阿地拉·艾皮熱，李金玉，付長霜，周方方，李金耀

（新疆生物資源基因工程重點實驗室/新疆大學 生命科學與技術學院，新疆 烏魯木齊830046）

糖的生物學活性已為人們所共識。經(jīng)過對糖生物學的多年不懈研究，人們已總結出一套應用于多糖的分離提取和結構解析高效的分析技術；同時對其抗氧化，抗感染、促進免疫等多方面功能和生物活性的研究也取得了較大進展[1-4]。多糖的生物活性與其物理化學性質(zhì)密切相關，如分子大小、單糖類型和比率以及糖苷結構特性等[5]。近年來多糖的化學分子修飾尤其是硫酸化修飾極大引起了研究者的興趣。硫酸多糖是一類富含有帶負電荷硫酸根的化合物[6]，包括從動、植物中提取的各種天然硫酸多糖（如肝素），天然中性多糖的硫酸硫酸化修飾物及人工合成，半合成的各種硫酸多糖。硫酸多糖因具有廣泛的生物學性質(zhì)而受到人們的關注[7-8]。

1 硫酸多糖來源

1.1 天然硫酸多糖

硫酸多糖也稱多糖硫酸酯或硫酸酯多糖，最先發(fā)現(xiàn)于軟骨素以及從豬腸粘膜中提取的肝素，后來發(fā)現(xiàn)它還廣泛存在于海藻類植物。肝素是動物體內(nèi)一種天然抗凝血物質(zhì)，臨床上有廣泛應用[9-10]。

海藻中紅藻、褐藻、綠藻等中含有豐富的硫酸多糖。紅藻細胞壁上提取的卡拉膠[11]、海洋褐藻和棘皮動物中提取的糖硫酸酯、綠藻提取物硫酸化半乳糖[12]具有多種生物活性如抗病毒、抗腫瘤、抗凝血等而無毒副作用，可用于食品、藥物及保健品中[13]。

1.2 硫酸化修飾多糖

目前制備硫酸化多糖常用方法包括濃硫酸法、氯磺酸-吡啶法、三氧化硫-吡啶法、氯磺酸-甲酰胺法等[7，14]。硫酸基團的引入對多糖多種生物活性有影響。糖分子自由-OH被-SO3H取代后，使多糖的電荷和靜電作用會增加，從而增強水溶性和構象的轉(zhuǎn)變。Zhang等[15]通過氯磺酸-吡啶法修飾靈芝多糖，檢測其物理化學性質(zhì)、生物學功能的變化，發(fā)現(xiàn)其水溶性隨取代度的增加而增加，并且提高了其抗氧化和抗腫瘤活性。多糖經(jīng)硫酸化后具有多方面的生物活性或者是增強了原來多糖的生物活性，這與它的硫酸根取代度、相對分子質(zhì)量、結構轉(zhuǎn)變有關[16]。

2 硫酸多糖生物活性

2.1 抗病毒

1958年，Gerber[17]首次報道硫酸多糖的抗病毒活性，他們研究發(fā)現(xiàn)從石花菜中提取的硫酸多糖cartilagenium能預防雞胚被流感病毒B和腮腺炎病毒感染。許多種類的海藻含有大量的結構復雜的硫酸多糖已被證明抑制包膜病毒的復制，包括DNA、RNA病毒等（見 表1）。川明參多糖是一種天然的硫酸多糖，在77.12～104.81 μg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)顯著抑制鴨腸炎病毒 （Duck enteritis virus，DEV）的活性[18]。

木耳（Auricularia auricula）在亞洲具有悠久的應用歷史，被廣泛用于醫(yī)藥和保健品中。木耳重要活性成分多糖（AAP）具有生物學功能。Nguyen等人[28]研究發(fā)現(xiàn)木耳多糖硫酸化修飾后比修飾前相比抗病毒活性增強。硫酸多糖主要是作用于病毒囊膜蛋白，從而阻止病毒感染早期階段，包括初始吸附到靶細胞以及病毒的侵入[29]。

表1 從不同的海藻中提取的硫酸多糖的抗病毒活性Table 1 Antiviral activity of sulfated polysaccharides from different seaweeds

2.2 抗氧化

活性氧 （ROS）攻擊細胞膜大分子蛋白質(zhì)和DNA，導致嚴重的組織損傷性疾病，如癌癥、糖尿病、神經(jīng)退行性疾病和炎癥?？寡趸瘎┛梢詼p緩活性氧，如OH、H2O2和 O2-引起的氧化應激過程，有益于人體健康[30]。許多合成的抗氧化劑在食品和醫(yī)藥行業(yè)中被廣泛應用，如二叔丁基對甲酚、叔丁基羥基茴香醚（BHA）、特丁基對苯二酚（TBHQ）和沒食子酸丙酯（PG）等。然而，這些合成的抗氧化劑具有一定的毒副作用[31-32]。天然抗氧化劑具有不可替代的優(yōu)勢，如硫酸多糖等。已有文獻報道，江蘺（Gracilaria debilis）[33]、毛菜（Pterocladia capillacea）[34]、裂片石蓴 （Ulva fasciata）[35]以及腸滸苔（Ulva intestinalis）熱水提取物中的褐藻素、海帶多糖、海藻酸等成分具有很強的清除 DPPH、O2-、OH、H2O2的活性，是良好的抗氧化劑。Yuan等[36]采用微波提取技術從球型褐藻中提取其硫酸多糖，發(fā)現(xiàn)在不同溫度水浴條件下提取的巖藻糖 （fucose）和葡糖醛酸（glucuronic acid）都具有清除DPPH和還原能力。

黨參多糖（CP）是黨參（Codonopsis pilosula）重要的活性成分，具有藥理活性。Liu等人[37]采用氯磺酸一吡啶法對其進行酯化改性，提高了其清除自由基活性。體內(nèi)實驗結果顯示，硫酸化黨參多糖（sCP）能顯著降低肝損傷模型小鼠血液中谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和肝組織丙二醛（MDA）的含量，并且肝組織中SOD、GSH-Px顯著高于模型組和黨參多糖組。結果表明，天然多糖經(jīng)過硫酸化修飾后其抗氧化活性會發(fā)生不同程度的增強。

2.3 抗腫瘤

目前惡性腫瘤已被認為是危害人類健康的疾病之一。天然硫酸多糖已被證明具有較強的抗腫瘤活性，其抗腫瘤活性主要表現(xiàn)在抑制腫瘤細胞的增殖，促進腫瘤細胞凋亡以及通過提高免疫系統(tǒng)的功能來協(xié)同殺傷腫瘤細胞。馬尾藻（Sargassum horneri）水溶性硫酸多糖SHP30能將人結腸癌上皮細胞（DLD）阻止在G0/G1期，從而抑制其生長；實時熒光PCR結果顯示，它降低了Bcl-2的表達，增加了Bax的表達[38]。已有的研究發(fā)現(xiàn)硫酸化修飾可在一定程度上提高多糖抗腫瘤活性。O-硫酸化大腸桿菌K5莢膜多糖（OS-K5PS）能抑制纖維母細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）的表達而抑制乳腺癌細胞S115的增殖，而NS，OS-K5PS沒有這種活性[39]。然而，Teng等報道了NS，OS-K5PS顯著抑制SDF-1/CXCL12趨化因子誘導的B16黑色素瘤細胞的增殖，使細胞周期停滯在G0/G1期，而且其抑制效果高于OS-K5PS[40]。另一研究發(fā)現(xiàn)，NS，OS-K5PS能抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β1（transforming growth factor-β，TGF-β）誘導的骨轉(zhuǎn)移性乳腺癌細胞MDA-MB-231中溶骨因子IL-11的表達，小鼠模型證明NS，OS-K5PS抑制了腫瘤的生長和癌細胞的轉(zhuǎn)移[41]。硫酸多糖不同的生物活性可能與硫酸取代度、硫酸化作用的位點密切相關。

2.4 抗凝血

肝素是最早應用于臨床的天然抗凝劑，它具有相對分子質(zhì)量小、抗血栓作用強、口服易吸收、體內(nèi)半衰期長、生物利用度高等優(yōu)點，有望成為安全、高效的抗血栓類藥[42-43]。海藻類富含硫酸多糖，也是天然抗凝劑的豐富來源[44]。松藻（Codium divaricatum）[45]及礁膜（Monostroma oxyspermum）[46]硫酸多糖能劑量依賴性地延長凝血酶活化時間。因此，天然硫酸多糖在預防及治療由凝血造成的心血管疾?。òㄐ募」Ｈ?、中風、深靜脈血栓形成等）方面具有巨大的應用潛力。

2.5 免疫調(diào)節(jié)

研究表明，硫酸多糖具有免疫調(diào)節(jié)作用，包括免疫促進作用和免疫抑制作用。Cao等人[47]從昆布（Ecklonia cava）水提物中通過陰離子交換色譜分離純化得到其硫酸多糖，并檢測其免疫增強作用。Western blot結果顯示，昆布硫酸多糖通過MAPK和NF-kB信號通路促進RAW264.7細胞產(chǎn)生一氧化氮 （nitric oxide，NO）和促炎因子。從釀酒酵母（saccharomyces cerevisiae）得到的硫酸葡聚糖單獨免疫小雞后增強了小雞脾臟中免疫細胞的分化，與新城疫疫苗同時免疫小雞后42 d，能顯著提高血液中抗體滴度和細胞因子白介素-2（interleukin-2，IL-2）和 γ-干擾素（interferon-gamma，IFN-γ）的表達水平[48]。然而，紫菜（Porphyra haitanensis）多糖能抑制過敏性小鼠血清中IgG、IgG1以及IgE水平，降低脾臟細胞中Th2型細胞因子（IL-4、IL-5和 IL-13）的表達，增強了Th1型細胞因子IFN-γ的表達[49]。

研究發(fā)現(xiàn)，適當?shù)姆肿有揎椈蚪Y構改變使多糖產(chǎn)生新的活性或進一步增強原有的功能，尤其是硫酸化修飾。硫酸修飾會顯著提高多糖的免疫調(diào)節(jié)作用，如增強免疫細胞的增殖，促進細胞因子的產(chǎn)生，作為佐劑增強疫苗免疫反應或抑制促炎因子的產(chǎn)生而抑制炎癥的發(fā)生等（見表 2）。

表2 硫酸化修飾多糖的免疫調(diào)節(jié)活性Table 2 Immune regulate activity of sulfated polysaccharides

3 展 望

天然來源的產(chǎn)物在醫(yī)藥、營養(yǎng)食品、藥用化妝品和功能性食物等領域研究取得了多方面的進展，如動、植物、微生物來源的多糖，尤其是硫酸多糖，具有多種生物活性[63]。最近的研究表明，天然多糖經(jīng)人工硫酸化修飾后不僅可以增強其原有的生物活性，還可產(chǎn)生新的生物活性。硫酸多糖在醫(yī)藥、營養(yǎng)食品、藥用化妝品和功能性食物等領域具有廣闊的應用前景（圖1）。目前使用的多糖硫酸化修飾方法包括氯磺酸-吡啶法、三氧化硫-吡啶法、濃硫酸法等，使用的都是強酸、強氧化、強腐蝕性溶劑，如果反應時間過長，易引起多糖降解，導致原有活性丟失。需要對反應體系進一步優(yōu)化（如加入催化劑），提高反應速率，降低多糖降解率。多糖硫酸化修飾后的活性與其水溶性、相對分子質(zhì)量、硫酸基團取代度、硫酸基團的位置及多糖結構變化等具有相關性。因此，需要對多糖硫酸化的工藝進行優(yōu)化，包括反應時間、硫酸化試劑、溶劑與多糖溶解度、調(diào)節(jié)劑等，明確不同工藝修飾后硫酸多糖的結構變化，檢測硫酸多糖結構與功效之間的關系，建立質(zhì)量控制標準；同時需要加強硫酸多糖的毒副作用相關研究，為其臨床應用奠定基礎。

圖1 硫酸多糖的生物學特性和潛在的工業(yè)用途Fig.1 Biological properties and potential industrial uses of Sulfate polysaccharide