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海洋多糖的研究进展班级：海洋C101 姓名：李永会 学号：106388摘要: 海洋生物中存在许多天然活性多糖, 由于生长环境特殊, 这些海洋来源的多糖与陆地生物的多糖在结构和组成上存在明显差异, 因此具有很多独特的生物学活性。多糖及糖复合物是除核酸、蛋白质外什么有机体最重要的组成成分。广泛参与到细胞生命活动的全部时间与空间，如细胞与细胞的识别、细胞的转化、分裂及再生，细胞间物质的运输、免疫、衰老等等。海洋多糖因此是众多生物学活性中的研究热点, 文章综述了国内外海洋多糖的研究进展。关键词：海洋多糖 微藻多糖 海洋微生物多糖多糖为一大类天然产物，广泛存在于植物、微生物、动物等有机体中。自20 世纪70年代以来，科学家发现多糖及糖复合物在生物体中不仅是作为能量资源和构成材料，更重要的是它存在于一切细胞膜结构中，参与生命现象中细胞的各种活动，具有多种多样的生物学功能。多糖与免疫功能的调节、细胞与细胞的识别、细胞间物质的运输、癌症的诊断与治疗等都有着密切的关系。此外它还能控制细胞的分裂和分化、调节细胞的生长和衰老。多糖在临床上、食品工业、发酵工业及石油工业有着广泛的应用。近年来又发现多糖的糖链在分子生物学中具有决定性作用。随着对多糖生物学功能认识的深入，以多糖为重点的糖工程被认为是继蛋白质工程、基因工程后生物化学和分子生物学领域中最后一个巨大的科学沿。有人预计，如同20世纪是蛋白质、核酸时代一样，21世纪应当是“多糖生命科学”的时代，这种想法已越来越成为国内外学者的共识。由于多糖多种多样的生物活性功能以及在功能食品和临床上广泛使用，使多糖生物资源的开发利用和研究日益活跃，成为天然药物、生物化学、生命科学的研究热点，到目前为止，已有300 多种多糖类化合物从天然产物中被分离出来。随着动物类药材研究的日益繁荣，在动物机体内的一些内源性多糖被证明具有多种生物活性。肝素以其抗凝血、改善微循环的作用，已应用于各种心脑血管疾病，如心绞痛、高血压、动脉硬化、急性脑梗死等。透明质酸和壳多糖虽然也有抗肿瘤及降血压、血糖和血脂等作用，由于它们良好的生物相容性和几乎无毒副反应，已被广泛地应用在药物辅料方面，如赋型剂、包衣材料、化妆品基质、包埋剂和药物传递系统的载体，临床上还用于防止手术后粘连和创口愈合。鲨鱼软骨素除具有抗肿瘤活性外，还作为骨硬化症的治疗药物。近年来由于人们对海洋药物的重视，从海洋生物中提取的多糖也显示出多种多样的生物活性，如调节免疫功能，具有抗肿瘤、抗病毒、抗衰老作用；抗血糖作用；抗凝血；降血脂作用功能等。一.海藻多糖的活性研究海藻多糖是广泛存在于海藻体内的一种天然大分子物质，是由醛糖或酮糖通过糖苷键连接在一起的线性或分支链状聚合物，是生物高分子家族中的一个最为丰富的成员。目前在有关海藻多糖的理化性质研究的报道中，最常见的是糖单元及含量、硫酸基含量、糖醛酸含量、分子量、单糖组成的测定以及结构的分析。1.海藻多糖的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，是开放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病毒活性是必须的，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。如辛现良等研究表明，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。2.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。纯化后的墨角藻聚糖片段具有抗凝血活性，与肝素有类似的结构，具有调节血管生长因子FGF-2的活性。3.海藻多糖的抗菌抗病毒抗寄生虫作用据了解, 目前从海藻中提取出具有抗病毒物质的作用机理主要是抑制HIV 和HSV 病毒, 从而发挥其生物活性。如卡拉胶, 为红藻多糖, 具有多种生物活性, 特别是作为一类硫酸半乳糖, 其显著的抗病毒活性, 尤其是抗HIV 活性已引起医药界广泛关注。另有报道已证实, 从海藻中的提取物可抑制HSV-1的复制, 体外试验表明具有高度的抗病毒活性。还有报道说海人草的海人草酸有驱蛔虫作用, 其作用是由于抑制蛔虫肌肉的脱氢酶之故。资料还显示用乙醚从海藻中提取的一种成分对结核杆菌有抑制作用。4. 海藻多糖对血液作用和降血脂作用据报道,紫菜多糖有降血脂、抗凝血、降低血糖粘滞度、抑制血栓形成的作用。如此单一成分就有了诸多的功效。为此,许多学者在该方面下了很大的功夫去探寻更多新颖、有效的成分。目前, 更多的是在做动物实验,而且也取得了一定的成效。如PSS对家兔有抗凝血活酶样作用和抗凝血酶作用,抗凝效价相当于肝素33.9%,其作用机制类似肝素,还有研究表明, 螺旋藻可明显抑制大鼠血小板聚集和实验性血栓的形成。研究也发现褐藻淀粉硫酸酯(LS)有似肝素样抗凝血作用和降血脂作用, 并发现低硫酸化的LS 有很强的降血脂作用,无明显的抗凝血活性。其对血浆脂质最有意义的作用是对/受脂蛋白比例的影响。在长期高胆固醇饲料喂养的家兔中,LS不仅降血浆中的中性脂肪、磷脂、结合及游离胆固醇和脂蛋白的含量,而且能够抑制动脉壁脂质沉着和结缔组织的增生。因而有抗动脉粥样硬化作用。二.海洋微生物多糖 微生物多糖的广泛研究和应用主要局限于陆地。随着对海洋微生物活性物质的研究不断深人，从海洋微生物中发现多种有趣的有生物活性的化合物，但这些像具有生物活性的化合物在陆地却没有发现。人们不断从海洋微生物中频频发现像琼脂这样陆地少有的聚糖物。这些事实说明海洋环境可能是海洋生物合成和降解像多糖这样聚合物的有效资源。目前，海洋微生物多糖的研究主要集中在海洋微藻多糖和海洋细菌多糖，对海洋真菌多糖的研究较少。1.微藻多糖的免疫调节功能海洋微藻分布广泛、种类繁多，具有繁殖迅速、生长周期短、环境适应能力强、易培养、光合利用度高、营养丰富、生物产量高等众多特点，其盛衰或间接影响着整个海洋生态系统的生产力水平。随着全球性陆地资源的衰竭，海洋微藻资源的开发与利用已成为当今世界人民关注与研究的热点领域之一。近年来，随着海洋微藻大规模人工培养技术的逐步完善，分离提取工艺的改进，以及现代生物技术，如遗传工程、基因工程等的迅猛发展，人类对海洋微藻的研究利用已进入一个崭新的时代。海洋微藻细胞中富含多种微量元素与生物活性物质，如多糖、蛋白质、不饱和脂肪酸、色素等，使其不仅成为水产经济动物育苗过程中不可缺少的重要饵料，而且还成为人类极好地天然保健食品。此外，海洋微藻在食品、医药、饲料添加剂、基因工程、化妆品、化工、环保等领域也都有广阔的应用前景。近年来，随着分子生物学的发展及大量药理及临床实验研究证明，多糖可以通过激活免疫受体，调节机体的免疫功能来达到治疗疾病的作用。概括来说，多糖可以通过一下机制发挥其免疫调节的功能：(1)激活免疫细胞，如巨噬细胞、T和B淋巴细胞、NK细胞、LAK细胞的活性;(2)诱导免疫细胞产生TNF、IFN等细胞因子；（3）激活补体系统，使补体协同抗体或吞噬细胞共同杀灭病原微生物。而其中，海洋微藻多糖作为一种天然多糖，具有来源广泛、毒副作用低、安全性高、免疫增强功能广泛等优点，更作为一种理想的免疫增强剂成为人们研究与开发的热点。1992年，王文涛等已用实验证明，海藻多糖可以增强哺乳动物的特异性面议及非特异性免疫，显著提高其细胞免疫和体液免疫活性。曾波航等用钝顶螺旋藻多糖加入不同浓度的白细胞介素-2(IL-2)来诱导淋巴因子激活白血病患者外周血杀伤细胞(LAK细胞)，结果显示钝顶螺旋藻多糖能够提高LAK细胞的活性15.3%30.5%,而且还能减少IL-2的用量。2.微藻多糖的抗肿瘤活性癌症是威胁人类生命健康的几大“杀手”之一。现代的手术、化疗等医疗手段虽然可以延长癌症病人的生命，但随之而来的一些副作用，如脱发、免疫功能降低、肾功能损伤等使病人的生活苦不堪言。近年来，随着人们对海洋生物研究的日益深入，安全性高、毒副作用小、环境污染低、抑瘤效果好的海藻多糖逐渐被人们发掘出来，用于癌症的辅助治疗。目前，从海带、亨氏马尾藻、紫菜、昆布、角叉菜、海蒿子等海藻中提取的多糖经证明都有较强的抗肿瘤活性。而对海洋微藻的抗肿瘤研究集中于螺旋藻多糖，其它海藻多糖的抗肿瘤研究比较罕见。3.微藻多糖的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。4.海洋细菌多糖的骨愈合作用由深海中的细菌分泌而来的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，这还有待进一步研究。三.海洋动物多糖海洋动物多糖分布极为广泛，几乎存在于所有海洋动物组织器官中。国内外学者从多种海洋动物体内提取出不同种类的生物活性多糖，如甲壳动物虾、蟹等中的甲壳质，多孔动物海绵，棘皮动物刺身、海星中的硫酸多糖，软体动物乌贼、扇贝、文蛤、鲍鱼等中的糖胺聚糖及酸性黏多糖等。海洋动物多糖主要存在于结缔组织基质和细胞间质中，但机体中多糖的分布不是均一的，而是随坐直类型而定，如硫酸软骨素和硫酸角质素主要存在于软骨和骨架组织中，而透明质酸在关节液、玻璃体、脐带中含量较高。具有抗肿瘤，抗病毒，降血脂，抗氧化，增强免疫等作用。四动物多糖的提取、分离1.多糖提取由于几乎所有动物多糖都与蛋白质相连，因此动物多糖的提取分离首要问题是在多糖不被显著降解的条件下去除结合的蛋白质。动物多糖早期提取是经水、氯化钠、醋酸钠或三氯醋酸溶液提取，再除去蛋白质醇沉后得到粗制物。近年来大都采用碱提取法或蛋白酶水解法。用水及中性盐溶液提取较温和，适用于透明质酸等不含硫酸基多糖的提取(因为硫酸基经碱处理后易发生Walden转化或形成3,6-内醚衍生物而发生脱硫现象)。稀碱液提取法适用于多糖与蛋白质间结合型的转化，碱提取法是基于蛋白多糖中的糖肽键对碱的不稳定性，提取过程应在温和条件下，以避免氨基多糖的碱降解。研究表明，提取乌贼头部软骨氨基多糖时，2% SDS(sodium dodecylsulphate)比4mol Gdn-HCl(guanidine-HCl)和4% zwittergent提取率高。Karamanos用不同浓度的Gdn-HCl,SDS和尿素溶液提取乌贼皮中氨基多糖，认为4molGdn-HCl提取率最高(可达95%)。蛋白酶水解法是提取动物多糖的理想方法，蛋白酶作用的肽键范围广泛，使蛋白质充分水解。常用的有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和链霉菌蛋白酶。王长云、管华诗近来研究表明，在不改变糖链结构的前提下先用碱处理，再用蛋白酶水解，对于动物多糖的释放十分有效。所得提取液中小分子组分可用渗析法、凝胶过滤法除去，多糖中残留的游离蛋白质可用蛋白沉淀剂如三氯乙酸、鞣酸等除去，少量蛋白则Sevag法除去。除去蛋白质等非多糖物质后，提取液经冷冻干燥(冷冻干燥前可减压浓缩)或沉淀后干燥得到动物多糖粗制品。2. 多糖的分离多糖与蛋白质的结合不是物理或离子结合，而是共价结合。经碱提取及蛋白酶水解的组织消化液，是组分及性质相近的多糖混合物，它们的多羟基及强电解性使其处于可溶状态，除去残留蛋白质和各种小分子将为多糖的进一步分级分离创造条件。利用各种多糖的溶解度不同及电荷密度的差异进行分离，由于各种多糖结构和活性的不均一性和分子量的高分散性，利用上述性质分得单一多糖后，还可按其理化性质及生物活性进一步分离。(1).沉淀法沉淀法是最简便最常用的方法，此法是利用多糖在不同溶剂中的溶解度不同。多糖具有较强极性, 在其水溶液中加入乙醇、丙酮或甲醇等有机溶剂, 即可产生沉淀。不同多糖所含极性基团及分子量也不同，分子量小的溶解度大，分支多的较直链的水溶性好，采用不同浓度的有机溶剂,可得不同组分的多糖。沉淀法中常用的沉淀剂有:乙醇、钡盐或锌盐(用于硫酸皮肤素)、硫醇铵-吡啶(用于透明质酸)、乙酸钾(用于肝素)等。常用的方法为：乙醇沉淀法；含盐溶液沉淀法。(2).利用电离性质不同的分离方法多糖分子中可电离基团有羟基及硫酸基，PK值，立体结构位置及硫酸基相连的基团不一，不同的羟基及硫酸基的PK值又有微小不同。与此同时，各种多糖中有羟基及硫酸基数量也存在差别，这些差别成为多糖分离的重要依据。常用的方法为：季铵盐络合法；电泳分离。五.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。参考文献：1 刘天龙, 许剑琴. 多糖现代研究及应用进展J. 中国兽医杂志, 2004,40(3): 24-26.2 马宝瑕, 陈新, 邓军娥. 中药多糖研究进展J. 中国医院药学杂志,2003, 23(6): 360-362.3 沈鸣, 陈建伟. 氨基多糖的药理研究进展J. 上海医药, 2001, 22(6):268-269.4