全 文 ：生物技术通报
· 综述与专论 · 刀了口百衬 口乙口 年增刊
褐藻糖胶的化学组成及生物活性的研究
刘书琦 张文清 沈方红
华东理工大学分子与工程学院 , 上海
摘 要 褐藻糖胶是一种从褐藻中提取的硫酸多糖 , 是一种天然活性物质 , 具有许多药用功 能。 近年来有关
褐藻糖胶在 医药方面的应用受到越来越多研究人员的关注 。 就其组成分析及其生物活性的研究作一综述 。
关键词 褐藻糖胶 组分 结构 生物活性 研究
聊 叮 召 咭 ,
了 , 几
翻 ,
褐藻糖胶又名岩藻多糖 , 褐藻多糖硫酸醋是
指含有相当数量岩藻糖和硫酸基的多糖 。 年 ,
首次从褐藻类的掌状海带玩
里用稀酸提取的一种多糖 , 经水解后以苯踪分离出
甲基戊糖 ,确定为 一 一岩藻糖 ,命名此类多
糖为“ ” 岩藻聚糖 。 岩藻多糖是一种高度
不均一的硫酸醋杂多糖 , 组成和结构十分复杂 , 单糖
组分以 一岩藻糖为主 , 还含有少量的半乳糖 、木糖 、
甘露糖和糖醛酸等成分 。 一岩藻糖通过 一 及
一 或 一 连接构成主链 , 在 或 位
上结合有复杂的硫酸基团 , 平均每两个岩藻糖基带
有 个硫酸基 。 由于岩藻多糖同时含有亲水性高的
硫酸基和疏水性好的甲基等具有相反性质的化学基
团 , 很容易吸着海藻中含有的各种成分 , 因此是一种
难以精制的物质 , 而且与其他多糖相比 , 其对酸和碱
都很不稳定 , 不同材料或者不同方法提取的岩藻多
糖在组成和结构上也各不相同 , 岩藻多糖 自被发现
以来 , 至今已有约 年的时间 , 但只有 左右的
化学结构被确认 。
褐藻糖胶的化学组分
关于褐藻糖胶的组成 , 自 首次发现以来 ,
研究人员就作 了许多提取和分析工作 。 记 等
从掌状海带叶片的水提取液加乙醉沉淀得
到一产物 , 其中灰分为 , 水解后硫酸基为
, 水解液中总硫酸基约为灰分中的两倍 , 因此他
们认为褐藻糖胶为含硫酸的碳水化合物 。 在日本 ,
! 从去除褐藻淀粉的 少。 褐藻
多糖硫酸醋的水溶液中鉴定出 一葡萄糖 ,
等(1950 )从 Hi m anthalia lore a 中分离的褐藻多糖硫
酸酷含有半乳糖 、 木糖 、 岩藻糖和糖 醛酸 。 Co te
( 1 9 5 9) 将褐藻糖胶进行部分酸水解 , 由其水解产物
中分离出 3 种二糖:2一 O 一a 一 L 一毗喃岩藻糖基一 L 一岩藻
糖 、3 刃 一a 一L 一毗喃岩藻糖基一 L 一岩藻糖 、4 刁 一a 一 L 一毗喃岩
藻糖基一 L 一岩藻糖 。 A n 。 等(196 )将坛状鹿角菜
(Pe 加eria 二林g入tii)用甲醇提取后 , 以 0 .17 m oF L H C L
提取 , 乙醇沉淀 , 得褐藻糖胶(岩藻糖 23 .7% ) , 其中
岩藻糖含量为 53 % , 此外还证明有少量半乳糖 、木
作者简介 :刘书琦 (19 83 一 ) , 女 , 硕士研究生 , 研究方向:天然产物的开发与利用
年增刊 刘书琦等:褐藻糖胶的化学组成及生物活性的研究
糖和葡萄糖存在 。 因此 , 他们认为这种褐藻糖胶可
能是半乳糖一硫酸褐藻糖胶 。 Pe rc iv 沮等(197 1) 对皮
条藻 、双叉藻和粉团扇藻(Pa din a po on ta )用 2%
ca cl Z溶液、稀酸 、稀碱和草酸钱 一草酸依序分步连续
提取 , 从各步都得到葡萄糖醛酸 一木糖一褐藻糖胶沉
淀 ,均含有岩藻糖 、木糖 、半乳糖 、葡萄糖醛酸和硫酸
基 。 N i s h i n 。等川 (199 1)从海带中采用热水提取经
过一系列分离纯化过程得到两主要成分 C 一 I 和 C-
五 , 化学分析表明它们都是主要由岩藻糖和硫酸根
组成 ,并含有少量的半乳糖和糖醛酸 。 对它们结构
分析显示其主链均由 a( l 一 3) 连接的 L 一岩藻糖组
成 , 并具有部分 1 一 2 的连接的岩藻糖支链 , 硫酸根
主要连在岩藻糖 c4 位上 。 刘晓惠等【’] 「1992 〕对采
自渤海湾海带中提出的水溶性粗多糖褐藻糖胶进行
分析 , 结果为:该多糖由岩藻糖、半乳糖等糖基组成
的杂多糖 , 并含硫酸醋。 用氯代十六烷基毗陡分级
及乙醇分级得到8 个级分中的其中一个级分进一步
纯化 , 经 SeP ha ro se CL4 B 柱层析 , 超离心分布等检
查 ,表明该级分是均一的 。 用高碘酸氧化 、 S m 汕 降
解 、红外光谱、 I H 一N M R 谱进一步分析 , 确定其主链
由 a 一 ( 1 一 2 )连接的 4 一位硫酸醋的岩藻糖组成 , 并具
有较少的支链 。 综上所述 , 对于从不同褐藻中提取
褐藻糖胶 , 并对其进行进一步的结构分析 , 国内外学
者已经作了不少的研究工作。 大部分研究表明:褐
藻糖胶是一种比较纯的褐藻多糖硫酸醋(Fuc an su l-
fa te ) 。 此外 , 有相当多的褐藻糖胶 , 除岩藻糖外 , 还
有半乳糖 , 木糖等其他单糖和糖醛酸 , 结构更为复
杂 , 所以对于褐藻糖胶结构有待更细致的研究 。
2 褐藻糖胶的生物活性的研究
由于褐藻糖胶是由多个相同的或不相同的单糖
基通过糖昔键相连形成的高分子量碳水化合物 , 与
其他多糖一样具有多种生物活性 , 诸如抗凝血 、抗血
栓 、抗病毒、抗肿瘤 、降血脂 、抗辐射 、抗突变 、清除自
由基 、抑制平滑肌细胞增生和增强免疫力等作用 。
2
.
1 抗凝血抗血栓作用
低分子量岩藻多糖可诱导粘附蛋白产生如层粘
连蛋白 , 可减少血小板的沉积 ;并且低分子量岩藻多
糖具有纤溶酶原活性 , 抑制抗纤溶酶活性蛋白;同时
也有抑制血栓粘着素的功能 , 减少白细胞与血小板
之间的粘附 , 从而抑制微血栓的形成 。
肠geart 〔’,等研究了分子量范围为 5.5 一 5 5 6 k D
岩藻聚糖对平滑肌细胞增殖的影响 , 研究表明抗增
殖活性与岩藻聚糖的分子量有关 , 糖聚合度为30 的
低分子量岩藻多糖能抑制平滑肌细胞的增殖作用 ,
从而阻断了心血管疾病发生的中心环节 。
G r a u fe l [
4 〕发现从褐藻 Fuc o ves ic ulo sus 中纯化
的低分子量岩藻多糖(分子量在 50k D 左右)可以阻
止人血浆和牛纤维蛋白原溶液中血栓的形成;他还
把不同的岩藻多糖级分的抗凝血活性同肝素进行了
比较 , 以发现二者抗凝机制的不同点 。 从 Ec kl on 记
ku ro me 中纯化了四种低分子量岩藻多糖组分(B -
I 、 B 一 1 、 C 一 I 、 C 一 1 ) , 发现 C 一 I 、 C 一 1 有很高的抗
凝活性 , 其中C 一I 有相当于肝素约81 % 的抗凝活性 ,
C
一
1 则高达85% 。 N i s h i n o 等(1987 )测定了 9 种褐
藻糖胶的抗凝血活性 , 包括 AP r】, ( 活化部分凝血活
酶时间) 、 T ( 凝血酶时间)和抗 X a 因子活性 , 结果
显示褐藻糖胶的 A p l, I , 为 12 一 38 单位/m g , Tr 为0
一 35 单位/m g , 抗 xa 因子活性不显著 , 对照肝素为
167 单 位/m g。 其中昆布褐藻糖胶的活性最高 ,
A P r r 和 Tr 分别为 38 单位/m g 和 35 单位/m g , 羊
栖菜褐藻糖胶为 25 单位/m g和 2 单位/m g。 Ki ta -
m u ra 等(19 91) 报道三石昆布褐藻糖胶 F4 级分的抗
凝血酶活性为 20 单位/m g , 超过对照肝素的 140
单位/m g 。
众多研究表明 , 褐藻糖胶的抗凝血活性可能与
多糖的单糖组成 、结构 、硫酸基含量以及硫酸基的位
置有关:D ob as hi 等(1989) 对羊栖菜褐藻糖胶分级
得到 PD 一 I 和 PD 一 n , 它们的 AP rF 均为 16 单位/
m g ,
Tr
分别为 14 单位mg和 36 单伽mg, 肝素为16 7 单位/m g 二者的化学组成中半乳糖和硫酸基的
含量不同 , 这或许是它们抗凝血活性有差异的部分
原因 。 C h e v o l o t 等(1999 ) 认为褐藻糖胶的抗凝活
性与2 位硫酸基和 2 , 3 位双硫酸基的浓度有关 。
C h e v o l o t 等(2001)从泡叶藻中制备了一低分子量的
褐藻糖胶 ( LM W F ) , 相对分子质量 (M w )为 3090
D a , 在体外显示抗凝血活性 。 这一结果表明 , 褐藻
糖胶的分支结构对于抗凝血活性可能不是必须的。
L M W F 中每 2 个糖残基结合 3 个硫酸基 , 这一结构
特点与肝素结构的主要重复单元相同 。 而且 2 , 3 -
di su
irat
ed ( 双硫酸醋化 )糖残基结构是有抗凝血活性
生物杖术通稚 B to te ch noto gy B u le 吞n 20 0 8 年增刊
的褐藻糖胶常常具 有 的结构特征 。 D ua rte 等
(2001)研究了褐藻(Sarg 口占s u m s t e nor h 少llu m )中褐藻
糖胶的抗凝血活性 , 认为抗凝血特性主要依赖于含
岩藻糖硫酸醋的链部分。
近年来 , 国内学者对海带褐藻糖胶的抗凝血和
抗血 栓 活 性 做 了 许多 的 研 究 工 作。 郑 军等
(20 02 )[ ’]对海带褐藻糖胶分离纯化后得到 3 个级
分 , 它们都有明显的抗凝血活性 , 且主要是通过抑制
内源性凝血途径起作用 , 而对外源性凝血途径的影
响不大 。 程忠玲等(2003 )[ 6〕通过红外光谱分析发
现 , 海带褐藻糖胶具有类似肝素的多糖结构 , 具有较
好的抗凝血活性 , 但低于肝素。 将褐藻糖胶固定在
胶原上 , 所得的胶原复合物仍具有一定的抗凝血活
性 , 因而有可能制备成生物医用复合材料 。 彭波等
(20 02 )等〔7}研究了海带褐藻糖胶对实验性出血 、血
栓形成及血小板聚集的影响 , 结果表明海带褐藻糖
胶能够延长动物实验性出血时间并增加出血量 , 能
够抑制动物实验性动 、静脉血栓的形成 , 且抗血栓作
用可能与抑制血小板聚集有关 。
李波等(2004 )[ 8]对羊栖菜褐藻糖胶得到 5 个
级分 , 均为岩藻糖 、半乳糖和甘露糖等糖基组成的杂
多糖 , 并含有硫酸醋和糖醛酸以及少量的蛋白质 , 相
对分子质量范围 2.5 一 95 万 。 研究显示 , 羊栖菜褐
藻糖胶能显著延长 A ly「f 的凝血时间 , 而对 竹 的影
响不明显 , 这表明羊栖菜褐藻糖胶主要是通过抑制
内源凝血途径而达到抗凝血的效果 , 而且其抗凝血
活性与褐藻糖胶的硫酸基含量成正相关.而与相对
分子质量和糖醛酸含量无关 。
2
.
2 抗病毒
儿ne。等(2003)〔9]研究了褐藻(A凌n。二ris utrieu-
la ris )中褐藻糖胶的抗病毒活性和结构之间的关系:
室温下提取制备的褐藻糖胶 (ga lac t咖ea n) 对疤疹
单纯病毒(he 甲es si mp lex 沉二)1和 2 有很强的抑制
作用 , 而在 70 ℃ 下提取制备的褐藻糖胶 (uro l坦加-
co ida n) 则没有抗病毒活性 。 浇la ct咖ea n 主要 由Fue 、 G a l 和 suifa te 构成 , 而 uro n动“o ida n 主要由 Fue
和糖醛酸构成 , s u ifa t e 含量低 , 由此推测 su ifa te 可能
是抗病毒活性所必需的 。
多糖的抗肿瘤作用是近些年研究的热点 , 褐藻
糖胶除了直接抑制肿瘤细胞生长外 , 还可以通过增
强机体免疫能力 , 抑制肿瘤细胞的生长扩散 。 施志
仪等(20 0) 研究发现 , 海带褐藻糖胶在体外能够抑
制 QG Y7 03 肝癌细胞进人对数生长期 , 从而抑制了
肿瘤的生长 , 这说明褐藻糖胶的抗肿瘤效应至少包
括直接杀伤肿瘤细胞的途径 。
王文涛等(1994 )[ ’。〕报道 , 海带硫酸多糖 (5 -
10 m岁kg)能恢复由环磷酞胺引起的免疫低下小鼠
的免疫功能 , 它是一种对巨噬细胞和 T 细胞有直接
作用的免疫调节剂 。
宋剑秋等(2000 )[川报道 , 对小鼠肉瘤 5150 给
海带褐藻糖胶后 , 小鼠腹腔巨噬细胞数量显著增加 ,
抑瘤率达 86.5% 。 U s u i 等(1950 )[” J用爱森藻(百站-
en ia b icr lics )褐藻糖胶以 50 m g/ kg · d 剂量喂养 5
种荷 51 80 肉瘤的动物 , 4 5 d 后肿瘤抑制率达 30 % ,
其中有2 种动物的肉瘤完全消失 。
2
.
3 降血脂
李德远等(199 )[ ”〕报道 , 口服褐藻糖胶能有效
地降低小鼠的高胆固醇血清 TC 水平 , 最佳剂量为
150 m岁kg , 而对正常小鼠血清 TC 无明显影响 。 海
带褐藻糖胶能显著降低大鼠饮食性高脂血症的 TC 、
T G 和 LD L 一c 水平 , 并显著升高 HD L 一C 水平 。 王素
贞等(1994 )[ ’4 }观察了褐藻糖胶治疗 巧 例高脂血症
病人的疗效 ,结果显示褐藻糖胶能明显降低血清胆
固醇和甘油三醋的含量 , 且无肝 、肾功能损害等毒副
作用 。 褐藻糖胶是一种类唾液酸样的活性物质 , 能
使细胞表面的负电荷增多 , 影响血中胆固醇的沉积
而产 生 降低 血 清胆 固 醇 的作 用 。 李 兆 杰 等
(19 9 )[ ‘, 〕报道低分子量岩藻聚糖硫酸醋 (M w =
skD )对实验性高脂血症大鼠有显著的降脂作用 。
2
.
4 其他生物活性
除此之外 , 褐藻糖胶还有防辐射 、抗氧化 、抗突
变 、抑制肠腔对重金属的吸收以及阻止哺乳动物精
卵结合等作用 。
3 褐藻糖胶的研究前景与意义
由于褐藻糖胶具有很多的生物活性 , 现已引起
国内外学者的广泛关注已成为海洋生物领域研究的
热门 , 尽管褐藻糖胶有着广阔的研究前景 ,但是迄今
为止 , 因其生产成本较高 , 还未实现稳定供应 , 因此.
应充分利用我国丰富廉价的海藻资源 , 以生物工程
为技术手段 , 在医药 、食品 、饲料 、化工和化妆品等行
年增刊 刘书琦等:褐藻糖胶的化学组成及生物活性的研究 37
业生产出大批量有重要价值的产品 , 应该成为学术
界和产业界共同奋斗的方向与 目标。 相信 , 不久的
将来褐藻糖胶将以其独特的功能在人们未来的生产
生活中得到广泛应用 。
参 考 文 献
Nishino T , N a gi l
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冷 冲 》
( 上接第21 页)
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