糖组成，硫酸基团存在于C-2位上。Ray等[12]发现浒苔Enteromorphacompressa多糖主要是由(1→4)-吡喃鼠李糖，(1→2，4)吡喃鼠李糖，(1→4)-吡喃木糖组成，硫酸基团在(1→4)-吡喃鼠李糖的C-3或C-4位上。2绿藻多糖的生物学活性2.1抗凝血活性海藻的抗凝血活性已经研究了60多年，褐藻、红藻、绿藻均有抗凝血活性。主要的活性物质是一系列的硫酸多糖，其中硫酸半乳聚糖和硫酸岩藻聚糖分别是红藻和褐藻的活性成分，而绿藻的活性成分主要为硫酸阿拉伯聚糖或硫酸鼠李聚糖。其作用机制主要是通过加强抗凝血酶III和肝素辅助因子II起作用，或者直接抑制凝血酶活性和纤维蛋白的聚合[13]。绿藻多糖抗凝血活性通常与分子大小、单糖的种类、硫酸根含量、硫酸根的位置、连接方式等有关[14]。目前，已发现多种绿藻多糖具有抗凝血活性。石莼属[15]、松藻属、礁膜属多糖多具有抗凝血活性。Hayakawa等[16]从八种绿藻中提取到八种多糖，全部表现出抗凝血活性，这八种绿藻分属于松藻属、石莼属、礁膜属，多糖通过依赖于肝素辅助因子Ⅱ(HC-Ⅱ)的途径抑制凝血酶，其抗凝血作用机制不同于肝素。Shanmugam分析了13种印度海岸的海藻硫酸多糖含量和它们的抗凝血活性，得知Codium（松藻属）的几个藻种表现出较高的抗凝血活性。另外，Kweon[17]也证明Codium多糖可显著延长APTT时间。Matsubara等[18]Codiumcylindricum中提取的多糖也表现出了类似肝素的活性，在浓度为15μgml-1时，能够显著延长APTT和TT时间。松藻CodiumdwarkenseBoergs和C.tomentosum(Huds.)Stackh的冷水提取物也具有抗凝血活性。Codiumfragile的热水提取物也表现出很高的延长APTT的活性[19]hosh等研究发现当蕨藻Caulerparacemosa多糖浓度达到20-200μgml-1时使APTT和TT值显著延长。2.2抗病毒活性绿藻多糖不仅能够抑制病毒的吸附，而且能影响到病毒复制。从而成为一种有效的抗病毒活性成分。病毒吸附可分为两个阶段，一是病毒与细胞接触，进行静电结合，此过程是非特异的、可逆的。二是病毒表面位点（蛋白质结构）与宿主细胞膜上相应受体结合，此过程是特异的，非可逆的。绿藻硫酸多糖通常能抑制以上两个过程，通过掩盖病毒膜糖蛋白上的有效位点或与宿主细胞的CD4受体结合阻断病毒对宿主细胞的吸附从而实现抗病毒作用。通常抗病毒活性依赖于多糖的硫酸化程度。硫酸化程度加大后，抗病毒活性增强[20]研究表明,绿藻多糖对多种病毒均有抑制作用,如单纯疱疹病毒、巨细胞病毒、艾滋病毒(HIV-1)、流感病毒、植物病毒等。Lee等[21]究了从Monostromalatissimum中提取的一种硫酸鼠李聚糖，其在体外表现出了对单纯疱疹病毒类型1(HSV-1)、人细胞巨化病毒(HCMV)以及人免疫缺陷病毒类型1（HIV-1）复制的抑制作用。另外，Lee等[22]10种绿藻中提取了11种天然硫酸多糖并测定了它们的抗HSV-1病毒的活性，除一种且外，其它多糖都表现出抗病毒活性。抑制率为50%的多糖浓度为0.38-8.5mμgml-1，毒性很低。Ghosh等研究了Caulerparacemosa多糖的体外抗病毒活性，该多糖能有效抑制HSV-1和HSV-2两种类型的疱疹病毒。Ivanova等从石莼Ulvalactuca中提取到一种多糖，它在体外具有抗人和禽流感病毒的作用。Pardee等[23]明刺松藻多糖能够抑制植物病毒铃薯病毒X(PVX)的活性。Romanos等[24]定了里约热内卢海岸的四种海藻对HTLV-1诱导多核体形成的抑制作用，结果发现，石莼提取物在浓度2%时，抑制率能达到60.2%，能有效抑制多核体的形成。2.3免疫调节作用绿藻多糖的免疫调节作用是其非常重要的作用之一,能在多个途径、多个层面对免疫系统发挥调节作用，如能提高T淋巴细胞转化率、活化巨噬细胞、诱导免疫调节因子的表达，促进干扰素、白细胞介素等的生成等。目前，已发现了多种绿藻多糖具免疫调节作用。徐大伦等[25]了浒苔多糖对机体免疫的影响。发现适宜浓度的浒苔多糖能明显促进T、B淋巴细胞的增殖反应作用；而且适当浓度的浒苔多糖对抗原提呈细胞活化所致的诱导IFN-γ的产生有非常明显的增强作用。Pugh等[26]hlorellapyrenoidosa中提取多糖能够激活THP-1人单核细胞和巨噬细胞的产生。能直接增加白细胞和瘤坏死因子。多糖在体外激活单核细胞的能力是目前应用于临床癌症免疫疗法的多糖一百倍到一千倍。Suarez等[27]实微藻Chlorellapyrenoidosa热水提取物具有免疫激活作用。Nika等[28]藻刺松藻冷水提取物中得到的硫酸多糖能与几种免疫细胞活素协同作用，如内白细胞素-2(IL-2)、内白细胞素-7(IL-7)和干扰素(INF-γ)等，能够增强机体免疫能力。Shan等将8种海藻中提取的水溶性多糖用人体淋巴细胞进行免疫活性研究，结果表明绿藻多糖能明显促进人体淋巴细胞增殖，具有提高免疫活性的良好作用。2.4抗血脂活性70年代初,就有人研究得出结论,多数绿藻都有降低血浆胆固醇水平的作用，后经证实其活性组分为多糖。后来，相继有报道证实了绿藻多糖的降血脂作用。周慧萍等[29]建产的浒苔中分离和纯化得到一种酸性异多糖，并研究证实其有降血脂及提高SOD活力、降低LPO含量的抗衰老作用。王艳梅等[30]了孔石莼多糖对高脂血症的影响研究，表明中、高、低三个剂量的多糖样品均有显著的降甘油三酯作用，中、高剂量组可显著降低血清中总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇。徐娟华等[31]证实了石莼多糖对外源性高脂血症有较好的降胆固醇、甘油三酯的作用。Yu等研究了石莼ulvapertusa多糖对小鼠中脂代谢的影响，结果表明，多糖能显著降低血清中总胆固醇的含量和低密度脂蛋白胆固醇的含量。当多糖降解为低分子量的多糖片段时，表现出更强的降血脂活性，能够使甘油三酯降低82.4%，另外，喂养了多糖的小鼠的动脉粥样硬化指数显著降低。2.5抗氧化活性机体代谢过程中产生的自由基可引发脂质，蛋白质，核酸分子的氧化性损伤，导致衰老。研究表明，绿藻多糖具有抗氧化活性，能够延缓衰老。Guzman等[32]现小球藻Chlorellastigmatophora和Phaeodactylumtricornutum水溶组分具自由基消除能力。Kaplan等报道不同种类的小球藻多糖具不同的金属鳌合能力。Wu等[33,34]性时发现礁膜Monostromanitidum寡糖具有很高的H2O2消除能力和还原能力。Qi等研究了石莼Ulvapretusa(Chlorophyta)中多糖及其硫酸修饰物的抗氧化活性，分析了多糖对超氧自由基及羟基自由基清除能力、还原能力及金属螯合能力，发现高硫酸化修饰的多糖比天然多糖具有更好的清除羟基自由基作用和还原作用，当硫酸根含量达到30.8%以上时，铁离子螯合能力增强。Qi等还研究了乙酰化和苯甲酰化石莼多糖的抗氧化能力，发现它们的抗氧化能力提高，乙酰化多糖具有最强的消除自由基能力和金属螯合能力，苯甲酰化多糖具最强的还原能力，说明化学修饰能够改变多糖的抗氧化活性。另外，当多糖的分子量不同时，抗氧化能力也不同，低分子量样品的抗氧化活性更强。3多糖结构的构效关系[35~39]高级结构对功能活性的影响比一级结构大，而决定高级结构的重要因素是多糖分子链内与链外的氢键。主体构型是决定多糖生物活性的决定因素，分子量、溶解度也影响其生物活性。抗肿瘤活性多糖结构研究表明：水溶性D-葡聚糖有抗肿瘤活性，特别是那些直链的、无过长支链，不易被人体内D-葡聚糖酶很快水解的多糖；而非水溶性多糖糖原、淀粉、糊精