海带多糖生物功能研究进展

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海带多糖生物功能研究进展
钱风云　傅德贤　欧阳藩
(中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京100080)
摘　要:随着近代药理和临床的深入研究和仪器分析的发展,对海带营养成分和生物功能尤其是多糖组分
有了进一步的认识。现综述海带多糖在免疫调节、抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗氧化、抗疲劳、降脂、抗凝血、降血糖、放射防护等方面的生物活性及在医疗临床上的研究进展。
关键词:海带多糖;生物功能;褐藻胶;褐藻糖胶;海带淀粉;藻酸双酯钠
中图分类号:R9213 　R917. 791 　文献标识码:A 　文章编号:100223461 (2003) 0120055205
　　海带( L aminaria japonica A resch. ) 是褐藻门(Phaeophyta) 海带目(Laminariales) 海带科(Laminariaceae) 海带属(Laminaria) 的一种大型海藻。它的大部分生物活性和其主要成分多糖密切相关。近年来,有关海带多糖类的化学结构、生物活性、应用及其在医学和药
用价值等方面的研究都取得了很大进展。
1 　海带多糖[1 ]
至今已发现海带中有3 种主要多糖,即褐藻胶(algin) 、褐藻糖胶(fucoidan) 和海带淀粉(laminaran) 。褐藻胶和褐藻糖胶是细胞壁的填充物质;海带淀粉存在于细胞质中。褐藻糖胶主要成分是α2L2岩藻糖42硫酸酯的多聚物,同时还含有不同比例的半乳糖、木糖、葡萄糖醛酸和少量结合蛋白质。海带淀粉是由葡萄糖组成的葡聚糖,主要由1 ,3 糖苷键连接而成。海带淀粉至今尚未进行工业规模生产,所有的分离方法都是实验室规模的。海带中还含有少量的粗纤维,结构上也是以纤维二糖为分子的重复单位。
2 　海带多糖生物活性
211 　海带多糖的免疫调节作用多糖能在多个层面、多条途径对免疫系统发挥调节作用。包括对各类免疫细胞的调节、对细胞因子的调节、对补体的调节等。
21111 　对免疫细胞和细胞因子的调节海带粗多糖(100mg•kg - 1 ) [2 ] 和海带硫酸多糖(5～10mg•kg - 1 ) [3 ]能恢复由环磷酰胺引起的免疫低下小鼠的免疫功能。海带淀粉和海带淀粉硫酸酯[4 ] 可促进淋巴细胞的转化,促进3H2TdR 和3H2UR 掺入淋巴细胞,并表现出与植物血凝素( PHA) 的协同作用,在C3H/ HeJ 小鼠中海带多糖导致腹膜巨噬细胞分泌细胞因子白介素21α和释放肿瘤坏死因子[5 ] ;以上表明海带多糖具有增强细胞免疫的功能;可增加免疫低下小鼠血清和脾细胞溶血素的含量,对体液免疫也有促进作用;在C3H/ HeJ 小鼠中海带多糖对脾细胞DNA 合成有促进作用;海带多糖部分还可提高脾细胞中多克隆抗体( IgG、IgM) 的产生。
海带多糖是一种免疫调节剂,其作用强度与香菇多糖和枸杞多糖相近[3 ] ,证明它是1 种对巨噬细胞、T 细胞有直接作用的免疫调节剂。其中海带淀粉和海带淀粉硫酸酯对机体的免疫功能有促进作用,后者是前者人工磺化而成,对机体免疫功能的作用较前者弱,这可能是海带淀粉经磺化后,降低了对网状内皮系统的刺激而减弱腹腔巨噬细胞的吞噬功能[4 ] 。
21112 　对补体系统的作用
补体过度激活,不仅会消耗大量的补体成分,使机体抗感染的能力下降,而且在激活过程中产生大量的具有生物活性的物质,会导致机体发生过度的炎症反应而引起自身细胞和组织的损伤[6 ] 。研究[7 ] 海带水溶性多糖对补体旁路(APC) 的作用,发现20g•L - 1的褐藻糖胶可对红细胞溶解产生50 %的抑制,但褐藻糖胶硫酸化的程度并不影响其对APC 的作用。
212 　抗肿瘤作用
多糖抗肿瘤作用的免疫学机制,除了其本身具有直接抑制肿瘤细胞生长[8 、9 ] 外,还可能通过增强机体免疫功能,抑制肿瘤细胞生长扩散。昆布多糖、羊栖菜多糖、海蒿子多糖等8 中多糖制成的复方海藻多糖是具有前途的抗癌中药制剂[10 ] 。目前,日本的学者从海带中分离并纯化了有效成分,例如含量仅占4 %的褐藻糖胶,可以阻止癌细胞生长,并引起肿瘤细胞凋亡。国内也已开展了如下的工作。经多次腹腔注射,海带多糖具有体内抗小鼠肉瘤S180的活性20mg•kg21 14d 抑制率在35 %以上,并可增加接种肉瘤小鼠的脾脏重量[11 ] 。海带对Ehrlich 癌的抑制率为57. 6 %[1 ] 。包含硫酸化岩藻糖的多糖或其降解物可用做凋亡诱导剂和抗癌药。
在对肝癌细胞Q GY7703 的研究中发现褐藻糖胶抑制了癌细胞进入对数生长期,从而遏制了肿瘤的增长,并且不同浓度的褐藻糖胶对肝癌细胞的杀伤效果不同,随剂量增大,杀伤效果越明显。结果说明褐藻糖胶的抗肿瘤效应至少包括它们直接杀伤肿瘤细胞的途径[12 ] 。
研究对Hepes 瘤株的抑制作用,发现有的组分抑瘤率超过50 % ,且不影响小鼠的正常生长, 从而表现出比阳性药物的优越性[13 ] 。
213 　抗病毒作用
海带多糖具有抗HIV 的作用[2 ] 。从海带中水提得到的多糖以50mg•L - 1 、0 ℃、2h作用于HIV ,并与淋巴细胞温育3d ,则不存在抗原阳性的细胞,病毒的逆转录酶活性被50～1000mg•L - 1的多糖强烈抑制[14 ] 。而褐藻糖胶则具有抗RNA 和DNA 病毒的作用,实验表明,它对脊髓灰质炎病毒Ⅲ型,柯萨奇B3 和A16 型病毒,腺病毒Ⅲ型,埃可Ⅳ型病毒有明显的抑制作用[15 ] 。
214 　抗菌作用
海藻中所含抗菌活性物质的活性有显著的季节性变化。海带类型以冬季活性最高[1 ] 。褐藻酸银[16 ]是由海带中的褐藻酸钠制备的,抗菌活性是通过测定600nm 时液体培养液的光吸收值确定的,实验菌为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,发现在pH 为7 时生长旺盛,但当该盐的加入大于0. 6 %时生长被抑制。
215 　消除自由基和抗氧化作用
抗氧化剂活性的发现提高了海藻作为食品和添加剂的价值[17 ] 。海带热水提取物(标记为SPh) 和冷水提取物(标记为SPc) 对超氧化物自由基和羟基自由基的清除有显著作用,且呈量效关系,前者的效果比后者好。在次黄嘌呤/ 黄嘌呤氧化酶体系中只用3g•L - 1 的SPh 就可完全清除氧自由基,30g•L - 1的SPc可清除68. 9 %的超氧化物自由基, 15g•L - 1的SPh 和30g•L - 1的SPc 对羟基自由基的清除分别为77. 7 %和68. 7 %[18 ] 。
褐藻糖胶(fucoidan ,简称FPS) 治疗慢性肾衰,对中早期肾衰效果好,无毒副作用,特
别对改善肾功能,提高肾脏对肌酐清除率效果尤为显著,现已按国家二类新药获准进入临床研究[8 、19 ] 。有学者研究表明海带粗提物和褐藻糖胶可对自由基攻击肾时产生保护作用[20～23 ] 。在海带中加入褐藻糖胶会增加某些抗氧化酶的活性,减少自由基的产生,从而减轻自由基对肾的攻击。还有的学者通过将褐藻糖胶进行酸水解得到的相对低分子质量片段与褐藻糖胶进行抗氧化能力的对比,从而得出相对分子质量以及分子组成对抗氧化能力的影响[22 ] 。移植肿瘤细胞Sarcoma2180 后使肝组织中超氧化物歧化酶(SOD) 和谷胱甘肽过氧化物酶( GSH2Px) 的活性降低,表现为丙二醛(MDA) 的水平增加。推测海带多糖抗氧化作用可能与其抗肿瘤作用有一定的关系[24 ]
216 　抗疲劳作用
海带多糖可增加小鼠的负重游泳时间,有效降低游泳后血乳酸的含量( P < 0. 01) ,表明可推迟运动性疲劳出现和促进疲劳后的恢复[25 ] 。
217 　抗高血脂
海带在肠道中能将食糜中的脂肪带出体外,具有良好的降脂、降胆固醇的功效,能克服降脂药物的一些副作用,研究认为其组分褐藻胶、海带淀粉和褐藻糖胶都是重要的功能因子[26 ] 。
21711 　对脂酶活性的影响　
海带多糖可提高脂酶活性,在褐藻糖胶中发现了引起脂蛋白脂酶释放的物质,静脉注射后伴随着刺激脂肪裂解的效果。但药效的强弱并不依赖于多糖大分子硫酸化的程度[27 ] 。
21712 　对脂质代谢的影响,降低胆固醇,防治动脉粥样硬化　　海带多糖多次灌喂,可
明显抑制高脂血鸡血清总胆固醇、甘油三酯含量的上升,并能减少鸡主动脉内膜粥样斑
块的形成和发展[11 ] 。研究了在雄性小鼠ICR 中含4 %海带提取物的食物以及在前者基础上另外加入褐藻糖胶分别对脂质代谢的作用。与对照组相比,褐藻糖胶组可使血浆中胆固醇的含量显著减少13 %～17 % ,低密度脂蛋白降低20 %～25 % ,高密度脂蛋白含量增加16 % ,使动脉粥样硬化指数减少,血浆中脂质氧化物浓度降低[28 ] 。海带褐藻糖胶150mg•kg - 1可显著降低高胆固醇小鼠血清中的总胆固醇水平,可有效预防小鼠高胆固醇血症的形成。海带淀粉硫酸酯也可降低胆固醇量并抑制冠状动脉粥样硬化病变[26、29 ] 。所以,褐藻糖胶和海带提取物可以通过改善血脂代谢,防治动脉粥样硬化的发生。
218 　抗凝血作用及其在心脑血管疾病中的应用
海带多糖在体内体外均有抗凝血作用,其抗凝活性每1mg 相当于肝素7U[11 ] 。研究发现,不同的海带多糖组分均有不同程度的抗凝作用。褐藻糖胶具有明显的抗凝血和促纤溶的药理学活性[30 ] ,与对照组相比小鼠的凝血时间都有明显的延长,且随浓度增加而作用增强,但由于多糖的相对分子质量大不易吸收,所以其抗凝效果比肝素弱,适用于血粘度高的病人,可作为预防血栓形成的药物或保健品。研究发现多糖的抗凝血效果还跟摄取方式有关,静脉注射的效果明显高于腹腔注射[12 ] 。同时,由于褐藻糖胶对内源性和外源性两种凝血酶原途径形成的凝血均有抑制作用,故推测它的作用靶点可能类似于肝素,即抑制凝血酶原的激活[30 ] 。
海带淀粉硫酸酯,具有较高的抗凝血活性[1 ] ,可延长血纤维蛋白的凝结时间和凝血酶元的作用时间,在临床上对防治动脉粥样硬化和血栓形成具有重要意义[12 ] 。活性固然和多糖中硫酸基的含量有直接关系,但也与构成糖组分、硫酸基的结合状态有关。经磺酸化处理的褐藻酸和海带淀粉的抗凝血活性与导入的硫酸基含量有关[1 ] , 呈显著正相关[31 ] 。PSS 是从海带等褐藻中分离提取,经化学修饰组成的1 种半合成的多糖硫酸酯。它具有明显的抗凝血、降低血粘度、降低血脂、抑制红细胞和血小板聚集,以及改善微循环的作用。PSS 治疗缺血性心脑血管疾病总有效率达91 ～ 98 %[8 ] 。而甘糖酯(propylene glycol mannurate sulfate ,PGMS) 是在PSS 基础上研制的1 种相对低相对分子质量的类肝素海洋药物,是PSS 的换代产品,其疗效更高,副作用小[19 ] 。
219 　降血糖作用
在研究海带多糖对糖尿病的预防和治疗[32～34 ]中发现,海带多糖可降低四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠的血糖,且发现随多糖纯度提高其降糖作用增强。但当多糖相对分子质量太大时则不宜吸收[32 ] 。由于四氧嘧啶引起高血糖是通过损伤小鼠胰β细胞,从而影响胰岛素的分泌而实现的,褐藻糖胶可能对胰岛细胞损伤有保护作用。给经四氧嘧啶诱导生成的糖尿病小鼠注射10mg•kg - 1 及50mg•kg - 1褐藻糖胶后,其血糖水平分别为注射前的80. 4 %、60. 6 % ,患病小鼠饮水量分别比阳性对照低约36. 2 %、50. 6 % ,表明褐藻糖胶对缓解糖尿病小鼠症状,减少饮水量具有一定作用,糖耐量明显改善[33 ] 。海带淀粉对实验性糖尿病小鼠的预防和防治也有一定作用[33 ] 。另有关于PSS 对糖尿病患者存在轻度降糖作用的临床报道[35 ] 。
2110 　放射防护效果
海带淀粉对放射性钴γ射线所致的损伤有一定的保护作用。海带多糖一次注射,能明显提高900 拉德照射小鼠存活率,并延长存活时间,随给药剂量增加存活率提高,能显著保护照射动物的造血器官。因此海带多糖对预防放疗所致造血器官损伤,刺激造血功能恢复及增强癌症患者的免疫功能有一定意义[11 、36 ] 。加、俄、英、美、日等国科学家多方面研究了褐藻胶抑制放射性锶和其它放射性元素在动物体中的吸收作用。褐藻酸钠具有下述优点:无毒性,对锶有特殊的结合能力,阻止锶在肠道的吸收,而对钙代谢无大影响,且在肠道中稳定,同时价格较便宜,资源多,因而是理想的胃肠道去污剂。此外,对放射性钡、锰以及某些有毒的重金属离子也有排除作用[1 ] 。
2111 　与金属离子的结合
褐藻糖胶可作为金属离子的结合剂和阻吸剂。褐藻胶对两价以上阳离子的亲和力非常活泼,为良好的离子交换剂。海带中的褐藻酸是以多种褐藻酸盐的形式存在,主要有镁、钾、钠、钙、锂、硼、锶等组成,占褐藻酸盐总量的96. 96 %。海带褐藻酸结合顺序是K> Na > Mg > Ca > Sr > Li >B。说明海带对海水中的各元素选择性富集能力是很强的。海带褐藻酸对高价重金属离子的富集倍数明显高于一般金属离子[37 ] 。
2112 　对神经细胞生存的影响
耿美玉等[38 ]研究发现,由海带中提取的GS201 褐藻多糖对海马神经细胞和皮质神经细胞均有明显的营养作用,可提高神经细胞的存活率,并且呈一定的量效关系。有望开发为1 种神经细胞营养剂。
2113 　对肺成纤维细胞增殖活性的影响[39 ]
苗本春等研究了海带酸性聚糖(laminar2 in 即acidic polysaccharide)J 201A 对人胚肺成
纤维细胞(HL F) 体外增殖的抑制作用及其作用机理,发现J 201A 体外能明显抑制HL F 的增殖,将其阻抑在G0/ G1 期,能明显抑制其蛋白质的合成,且HL F 上存在J 201A 的受体。
2114 　对血管平滑肌细胞增殖作用的影响[40 ]
以肝素为代表的硫酸多糖类化合物有抑制VSMC 增殖的作用,其研究已引起了广泛的关注。朱海波等[41 ]研究了由海带等褐藻中提取并经化学修饰的1 种相对低分子质量的酸性多(DPS) ,可抑制VSMC 的增殖,其作用可能与拮抗碱性成纤维细胞生长因子(bFGF) 和白介素21 ( IL21) 的促增殖作用有关。
2115 　其他一些临床用途
褐藻胶可用做安全有效的止血药;低泵糖褐藻酸钠可用做代血浆,是维持血容量的良好的扩容剂;褐藻酸钠还可用做人工牙模材[42 ] ;而PSS 除了在心脑血管病中的应用外,还被广泛用于治疗眼睑黄色瘤[43 ] 、突发性耳聋、系统性红斑狼疮、糖尿病性周围神经病变、不安腿综合征、新生儿硬化症及银屑病、积聚性痤疮、变态性血管炎、系统性硬皮病、静脉炎、结节性红斑、硬红斑、扁平苔癣[44 ]等。
3 　海带多糖研究展望及建议
我国目前对海带的综合利用研究主要是在褐藻酸、甘露醇、碘等的大宗粗提物上。对海带多糖药理实验的研究中所用的实验材料多是粗制品,缺乏纯化和组成鉴定技术,一种粗多糖经分级可以提出多种粗多糖。今后应加强海带多糖各组分的分离纯化技术和药理学研究,进一步研究各类多糖的结构和生物活性的关系,确定多糖活性决定部位,尤其是加强各种多糖分离纯化的工程化技术研究,提高产品的质量和纯度,实现生产过程的自动化和连续化,并进行中间质量控制,为海带产业化建立完善的技术平台,从而更好地综合利用我国丰富的海带资源,创造更大的经济效益,为新药和保健食品的开发奠定基础。
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海带多糖20% Laminaria（kelp）Extract.
检验报告单(CERTIFICATE  OF  ANALYSIS)
海带提取物（Laminaria japonica Aresch Extract Powder）
批号 (Batch no): 040815  数量 (Quantity):500kg报告日期(Certificate issued date):2004.08.18
检验项目:                       检验标准:                             结果:
Examination Items              Examination                           Results
性状(Description):
Appearance & Color :        灰色粉末（Grey Powder）           符合规定COMPLIES
检验项目（Physical Control）:
   Odor&Taste气味和味觉:            Typical                       Conform合格
   Assay(Polysaccharides) 含量:         ≥20%(UV)                　  21.1%
    Moisture水分:                     ≤5%                        Conform合格
Loss On Drying 干燥失重　　　　　≤5%                          3.45%
   Heavy Metal重金属 :               ＜10ppm                    Conform 合格
   Particle Size筛网孔径:              NLT100%  80 mesh        Conform合格

微生物限度(Microbiological Assay)
   1.Total Plate Count  细菌总数        ≤1000                         Conform合格
   2.Yeast/ Mold  霉菌及酵母菌         ≤100                         Conform合格
   3. E.Colli     大肠杆菌             Negative无                      Conform合格
   4.Salmonella   沙门氏菌           Negative  无                     Conform合格
结论（Conclusion）:                    合格      (Conform   with  specifications)
生产商：宁波市中药制药厂
联系人：王明谦
电话：0574-66105155，87497141
传真：0574-87490999
herbext@hotmail.com
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