褐藻多糖硫酸酯的药理活性及作用机制研究进展.doc

褐藻多糖硫酸酯的药理活性及作用机制研究进展216中国生化药物杂志ChineseJournal.fBi.chemicalPhamaceutics2008年第29卷第3期褐藻多糖硫酸酯的药理活性及作用机制研究进展李涛,吉爱国1,2,3(1.山大威海国际生物技术研发中心,山东威海264209;2.山东大学威海分校海洋学院,山东威海264209;3.山东大学药学院山东济南250012)摘要:目的介绍关于褐藻多糖硫酸酯的最新药理活性的研究状况及可能的机制,为进一步研究其各种生物学功能提供参考.方法对近几年来有代表性的中英文文献进行分析,归纳.结果褐藻多糖硫酸酯拥有许多有前景的药理活性.结论加强对褐藻多糖硫酸酯的药理活性和作用机制的进一步研究,对于有目的的进行应用开发方面的研究有重要指导意义.关键词:褐藻多糖硫酸酯;活性;抗肿瘤;抗病毒中图分类号:R963文献标识码:A文章编号:10051678(2008)03021604ResearchprogressOnpharmacologicalactivitiesandmechanismofsulfatedfucanLITao.JIAiguo(1.SDU-WeihaiInternationalBiotechnologyR&DCenter,Weihai264029;China;2.MarineSchoolofShandongUniversityatWeihai,Weihai264029,China;3.PharmaceuticalSchoolofShandongUniversity,inan250012,China)褐藻多糖硫酸酯(sulfatedfuean,FPS)是目前研究最多的非哺乳动物来源的具有生物活性的硫酸化多糖,主要存在于藻类和棘皮动物中.FPS是一种水溶性杂聚糖,主要组分是三一褐藻糖.4一硫酸酯,其次还伴随有少量的半乳糖,甘露糖,木糖,葡萄糖,阿拉伯糖,糖醛酸,蛋白质以及K,Na,ca,Mg等金属离子.FPS的分子组成和结构复杂,其主要结构特征是1,2-联结的聚a一三一吡喃岩藻糖,硫酸酯主要发生在C一4位的羟基上.近年来研究发现FiX5具有抗肿瘤,抗凝血,抗病毒等多种生物活性,对它的研究已经成为研究天然海洋药物的热点和主攻方向,本文就对其国内外最新的活性及机制研究进展做一综述.1抗肿瘤活性及其作用机制近年来研究发现海带多糖提取物(主要是FPs)对于多种肿瘤和癌细胞具有抑制作用.从海带中分离的FiX5经实验证明对人胃癌NKM,肝癌SMMC细胞的体外增殖具有明显的抑制效果,同时还对卡铂抑制NKM,SMMC细胞体外增殖具有很好的增效作用.动物实验显示FPS对小鼠艾氏腹水瘤细胞有显着的抑制效果.Mamyama等_2发现FPS可以通过调节辅助一1T细胞和杀伤细胞来杀灭肿瘤.FPS对人自血病HL-60细胞具有显着生长抑制作用,并呈量效和时效关系;浓收稿日期:20070925作者简介:作者简介:李涛(1983一),男,山东青岛人,硕士研究生,研究方向为糖生物学,TelEmail:litao一14hotmail.toni0度为300和500mg/L的FPS作用于HL-60细胞后,观察到典型的细胞凋亡形态学特征;DNA凝胶电泳呈现梯状条带;DNA直方图出现亚G峰.在一定浓度范围内,羊栖菜多糖(主要为FPS)诱导细胞凋亡的作用呈现浓度和时间依赖性,同时G2/M期细胞比例增多.采用电镜,琼脂糖凝胶电泳,流式细胞术等手段来检测的凋亡特征证实FPS的抗肿瘤机理是诱导肿瘤细胞凋亡,同时结果提示羊栖菜多糖诱导肿瘤细胞凋亡,可能与其对G,期阻滞有关.羊栖菜多糖对人胃癌细胞SGC.7901和人直肠癌COL0+205也有较好的疗效,可阻滞SGC一7901人胃癌细胞内Go/G期进入S期,升高细胞凋亡指数(APO%)b.羊栖菜多糖还能够改变肿瘤机体红细胞的合淌度,并使之趋向于正常机体水平,这可能与其改变红细胞表面的电荷密度有关L4.由于体外培养的细胞系统基本上排除了免疫作用,说明FPS抗肿瘤效应包括直接杀伤肿瘤细胞的途径.此外,实验发现,小鼠腹腔注射FPS能提高腹腔巨噬细胞中的过氧化物酶活性及细胞的吞噬功能,使细胞毒作用增强;实验还发现腹腔巨噬细胞的数量亦有明显增加,且呈剂量依赖性.在对巨噬细胞和小鼠Sts0肿瘤细胞的影响实验中,还发现FPS能明显促进小鼠腹腔巨噬细胞的细胞毒活性,并有效杀伤Sl踟肿瘤细胞.说明FPS还能够通过促进巨噬细胞的功能,增强细胞毒活性,从而破坏和清除肿瘤细胞.2抗凝血活性及其作用机制FPS具有显着的抗凝血活性,对内源性和外源性凝血途径均具有良好的抑制作用,连续给药后可降低血浆纤维蛋白原的含量,抑制静脉血栓的形成_5J.FPS的抗凝血活性不及中国生化药物杂志chineseJ.um&IofBi0cheroicalPharmaceutics2008年第29卷第3期I肝素,在较低浓度范围内,肝素显示出较好的抗凝血活性,FPS的作用则较平缓,可避免类似肝素引起的出血等副作用.大量的研究表明,FPS具有抗血栓形成和溶解血栓的双重作用,在溶栓的同时能防止新的血栓形成,目前临床应用的抗凝血剂肝素并不具备这样的特点.FPS具有明显的促纤溶药理活性l6,其活性作用随FPS浓度的增加而增强,大量研究表明FPS抗血栓活性的主要机制是抑制凝血酶原的激活及凝血酶活性.从枯墨角藻中提取的FPS在体内外实验中均显着延长了血凝时间,并表现剂量依赖性;实验还显示FPS的抗凝血作用与血浆抗凝血酶介导的凝血酶抑制有关.另外的研究表明,FPS与肝素一样能以l:l的比例和抗凝血酶相结合,不过这种结合并不牢固_8J.实验证明,FPS的生物活性与硫酸基的含量之间存在密切的联系.其抗凝血活性随着硫酸化程度增加而增加,脱硫处理则活性降低,硫酸根含量减少20%就完全失去抗凝活性.最近几年,治疗性血管新生和血管生成被应用于治疗慢性局部缺血.FPS能够与内皮祖细胞相互作用,产生新生血管l13.碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)能够促进新生血管的生成,问质衍生因子一1(SDF一1)也能够刺激新生血管的形成.低分子FPS能够在小鼠的实验中增强bFGF的活性,诱导SDF一1产生从而促进局部缺血小鼠模型的血管的新生,对局部缺血有很好的治疗效果lI.而且FPS还可以通过与bFGF的连接保护它的活性和控制它的释放lI.Andrew等llJ发现低相对分子质量的FPS能够通过增强血管内皮生长因子165(VEGFI65)和血管内皮生长因子受体一2(VEGF一2),Neuropilinl(NRP1)之间的连接来促进血管的新生.3改善肾功能及其作用机制草酸盐是肾结石的主要组成部分,它能够诱导自由基从而破坏肾脏膜.Veena等l17发现皮下注射FPS能够可以缓解体内草酸盐毒性,使患有高草酸症的小鼠的各项生化指标恢复正常,进一步的研究发现皮下注射FPS能够减少体内草酸盐的量,增加一水草酸钙的排泄,减少肾结石的沉积lI.Wang等l19j发现从海带提取的FPS能够抑制一水草酸钙的成核和聚集,并诱导二水草酸钙晶体的形成从而抑制草酸钙结石的形成.因此FPS对于高草酸症的治疗前景很好.在各种慢性肾脏疾病进展至肾功能衰竭的过程中,肾小球系膜细胞(GMC)均参于其发生和发展,表现为GMC增生,细胞外基质(ECM)合成增加,降解减少,最终导致肾小球硬化.有研究显示FPS可显着抑制GMC增殖,明显抑制其分泌细胞外基质成分纤连蛋白(FN),胞因子转化生长因子口(TGFf3I),提示可能减少肾小球内ECM堆积,延缓肾小球硬化,保护残余肾功能l2.这可能是FPS防治慢性肾衰竭的重要环节之一.这一结果也为FPS应用于临床治疗慢性肾衰竭提供了分子细胞学理论基础.FPS在治疗单侧肾切除并阿霉素静脉注射的阿霉素肾硬化模型中,能减少尿蛋白,降低尿素氮(BUN)和肌酐(Cr).减轻基质增生和肾小球硬化.减少TGFB1,FN,型胶原(Col)的表达,下调肾皮质中TGF-Bl,纤溶酶原激活剂抑制因子lmRNA(PAllmRNA)的表达,延缓肾小球硬化,对肾脏起到保护作用.研究还发现FPS对于氮质血症期的糖尿病肾病患者具有改善蛋白尿,纠正低蛋白血症,改善肾功能,与肾素血管紧张素受体拮抗剂(ARB)在糖尿病肾病中的疗效无显着差异,但FPS组尿蛋白的下降,白蛋白(ALB)的上升及肾功能的改善较ARB组迅速(均于治疗后6个月出现,而ARB组则于治疗后l2个月出现).另外还发现,FPS对血糖,血尿酸的控制及肾小管功能的改善也有显着的效果,而ARB未发现此结果.临床中FPS可以通过降低蛋白尿,改善肾功能而延缓糖尿病肾病患者肾功能的进展.4抗病毒活性及其作用机制实验表明,FPS具有显着的抗病毒作用.在病毒感染的同时将从Undariapinnatifida孢子叶中提取的FPS用于l型单纯疱疹病毒(HSV1),2型单纯疱疹病毒(HSV一2),人巨细胞病毒,甲型流感病毒的Ic50分别为2.5,2.6,1.5和15g/mL,这表明FPS对那些有包膜的病毒有抗病毒活性,但是当病毒感染细胞结束后再添加FPS,它表现出的活性低于上面的两者同时进行的实验.需要说明的是,FPS对于脊髓灰质炎病毒(PV)和柯萨奇病毒(CoxV)这些非包膜病毒并没有效果j.在体外实验中FPS能够有效抑制呼吸合胞体病毒(RSV)对人上皮细胞株(Hep2)的感染,当浓度大于50mg/L时几乎完全抑制病毒的感染,在小鼠RSV感染模型中,预先喂以FPS的用药组与对照组相比肺部病毒量下降了95%l2.也有研究表明从羊栖菜提取的FPS对HSVl和CoxV所致的细胞病变具有明显抑制241.另外,常温下从小腺囊藻中提取的FPS显示出抗HSVl,HSV一2的作用,且无细胞毒性;而7O提取所得的FPS,硫酸酯含量较低,无抗病毒作用l2.进一步的研究发现,从展叶马尾藻中提取的FPS能抑制HSV一2的复制.FPS在很低浓度时即能抑制病毒与宿主细胞的吸附,在高浓度还表现出直接的杀病毒作用l2.这些结果表明,FPS的硫酸基含量与其抗病毒作用密切相关,可能是通过干扰病毒和宿主细胞之间的吸附来达到其抗病毒作用.5免疫调节活性及其作用机制从许多植物和真菌中分离得到的多糖几乎都有免疫调节的功效.FPS也具有很好的免疫调节作用【.FPS在哺乳动物中已证实能增强特异性免疫功能和非特异性免疫功能,可大大提高小鼠的细胞免疫和体液免疫功能,增强小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力.Teruya等l2J发现高硫酸化的FPS对于U937细胞有抗增殖作用,但是正常的FPS几乎没有此作用,这表明FPS中的硫酸化程度和取代位置对于它的抗增殖效果起着重要作用.Choi等研究了FPS体外的免疫活性,10100mg/mLFPS培养的小鼠脾淋巴细胞有一定的抗肿瘤作用,而且能够促进脾淋巴细胞和血管周围的巨噬细胞的分裂.同浓度的FPS培养的巨噬细胞显示杀死肿瘤的作用,吞噬作用增强,还能提高溶菌体酶活性,增加亚硝酸盐,过氧化氢,肿瘤坏死因子一a以及白介素一6的分泌量,但对自介素一1/11I中国生化药物杂志ChineseJourna1ofBiochemicalPham1aceutics2008年第29卷第3期几乎没有作用.以上说明FPS是巨噬细胞和淋巴细胞的活化剂,其活化的巨噬细胞主要是通过调节自由基(NO和过氧化氢)和细胞因子(肿瘤坏死因子和白介素一6)的含量来达到其对肿瘤的免疫抑制起作用.FPS的免疫调节性质对补体系统的影响也已被研究.通过对补体的经典活化途径和辅助活化途径研究,发现高相对分子质量的硫酸盐多糖对补体活化有影响,而补体活化直接参与僵直性脊椎炎形成过程,由此推断FPS的研究能为该病的防治提供新的策略.6降血脂和降血糖活性及其作用机制在FPS对饮食性高脂血症的大鼠影响实验中发现,给FPS的实验组的胆固醇(TC),三酰甘油(TG),低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C),LDL-C/高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)及TC/HDL-C均显着降低,而HDL-C显着升高_3.另有研究发现,提取白海带的FPS经降解成为低相对分子质量FPS后,也能显着降低高脂血症大鼠血清中TG(P<0.05)和TC(P<0.O1)含量,并提高HDL-C含量(P<0.05).血液中TC增加,沉积在血管壁上,可导致血管张力反射的异常以及血管内膜损伤最终引发动脉粥样硬化,冠心病等心血管疾病;相反,HDL能限制动脉1,c的沉积,是有效的抗动脉粥样硬化的脂蛋白,HDL-C水平与冠心病发病率成负相关J.海带多糖有明显的降血糖作用,其作用有时效性,剂量性,而且高剂量组的降血糖效果与标准药物对照组在统计学上无明显差异.在试验期内海带多糖能明显改善高血糖大鼠的糖耐量,而对血清胰岛素水平的影响不明显.王庭祥等l3将海带多糖按250,500,1000mg/kg体重的剂量连续灌胃大鼠3周后,测定空腹血糖,糖耐量,血脂等指标,发现海带多糖对正常大鼠血糖没有影响,但能明显降低实验性糖尿病大鼠血糖及血脂,提高糖耐量.此外,海带多糖能明显降低糖尿病小鼠血糖和尿素氮,增加糖尿病小鼠的血清钙和血清胰岛素含量,对四氢嘧啶所致的胰岛损伤具有明显的恢复作用.7抗炎活性及作用机制FPS还有抗炎的作用.FPS不仅能够通过选择性抑制激活蛋白一l来减少由脂多糖和肿瘤坏死因子.U活化的巨噬细胞中表达的氧化亚氮的量_3,而且是通过p38促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)和NF-xB依赖两种途径进行信号转导来控制氧化亚氮的量_3.过量的一氧化氦在严重的炎症疾病例如败血病和关节炎中起着重要作用.因此FPS提供了一种新的治疗炎症的方法.FPS还能够用于治疗自由性基质降解导致的一些炎症38.研究发现FPS不但能够抑制皮肤成纤维细胞中的明胶酶A和基质降解酶的分泌,而且能够增强金属蛋白酶和金属蛋白酶组织抑制剂之间的连接.通过人皮肤组织体外实验发现,FPS能够显着降低人白细胞弹性蛋白酶活性从而保护人皮肤弹性纤维网络免受酶的水解.因此FPS还可以通过调节结缔组织蛋白水解酶对炎症进行治疗.8其他作用有人还将从海带中提取并降解得到的3种成分的低相对分子质量FPS进行抗氧化实验表明3种成分都有明显的消除自由基的作用,其中1个含有高葡萄糖醛酸低硫酸根的组分表现出最强的消除自由基的效果.董平等4o用H2【)2对FPS进行降解,发现降解的FPS低聚糖对对超氧阴离子自由基具有很好的消除作用,而且硫酸根含量低的产物抗氧化活性好.陆艳娟等H4,_研究了FPS对老龄小鼠抗氧化酶活性的实验表明,FPS能够提高脑,肾,心的超氧化物岐化酶(SOD),谷胱甘肽过氧化物酶(GSHpx),过氧化物酶(POD)的活性,降低丙二醛(MDA),脂褐素(LPF)的含量,与对照组比较差异显着.因此FPS具有消除体内自由基,防止细胞结构损伤,抗机体衰老的活性.9结语综上所述,FPS的药理活性非常广泛,而且各种活性间相互关联.不仅具有降血脂,抗凝血等防治心血管疾病的功效和抗肿瘤,抗病毒的活性,而且还能清除自由基从而起到保护机体免受各种损伤的作用.FPS在日本,美国作为预防和治疗癌症及血栓疾病的药物已进入市场,我国学者对FPS也进行了大量的研究,目前已利用其开发出防治心,脑,肾血管疾病的药物,并在临床上取得了满意的效果.但FPS的药用价值还远远没有得到充分挖掘,它的药理活性与结构之间存在着必然的联系.随着我们对其结构的了解的深入,我们对它的功能和机制的研究将更加彻底.FPS必将在临床新药和保健品开发上具有广阔的前景.参考文献:1BerteauO,MulloyB.Sulfatedfucans,freshperspectives:structures,functions,andbiologicalpropertiesofsulfatedfucansandanoverviewofenzymesactivetowardthisclassofpolysaccharide【J.Glyeobiolog,2003,13(6):29R-40R.2MaruyamaH,TamauchiH,IizukaM,eta1.TheroleofNKcellsinantitumoractivityofdietaryfucoidanfromUndarlapinnatifidasporophylls(Mekabu)J.PlantaMed,2006,72(15):14151417.3季宇彬,高世勇,张秀娟.羊栖菜多糖抗肿瘤作用及其作用机制的研究J.中国海洋药物,2004,23(4):7-10.4季宇彬,王种,吴涛.高效毛细管电泳分析羊栖菜多糖对肿瘤机体红细胞合淌度的影响J.色谱,2007,25(3):322325.5王春玲,张全斌.褐藻多糖硫酸酯抗凝血活性的研究J.中国海洋药物,2005,24(5):3638.6QiuxD,AnandaA,VasantD.EffectofoversulfationonthechemicalandbiologicalpropertiesoffucoidanJ.CarbohydrPolym,2006,63(2):224228.7YoonSJ,PyunYR,HwangJK,eta1.AsulfatedfucanfromthebrownalgaLaminariacichorioideshasmainlyheparincofactorlIdependentanticoagulantactivityJ.CarbohydrRes,2007,342,23262330.8NishinoT,FukudaA,NagumoT,eta1.InhibitionofthegenerationofthromrinandfactorXabyafucoidanfromthebrownseaweedEckloniakuromeJThrombRes,1999,96(1):3749.9DuaneME,CardosoMA,NosedaMD,eta1.StructuralstudiesOilfucoidansfromthebrownseaweedSargassumstenophylumJ.CarbohydrRes,2001.333(4):281293中国生化药物杂志ChineseJourna1ofBiochemicalPharruaceutics2008年第29卷第3期10HarounBouhedjaF,ElloualiM,SinquinC,etalRelationshipbetweensulfategroupsandbiologicalactivitiesoffucansJThrombRes,2000,100(5):453459.11潘家祜,陈阳,常建杰,等.褐藻多糖硫酸酯抗PAF作用研究J.中国海洋药物,2003,93(3):710.112jChevolotL,FoucauhAChaubetF,eta1.Furtherdataonthestructureofbrownseaweedfucans:relationshipswithanticoagulantactivitylJj.CarbohydrRes,1999,319(124):15416513jBoissonVidalC,ZemaniF,CaligiuriG,eta1.Neoangiogenesisinducedbyprogenitorendothelialcells:effectoffueoidanfrommarinealgaelJj.CardiovascHematolAgentsMedChem,2007,5(1):6777.114LuytCE,MeddahiPell4A,HoTinNoeB,etalLowmolecularweightfucoidanpromotestherapeuticrevascularizationinaratmodelofcriticalhindlimbischemiaJJ,JPharmacolExpTher,2003,305(1):2430,l15jNakamuraS,NambuM,IshizukaT,eta1.Effectofcontrolledreleaseoffibroblastgrowthfactor-2frontchitosan/fucoidanmicrocomplex-hydro-geloninvitroandinvivovaseularizationlJj.JBiomedMaterResA,2007,Sep5.16jtakeAC,VassyR,DiBenedettoM,eta1.LowmolecularweightfucoidanincreasesVEGF165-inducedendothelialcellmigrationbyell?-hancingVEGF165bindingtoVEGFR-2andNRP1JJ.JBiolChem,2006,28l(49):3784437852.117JVeenaCK,JosephineA,PreethaSP,eta1.Renalperoxidativechangesmediatedbyoxalate:theprotectiveroleoffucoidanJ.LifeSci,2006,79(19):1789一l795.18VeenaCK,JosephineA,I)reethaSP,etalPhysico-chemicala1ter.ationsofurineinexperimentalhyperoxaluria:abiochemicalapproachwithfucoidanJ.JPharmPharmacol,2007,59(3):419.427.119JWangQH,ZhenH,WuXM,eta1.SimulationinvitrooninhibitionofcalciumoxalatecalculusinlithogenicurinebysulfatedpolysaccharideisolatedfrontlaminarinJ.JSynthCryst,2006,35(6):12961300.2O薄守波,鞠建伟,李建远,等.褐藻多糖硫酸酯对人肾小球系膜细胞增殖及纤连蛋白与转化生长因子分泌的影响J.中华肾脏病杂志,2006,22(10):63863921胡昭,王兆华,彭涛,等.褐藻多糖硫酸酯对阿霉素肾硬化大鼠肾脏保护作用的研究J.山东大学(医学版),2006,44(3):291295.22JLeeJB,HayashiK,HashimotoM.eta1.NovelantiviralfucoidanfrontorophyllofUndariapinnatda(Mekabu)J.ChemPharmBull,2004,52(9):10911094.123JMalhotraR,WardM,BrightH,etalIsolationandcharacterization0fpotentialrespiratorysyncytialvirusreceptor(s)onepithelialcellsJMicrobesInfect,2003,5(2):12313324岑颖洲,王凌云,马夏军,等.羊栖菜多糖体外抗病毒作用研究J.中国病理生理杂志,2004,20(5):765768l25JPonceN,PujolC,DamonteE,eta1.FucoidanfrontthebrownseaweedAdermcystisutricularis:extractionmethods,antiviralactivitvandstructuralstudieslJJ.CarbohydrRes,2003,338(2):153165.126JZhuW,OoiVE,ChanPK,eta1.Isolationandcharacterization0fasulfatedpolysaecharidefrontthebrownalgaSargassumpatensanddeterminationofitsantiherpesactivityJ.BiochemCellBiol,2003.81(1):2533.27ZhuW,Chiu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