褐藻胶寡糖（Alginate Oligosaccharide，AOS）是由褐藻胶通过糖苷键断裂或其单糖成分通过生物合成 / 有机合成获得的含 2~25 个糖单元的低聚合度糖，由于其分子量低、水溶性高、安全无毒等特点，近年来受到研究人员的高度关注。AOS 具有多种独特的生物活性，例如免疫调节、抗菌、抗氧化、益生元、抗高血压、抗糖尿病、抗肿瘤等，在药物研发、保健食品开发和绿色农业等领域具有广阔的开发前景。本文主要阐述了近年来褐藻胶寡糖在医药方面的生物活性研究进展。
褐藻胶寡糖的生物活性
1免疫调节活性
AOS 可促进细胞分泌细胞因子从而对免疫系统进行调节。
均可诱导人外周白血病细胞系U937 产生细胞因子。
同时发现利用酶解制备的 AOS（DP 2~5）可通过高 RAW264.7 细胞中 NO 合酶的表达来诱导 NO的生成，NO 是 1 种多功能分子，可充当血管松弛剂，神经递质，炎症介质和特异性免疫调节剂。
Kurachi 等[15]也发现利用褐藻胶裂解酶（来自 Pseudoalteromonas sp. strain No. 272）降解制备的 AOS 比未降解的褐藻胶更能增加肿瘤坏死因子（TNF）-α 的诱导活性。
为进一步阐明其转运和信号传导过程，并了解其免疫反应的分子机制，Fang 等[6]在细胞系 RAW264.7中加入 GAOS，发现在体内和体外实验中均可通过细胞骨架重塑和巨噬细胞增殖提高先天免疫力。
2 抗氧化活性
几项研究表明，AOS 能有效抑制氧化应激，对氧化应激引起的疾病具有足够的抵抗力。AOS 是 1 种具有潜在临床应用价值的抗氧化剂，而 AOS 的药代动力学及其抗氧化活性的机制可能成为另 1 个具有挑战性的研究领域。
甘露糖醛酸和古洛糖醛酸之间唯一的结构差异是 C5 羧基的方向，它们的空间排列并不会影响褐藻胶寡糖的抗氧化活性。
尽管 AOS 清除自由基的能力已得到了很好的证明，但是关于其机理的研究甚少。对其抗氧化活性的分子机制研究将使 AOS 能够得到合理的修饰，从而使 AOS 衍生物适应特定的应用。
3抗炎活性
越来越多的研究表明炎症与多种疾病发展有关，例如癌症、肥胖和心血管疾病[34-35]。Toll样受体，特别是 TLR4，在炎症的发生发展中具有重要作用[36]。脂多糖（LPS）对 TLR4 信号通路的刺激触发了一系列信号转导，从而导致转录因子 NF-κB、几种激酶（例如 MAPK、Akt 和 PI3K）的激活，增加了炎症相关介质的合成，包括 NO、前列腺素 E2（PGE2）、ROS、促炎蛋白（例如 iNOS和 COX-2）和促炎细胞因子等[37-38]。而在大多数情况下，过度的炎症反应会对身体产生不利影响。
经研究发现，发现褐藻寡糖可以抑制小胶质细胞的激活并减弱炎症介质的产生，从而在神经炎症的治疗中发挥作用[43]。
4 抗肿瘤活性
在经济发达国家，癌症是主要的死因，而在发展中国家，癌症是第二高的死因[45]。长期以来，化疗法一直是癌症治疗的重要方式[5]，但常常伴随着严重的不良反应[46]。例如，铂类药物顺铂、卡铂和奥沙利铂常用于癌症治疗，使用受到严格的剂量限制[47]。
为了解决现有化学治疗剂的毒性问题，越来越多的科学家正在海洋中寻找无毒的抗肿瘤天然产物。其中，AOS （即褐藻寡糖）作为 1 种非免疫原性、无毒且可生物降解的聚合物，已成为生物医学应用的有吸引力的候选者[48]。
AOS 及其硫酸化衍生物的抗肿瘤作用涉及多种机制，包括抑制肿瘤细胞的增殖和迁移、调节免疫防御反应以及提高抗氧化和抗炎能力。
目前的研究已经鉴定出 AOS 的多种抗肿瘤特性，表明 AOS 可作为治疗肿瘤的潜在药物，同时，青岛阿吉尼克生物公司生产的海维乐健褐藻寡糖口服液，自研发至生产销售已经5年时间，已经得到很多癌症患者使用后的好评，其在膳食辅助调理上发挥了巨大作用，为褐藻寡糖的推广应用积累的丰富的数据。
5.降血压活性
Hiura 等[51]利 用 酶 解 制 备 的 AOS 钠 盐（4.0%）或钾盐（3.0%）喂食自发性高血压大鼠模型（SHRs）8 周后，发现可降低其收缩压。同时，氯化钾组对收缩压的影响并不比空白对照组的影响大，表明氯化钾并不具有降压作用，而是AOS 起到降压作用。Ueno 等[52]报道了类似的发现，当 SHRs 饲喂酶解制备的 AOS（DP 2~3，平均分子量为 500 Da）以及低盐饮食 7 周后，收缩压趋于减弱，心脏重量趋于下降，而血浆胆固醇水平和尿钠排泄没有改变，同时 AOS 显著减轻了SHRs 的肾小球损伤，这表明了 AOS 对 SHRs 早期肾脏损伤具有保护作用。Terakado 等[53]进一步建立了高盐饮食喂养的盐敏感性高血压大鼠（DahlS）模型，当用酶解制备的 AOS（4% 或 8%，质量比）治疗 7 周时，Dahl S 大鼠的肾小球高血压现象和肾动脉损伤显著减弱。因此，AOS 可用于治疗高血压相关的心血管和肾脏损伤。Moriya等[54]研究了 AOS 降压作用的机制，在高盐饮食（4% NaCl，质量体积比）喂养的 Dahl S 大鼠中皮下给药 AOS（60 mg /d）持续 14 d，几乎完全消除了盐诱导的高血压。但是，AOS 不能改变粪便和尿钠的排泄水平，而尿蛋白的排泄水平却降低了。因此，AOS 对盐诱导性高血压的衰减作用可能是通过对血管的直接作用而不是减少盐吸收。此外，AOS 还可抵抗由苦瓜碱引起的肺动脉高压，通过抑制 p38/MAPK/NF-κB 途径，AOS 可剂量依赖性抑制 P- 选择素的表达[8]。这些研究表明，AOS 具有作为治疗高血压及其并发症药物的潜力。
6 抗糖尿病活性
目前的药物不足以治疗 II 型糖尿病，而且由于发病率较高，各国都在努力寻找新的抗糖尿病药。研究表明，增强胰岛素敏感性和线粒体功能以及促进线粒体生物发生是预防和治疗 II 型糖尿病和肥胖症的共同目标[55]。
Hao 等[56]发现 MAOS(褐藻寡糖中的甘露糖醛酸)（2.8~3.2 kDa）可有效改善 C2C12 骨骼肌细胞的
胰岛素敏感性，在内化到 C2C12 细胞后 MAOS分布到线粒体，并增加了转录调节因子 —— 过氧化物酶体增殖激活受体 c 共激活因子 1a（PGC-1a）、碱棕榈酰转移酶 1（CPT-1）和磷酸化的乙酰辅酶 A 羧化酶（p-ACC）的表达，从而增加了能量消耗。另外，MAOS 可激活胰岛素信号途径和 AMPK 途径，从而导致葡萄糖转运蛋白 4 的mRNA 表达增强和葡萄糖摄取增加。进一步研究发现，当 MAOS 与铬（III）复合时，加强了胰岛素增敏作用。在3T3-L1脂肪细胞中，MAOS-铬（III）配合物激活了 AMPK-PGC1α 信号通路，从而通过脂肪酸 β- 氧化作用的增强促进了线粒体的生物反应，并调节了线粒体的功能，减少了脂质的积累。因此，MAOS 有望成为治疗 II 型糖尿病的新型药物[7]。
7 抑菌活性
研究人员正在寻找新的抗生素来对抗全球范围内越来越严重的细菌多重耐药性。
Ertesvag 等[57]通过酶解制备的 AOS（褐藻寡糖） 与 19 种不同病原细菌进行抑菌研究发现，褐藻寡糖对 10 种病原体（包括大肠杆菌、副伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌等）表现出显著的抑制作用。
此外，Khan 等[58]利用海带褐藻胶制备的 Oligo-G（平均 MW 2 600 Da）提高了常规抗生素对 21 种不同的多药耐药临床分离株（包括假单胞菌、伯克霍尔德氏菌和不动杆菌属等）的功效（MIC 最高降低至原浓度 1/512），其中在 10%（质量体积比）Oligo-G 的存在下，生物被膜的生长明显减弱，细菌活力下降。
另外，An 等[59]也发现褐藻胶裂解酶制备的 OligoG CF-5/20（DP 6~8，M ＜ 15%，G ＜ 85%）可破坏铜绿假单胞菌的生物被膜从而有效抑制其生长。
同时在体内实验小鼠肺部感染模型中，Wang 等[60]利用 OligoG CF-5/20（5%，质量体积分数）治疗 8 h 后可显著降低黏菌素的最小生物被膜清除浓度（MBEC），使其从 512 降至 4 μg/mL。
Roberts 等[61]则发现，当与 0.3%（质量体积比）GAOS 组合使用时，三氯生对人工唾液培养基中变形链球菌的抗菌作用增强。GAOS 对已建立的牙龈假单胞菌生物被膜模型的效果较差，但以 0.01%（质量体积比）GAOS和三氯生预处理钛材料后，牙龈假单胞菌的附着受到显著抑制。
此外，GAOS（褐藻寡糖中的古罗糖醛酸） 可影响 11 种念珠菌和 3 种曲霉菌的生长和生物被膜形成，因此具有抗真菌感染的潜力[62]。
因此，酶解制备的 AOS 可与抗生素联用以增强抗生素对耐药病原菌的杀伤作用，也可作为前期处理提高医用材料的抑菌效果，同时也有人提出将 OligoGCF-5/20 作为治疗慢性呼吸系统疾病的吸入剂[64]。
8 益生菌活性
AOS 可通过改善肠道微生物来促进人类健康。
Ramnani 等[70]通过人粪便接种培养测试了通过乙酸或 H2O2水解制备的褐藻胶低聚糖（LMWP）的益生元作用。培养 24 h 后，LMWP 使双歧杆菌从 log108.06 显著增加到 log108.55，而没有改变其他细菌的丰度，同时 LMWP 能增加短链脂肪酸（乙酸和丙酸）的产量。由于不饱和末端结构的存在，与通过物理和化学方法或有机合成制备的饱和 AOS 相比，通过酶解或发酵方法制备的不饱和AOS 对肠道菌群表现出不同的益生元作用。Wang等[71]体内研究表明，饲喂 AOS（2.5%，质量体积比）2 周的雄性 Wistar 大鼠，其粪便中双歧杆菌丰度增加了 13 倍，而乳酸杆菌丰度增加了 5 倍，肠杆菌属和肠球菌属的丰度则降低了，且没有发炎和腹胀的副作用。Han 等[72]将猪粪微生物体外发酵24 h 后，酶解制备的 AOS（1.0 kDa~5.0 kDa）的加入抑制了机会致病菌（埃希氏菌属、志贺氏菌属和嗜胨菌属）的增殖，其活性显著高于其他 2种海洋寡糖 —— 琼脂寡糖（0.4 kDa~1.4 kDa）和卡拉胶寡糖（1.0 kDa~7.0 kDa）。AOS 已作为逆转幼猪断奶引起的氧化应激和肠道疾病的治疗药物，在给药后幼猪小肠的抗氧化能力、血清激素水平和肠道消化吸收功能明显改善。
9 神经保护活性
由氧化应激引起的细胞损伤与衰老过程以及各种神经退行性疾病（例如阿尔茨海默病，AD）有关[73-74]。酶解制备的 AOS 不仅可以有效地防止氧化应激诱导的神经毒性并保护神经元免于死亡，还可以在 AD 体内模型中抑制 Aβ 的形成。
AOS 是治疗神经退行性疾病的有效药物。GV-971 的以菌群为中心的抗 AD 作用将通过重塑肠道菌群，开辟 1 条治疗 AD 的新治疗途径，并通过探索复杂碳水化合物的巨大潜力来指导有效疗法的未来发展。
10 其他生物学活性
除了上述生物学活性外，AOS 还影响细胞功能的其他方面，包括细胞生长调节作用、胆固醇调节、放射防护作用、肠黏液积聚抑制、抗哮喘、抗肥胖活性等。利用褐藻胶裂解酶（来自 Altero-monas sp. No.1786）制得的 AOS 能够增强人类角质形成细胞的增殖。同时，观察到 AOS 对人内皮细胞的类似增殖作用。
然而，将人皮肤成纤维细胞与利用褐藻胶裂解酶（来自 Alteromonas sp.）制备的 AOS（10 mg/mL）共孵育 5 d 后，人皮肤成纤维细胞的增殖降低了 50%，细胞形态发生了变化，这表明AOS 具有成为细胞调节剂的潜力[82]。
低密度脂蛋白（LDL）的水平对于控制动脉粥样硬化和心血管疾病的发生和发展至关重要。LDL 受体介导脂蛋白的代谢，从而维持人体细胞中的胆固醇稳态。通过利用枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis KCTC 11872BP）降解褐藻胶制备的 AOS（＜ 10 kDa）饲喂小鼠 2 周，发现 AOS 一方面通过磷脂酰肌醇 3- 激酶 /Akt/ 糖原合酶激酶 3β 途径激活固醇响应元件结合蛋白 2（SREBP-2），另一方面抑制枯草杆菌蛋白酶 /kexin 9 型（PCSK9）的表达，两者变化均刺激肝低密度脂蛋白受体（LDLR）的表达，导致血浆 LDL- 胆固醇水平降低，从而有效调节了体内和体外脂蛋白的代谢[83]。
海洋多糖，例如岩藻多糖、海带多糖和褐藻胶，均具有抗凝血活性。
利用褐藻胶裂解酶（来自 Vibrio sp. 510）制备的一系列 AOS（373~571 Da）可通过清除自由基和抑制脂质过氧化作用来抵抗紫外辐射[87]。
哮喘是由 Th1 和 Th2 细胞失衡引起的具有潜在致命威胁的肺部疾病。在卵清蛋白诱导型哮喘 BALB /c 小鼠模型中用枯草芽孢杆菌 KCTC11782BP 发酵制备的 AOS 进行治疗，可改善其 Th1/Th2 细胞因子的分泌，表明 AOS 可作为抗哮喘药物[88]。
本文转载自藻类科普微信公众号
