海洋生物活性多糖的研究

海洋生物活性多糖的研究[关键词]：海洋生物,活性多糖,抗肿瘤,多柔比星,环磷酰胺海洋药物来自海洋中的药用生物，存在着大量的、具有各种独特性质的生理活性天然产物，其特异的化学结构是陆生天然活性物质无法比拟的，许多新化学结构是陆生生物所没有的，具有显著的药理作用。多糖是其中一大类海洋生物活性物质，由各种海洋生物中分离的多糖，从来源可分为海洋动物多糖、海洋植物多糖、海洋微生物多糖，已证明具有各种各样的生物活性，具有药用功能。海洋多糖类物质具有药用功能，如抗肿瘤、抗病毒、抗心血管疾病、抗氧化、免疫调节等，笔者对近5a来对海洋生物活性多糖的研究作一综述。1抗肿瘤作用1.1炭团菌多糖从海底沉淀物分离获得的海洋耐盐真菌炭团菌（YC4108），经发酵，收集菌丝体后提取获得。其粗品多糖（YCP）经离子交换层析（DE50），得YCP1。实验显示YCP1对小鼠Heps实体瘤有显著抑制作用，YCPl的抑瘤率为50.2%，强于芝灵多糖（33.5%）。实验表明炭团菌多糖的抗肿瘤作用与诱发免疫反应及提高细胞因子的mRNA水平有关。1.2昆布多糖硫酸MR(LAMS)一种具有多种生物功能的多糖酯，是从海带中提取昆布多糖，在人工条件下硫酸化制得，其多糖酯为30.8%。体内外实验证实LAMS具有抗肿瘤作用。LAMS对早幼粒细胞性白血病HL260细胞株NF2KB表达的实验研究发现，LAMS对HL260细胞增殖的抑制程度与浓度成正比。以不抑制肝癌细胞增殖的LAMS进行实验，结果表明：LAMS可下调肝癌细胞Bcl-2蛋白的表达，并可大幅降低抗肿瘤药物，如5氟尿嘧啶(5-Fu)、甲氨蝶呤(MTX)、丝裂霉素（MMC）、多柔比星（ADM）、环磷酰胺（CTX）等的有效治疗剂量，延长有效治疗时间。1.3GA3P一种海洋微生物多糖，是由海洋微藻DinoflagellateGymnodiniumSP.产生的胞外多糖，其结构主要是D型半乳糖体硫酸化结合L型乳酸。但不管乳酸存在与否，GA3P都表现出较强的细胞毒作用。它能诱导人白血病K562细胞凋亡，在体外实验中，GA3P对人类肿瘤细胞有明显的细胞毒作用。GA3P是较强的拓扑异构酶Ⅰ、Ⅱ的接触反应性抑制药，其抑制效果与右旋糖苷硫酸盐作用相当，并有共同的作用机制。与喜树碱（CPT）或替尼泊苷（VM-26）不同，GASP对拓扑异构酶Ⅰ、Ⅱ的抑制作用不涉及到DNA拓扑异构酶Ⅰ、Ⅱ分裂复合物的积累，也就是说不具有拓扑异构酶毒性，而是双重活性的催化抑制药。当在含有CPT或VM-26的反应混合物中加入GA3P时，它能抑制由CPT或VM-26诱导产生的分裂复合物的稳定性。1.4降解的角叉菜多糖角叉菜多糖是从红藻角叉菜（Chondrusocellatus）中提取的一种多糖。由于它具有黏性、凝固性以及与蛋白质发生沉淀等性质，被广泛应用于工业，在医药领域也有重要的应用。采用过氧化氢（H2O2）降解角叉菜多糖，所得样品的特性黏度与所加过氧化氢的量呈近似指数关系。分子量大小是角叉菜多糖影响抗肿瘤作用的重要因素，不同降解程度的角叉菜多糖抗肿瘤活性不同，相对分子量适中的多糖具有最强的抑瘤率，多糖黏度分别为53.5,5.6,0.84时，抑瘤率分别为23.2%，63.6%，5.1％。1.5硫化多糖B-1Masahiro等从海洋PseudomonasSP.WAK-1菌株的培养液中分离和纯化的硫化多糖B-1，对人类肿瘤细胞具有细胞毒性，对39株细胞系作用的平均半数抑制浓度为63.2μg·mL-1，对中枢神经肿瘤和肺部肿瘤细胞系尤其敏感。与200多种标准化合物（不同种类的抗癌药物或肿瘤抑制药）比较表明，B-1抑制肿瘤细胞生长的模式与这些标准物的模式无显著相关性。这一细胞毒性模式相似性的缺乏似乎反映B-1还有先前未被认识到的生物活性。2抗病毒作用多糖的抗病毒作用已引起医药界的高度重视，尤其是硫酸多糖（sulfatedpolysaccharides）的强抗病毒活性，从海洋生物中分离的多糖往往具有高度硫酸化的特点，是开发抗病毒药物特别是抗人类免疫缺陷病毒（HIV）药物的重要资源。海洋藻类中发现的抗病毒多糖具有细胞毒性较低的优点，这可能与藻类多糖能够激活机体的免疫系统或改善机体的生物应答功能，从而保护正常细胞，提高整体免疫力有关。一般来说，来自海藻硫酸多糖的生物活性与多糖分子量、糖的种类和硫含量有关。另外，硫酸化位点、连接键构型和分子几何学也在多糖的生物活性上起一定的作用。如硫酸同聚多糖的抗HIV病毒活性比硫酸异聚多糖更高，且硫酸基的存在对抗HIV病毒活性是必需的，并且其活性强度随着硫酸化程度的增加而增强，不同的结构特征不但决定多糖的生物活性而且决定了它发挥生物活性的机制。2.1大型海藻多糖辛现良等研究表明，海洋硫酸多糖911具有抑制HIV病毒逆转录酶活性，干扰病毒与细胞的吸附，对免疫系统有保护和增强作用（已进入临床前研究）。911可明显抑制HIV21对MT4细胞的急性感染和H9细胞的慢性感染，911为低分子量海洋硫酸多糖类物质，口服易吸收，生物利用度高（80.0%）。将其开发成一类新型抗艾滋病新药有广阔前景。魏文青等自制的大型海藻硫酸多糖（SPS）具有抑制乙型肝炎病毒（HBV）DNAp的活性，干扰HBsAg与抗HBs结合，从而以多位点抑制HBV的复制。2.2Rosacelose一种新颖抗HIV病毒的硫酸化多糖，由葡萄糖和海藻糖的硫酸盐组成，是从西班牙加利西亚海湾采集到的一种称为Mixyllarosacea的海绵水提物中分离得到。该多糖主要是由α-D-葡萄糖和α-D-海藻糖组成，两者摩尔比为3:1。2.3SPMGSPMG（Sulfatedpolymannuroguluronate）是一种新型的海洋硫化多糖，从褐藻中提取得到。作为第一个从海洋生物中获得治疗艾滋病(AIDS)的药物，在国内已经进入了Ⅱ期临床。SPMG通过一种快速、特异、可逆、饱和的方式与淋巴细胞连接。SPMG是通过多价特异性方式和淋巴细胞膜蛋白CD4+相连。通过与SRP分析表明，CD4+是SPMG的一种特异性结合蛋白。3抗心血管疾病海洋生物中分离的多糖能通过多种途径防治心脑血管疾病，如：降低血糖、血脂，清除自由基，抗凝、抗栓，抗心律失常等。其中具有显著心血管药理作用的活性多糖，可提供研究开发成为治疗心血管疾病的海洋生物新药。3.1CMAPCMAP是一种新颖的酸性多糖，来源于单细胞海藻Pleurochrysiscarterae,其化学结构正在研究中。体外实验表明，CMAP有显著的抗硬化活性，可抑制碳酸钙晶体的形成，预测其可以在动脉血管硬化中起到预防和治疗作用。3.2海洋硫酸多糖（AHD）AHD是从褐藻中提取后经化学修饰的硫酸多糖，口服易吸收，不良反应小，化学骨架与肝素相似。AHD在给药剂量范围内，用于降低RHR大鼠收缩压和舒张压的观察，表明作用大小呈剂量依赖性。50mg·k-1AHD对RHR大鼠的降血压效果与14mg·kg-1卡托普利相当。AHD可明显升高RHR大鼠血清一氧化氮（NO）含量，且降低血浆内皮素（ET）和血管紧张肽Ⅱ（AngⅡ）含量，其降血压作用可能与促进内源性NO等舒血管物质的生成，及抑制内源性缩血管物质的释放，最终恢复两者拮抗效应的平衡有关。3.3硫酸半乳聚糖硫酸半乳聚糖具有抗凝血活性，从红海藻（Botryocladiaoccidentalis）中分离得到。这种硫酸化α-D型半乳糖体具有抗凝血活性，它通过抗凝血酶作用或肝素辅助因子Ⅱ对凝血酶和凝血因子Xa有较强的抑制作用。3.4其他从海带Laminariajaponica(Aresh)中提取的岩藻半乳多糖硫酸酯，灌胃后使四氧嘧啶所致的高血糖症小鼠血糖下降76.2%，腹腔注射对正常小鼠和高血糖症小鼠的降血糖率分别为68.5%a和52.8%，且可在24h维持降糖作用。还有鼠尾藻(Sargassumthunbergii)多糖、褐藻多糖等具有显著的清除自由基能力，可有效预防心脑血管疾病。4抗氧化作用多糖对物理的、化学的及生物来源的多种ROS具有清除作用，能减少脂质过氧化产物丙二醛（MDA）的生成量，增加超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GS-HPx）的活性等。4.1EPS2从一种由海洋丝状真菌KeissleriellaSP.YS4108获得的胞外多糖(exopolysaccharide)，具有自由基消除作用与抗氧化活性。EPS2相对分子量为1.3×105，组成成分有半乳糖、葡萄糖、鼠李糖、甘露糖和葡糖醛酸，其比例大致为50:8:1:1:0.4。这些组成的单糖（除葡萄糖醛酸外）实际上都是较强的还原剂。体外系统中自由基的消除与该多糖的抗氧化作用表明，EPS2具有对超氧自由基较高的清除活性。且在人类低密度脂蛋白（LDL）系统中，EPS2对铜离子介导的LDL氧化作用有显著的抑制效果，并呈剂量依赖性。EPS2对某些人类疾病，如肿瘤、心脏功能障碍及AD有很好的保护和治疗潜力。4.2岩藻聚糖硫酸酯从海带科植物海带（Laminariajaponica）中提取的低分子量岩藻聚糖硫酸酯（lowmolecularsulfatedfucan，LMSF），具有抗氧化、免疫调节等作用。高脂血症大鼠在血脂升高时，血清中乳酸脱氢酶（LPO）的含量显著升高，血清及组织中SOD活力降低，LMSF能抑制这些变化，使上述指标恢复到接近正常。5其他生物活性5.1免疫调节作用多糖类物质具有广谱的免疫调节活性，并能通过免疫调节作用发挥多种生理活性。Shibeta等发现墨角藻聚糖（Fucoidans）能激活TNFa的分泌，增加巨噬细胞和多形核白细胞过氧化物酶的含量而拮抗胃癌。纯化后的墨角藻聚糖片断具有抗凝血活性，与肝素有类似的结构，具有调节血管生长因子FGF-2的活性。5.2抗疲劳作用在耐力运动实验和血乳酸变化的实验中表明，壳聚糖能显著延长小白鼠负重游泳时间，有效消除堆积的乳酸，增强有氧代谢耐力，提高小白鼠机体运动能力，从而延缓小鼠机体疲劳的发生，并加速疲劳后机体的恢复。5.3骨愈合作用由深海中的细菌Vibriodiabolicus分泌而来的EPS是一种强力的骨愈合材料，可以用于骨骼整合的恢复。它可以作为一种骨损伤的潜在治疗剂，这还有待进一步的研究。6展望虽然对海洋生物多糖已经开展了大量研究，但进入临床应用的还不多。主要原因是对海洋药用生物资源的开发缺乏系统性，也存在资金投入不足的因素。对此，必须强调多学科联合，充分调动海洋生物学、药理学、化学、病毒学等各科力量，形成共识，对发现的海洋活性物质及时进行构效研究，利用人工合成其类似物的方法进行改造和修饰，从而降低化合物毒性，提高药物的选择性。多糖类物质的研究是后起之秀，正处在发展时期，正从一般药效学向作用机制深入；由细胞水平向分子水平、基因水平深入。随着海洋生物活性多糖筛选技术的发展，将会有很多特异、高效和结构新颖多样的活性多糖出现，面海洋生物多糖的作用机制也将随着分子生物学技术及其他先进测试技术的发展得到进一步探讨。