陈梦真 包晓丹 彭雅茜 张梦然 陈怡霏 陈瑾
【摘 要】海藻多糖因其广泛的生物活性在医药、食品等领域具有重要潜在应用价值。藻多糖的有效提取及结构解析,成为其药效研究热点。免疫及炎症反应是机体首要防御机制及早期健康风险的重要指示因子,藻多糖具有较好的免疫调控性能。本文综述了藻多糖的提取工艺,解析藻多糖炎症调控的可能分子机制,为天然活性化合物多糖的生物医学应用和人体健康防护提供科学依据。
【关键词】藻多糖,提取工艺,炎症信号调控,生物活性
【中图分类号】R920.9【文献标识码】A【文章编号】1672-3783(2020)03-09--01
1 藻多糖的提取工艺
藻多糖提取方法主要为水解、乙醇沉淀和膜分离,不同提取方法导致多糖成分差异。传统水提醇沉法提多糖提取效率低。膜法纯度提高又不破坏藻多糖的生物活性,但是对膜的要求大、成本较高[1]。近年藻多糖的提取工艺被广泛研究,倪顺等(2018)利用响应面法优化羊栖菜多糖的提取,在三因素三水平上探讨了羊栖菜多糖水浸提的最佳条件为液料比32:1,2.6h提取时间和87℃提取温度[2]。Reinu E. Abraham等人开发和优化一种海藻生物能源工艺,在传统碱萃取的基础上,添加酸提取作为第一步及其优化使岩藻聚糖和海带多糖、酸性可提取海藻酸盐和碱性可提取海藻酸盐的三种多糖产品得以生产。根据提取条件的不同,这种新的生物法可以产生不同分子量的多糖,其最佳条件为60°C下0.05M HCl,提取3h[3]。为提高效率,新型提取方法包括微波、超声、酶解被应用于藻多糖提取。超声提取海带多糖含量明显高于传统水提取,同时提取时间从2h缩减至15-30min,并保证不影响化学结构[4—5]。
2 藻多糖炎症调控活性及分子机制
藻多糖通过下调炎症关键因子表达而发挥抗炎作用,如马尾藻提取多糖降低巨噬细胞RAW264.7中脂多糖(LPS)诱导的一氧化氮(NO)和前列腺素(Prostaglandin E2)的表达,同时下调肿瘤坏死因子(TNF-α)、白介素6(IL-6)的产生[6]。海藻多糖能够通过抑制核转录因子激活蛋白-1(AP-1)激活等机制下调iNOS及COX-2的表达,从而抑制炎症介质NO及前列腺素E2的释放,发挥其抗炎作用[7]。研究表明藻多糖不仅能够减少TNF-α、IL-1β、IL-6及IFN-γ等促炎因子的分泌,还能促进抗炎因子IL-10的产生以及TGF-β mRNA的表达,如在多糖刺激下,TNF-α和IL-1β的分泌显著增加,同时,促炎性细胞因子的分泌被来自细胞核酶消化的粗多糖(CCP)以剂量依赖性的方式抑制[8]。藻多糖抗炎作用与NF-κB信号通路下调相关,然其具体靶向分子和信号转导调控机制还不清楚。
NF-κB信号通路是细胞主要应激和炎症调控信号通路,介导大量炎性细胞因子、趋化因子的转录。Science上已报道经典NF-κB信号通路激活机制,静息状态胞内NF-κB二聚体p50/p65与其抑制蛋白(IκB)家族结合而稳定存在于胞质;当外界刺激通过膜肿瘤坏死因子受体(TNFR)、Toll-样受体(TLRs)、白介素受体(IL-1R)作用于IκB激酶(IKK),磷酸化IκB家族,并在SCFβTrCP型E3连接酶催化下形成赖氨酸48连接泛素链,识别IκBα双磷酸化位点使其降解,从而释放p50/p65进行核转录[9]。有研究指出藻多糖疏酸脂因其分子量较大无法直接穿过细胞膜,认为其硫酸基团与膜表面蛋白受体的结合是激活信号转导的起始事件。TLR4是多糖潜在受体,如λ角叉菜胶通过TLR4激活巨噬细胞[10]。有研究指出,当多糖刺激巨噬细胞RAW264.7后,胞浆中的NF-κB p50和p65蛋白质含量均降低,但细胞核内两者含量却均上升,说明巨噬细胞RAW264.7中的NF-κB p50和p65在炎症因素刺激后,可进入细胞核中发挥其转录功能,从而介导炎症反应的发生。已证实藻多糖能够逆转这种效应,进而通过抑制NF-κB p50和p65入核来发挥其抗炎作用[11,12]。红藻多糖与NF-κB调控因子:细胞间黏附因子1(ICAM-1)、血管细胞黏附因子1(VCAM-1)的表达呈剂量依赖性,在一定浓度范围内随多糖用量的增加其表达水平降低;还指出多糖可能通过对NF-κB的复合成分(p65與IκB)的脱位来发挥抗炎作用,在一定浓度范围内随多糖用量的增加p65核表达水平降低,与此同时去磷酸化的IκB水平升高,表明多糖抗炎作用存在一定的量效规律[13]。
3 藻多糖生物活性的影响因素
藻多糖的结构与其生物活性密切相关。藻多糖分子由单糖天然组装而成,形成直链或在碳水环的不同位点结合支链,形成分支聚合物;同时羟化、磷酸化、硫酸盐化修饰增添结构复杂性和功能特异性。多糖分子中的硫酸基团被认为对其生物活性起关键作用,多糖硫酸酯因其结构中富含聚阴分子可与大量基质和细胞蛋白作用[14]。然Costa等(2010)分析11种藻多糖抗氧化活性与多糖硫含量无相关性,表明多糖中硫酸基团对氧自由基的作用与其空间结构相关。Park等(2010)比较了高分子量(100±4 kDa)和低分子量(1±0.2 kDa)岩藻多糖对胶原诱导性关节炎作用,结果表明高分子量通过炎性激活巨噬细胞增强关节炎症状,而低分子量抑制Th1介导的免疫反应减缓关节炎症状。基于谱效-构效关系研究揭示羊栖菜多糖抗炎活性分子作用机制对其医药应用和药效预测评估意义重大。
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