多糖是近年来研究较多的一种活性成分,具有抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、抗凝血、降血糖降血脂等生物活性。但是,多糖作用靶点不明确、分子质量大、黏度高、生物利用度低,极大限制了其在医药上的开发应用。近年来,寡糖的相关研究逐渐增多,与多糖相比,寡糖结构清晰、水溶性高、生物利用度好,部分寡糖显示出与母糖相似或高于母糖的生物活性。因此,寡糖的开发研究对糖类化合物的发展具有重要的科学意义。
褐藻糖胶是羊栖菜中重要的活性成分,但是,羊栖菜褐藻糖胶也存在分子质量大、黏度高等特点,限制了它的开发利用。寡糖的研究有利于推进褐藻糖胶进一步的发展。齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院生物研究所的刘 雪、任晨瑜、贾爱荣*等从羊栖菜中分离纯化得到一种褐藻糖胶,采用酸降解法降解得到5种寡糖组分,通过测定活化部分凝血活酶时间(APTT)、凝血酶时间(TT)、凝血酶原时间(PT)评价其抗凝血活性。筛选高抗凝血低分子质量寡糖组分,对其结构进行质谱解析,探究羊栖菜抗凝血褐藻糖胶寡糖的结构特征。
1、褐藻糖胶的分离纯化、分子质量和理化性质分析
从羊栖菜中提取得到褐藻糖胶粗品,经DEAESepharose Fast Flow阴离子交换柱分离纯化,得到3个明显的洗脱峰(图1),收集含量最高的2 mol/L NaCl溶液洗脱组分为SFF。测定褐藻糖胶SFF的分子质量和理化性质如表1所示。SFF的分子质量较高,为708 kDa;总糖质量分数为56.44%;蛋白质量分数较低,为1.14%;硫酸基质量分数为26.22%,不含糖醛酸。SFF的分子质量和理化性质测定结果与前期报道的结果相似。
2、褐藻糖胶的单糖组成分析
如图2所示,通过与标准品对比可知,SFF由岩藻糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖4种糖基组成,物质的量比为67.11∶26.69∶2.54∶3.66,其中岩藻糖和半乳糖为主要组成成分。SFF含有大量的硫酸基团和岩藻糖,进一步表明SFF是褐藻糖胶的一种。
3、寡糖的分离纯化
如图3所示,多糖降解产物分离后,得到5种寡糖组分,根据分子质量大小,命名为P1~P5,其中P1分子质量最大。
4、寡糖的抗凝血活性
如表2所示,5种寡糖组分均可延长APTT,其中寡糖组分P1、P2、P3对APTT的延长作用高于P4、P5,P3的延长作用尤其明显。对TT和PT无延长作用,说明羊栖菜褐藻糖胶寡糖组分对内源性或者共同凝血途径有抑制作用,对凝血酶活性、纤维蛋白的聚合以及外源性凝血途径的作用不大。与肝素相比,寡糖组分对APTT的延长作用偏低,但是较为温和,随着浓度的增加,延长作用逐渐增加,而肝素在50 µg/mL时,APTT已达到200 s。此外,肝素对PT和TT均具有显著的延长作用,而寡糖组分对PT和TT的延长作用不明显,说明羊栖菜褐藻胶寡糖与肝素的抗凝机制不完全相同。
5、寡糖组分P3的质谱及核磁共振波谱分析
负离子模式下的一级质谱(图4)显示P3主要存在双电荷离子峰m/z 307,表明P3主要由分子质量为616 Da的寡糖片段组成,推断其为二硫酸化岩藻三糖[Fuc3(SO 4 ) 2 ] 2- 。二级质谱给出了m/z 307(图5)的断裂片段,但是信息相对较少。因此,对寡糖组分P5、P4中的寡糖片段进行质谱分析,进而推断出二硫酸化岩藻三糖的结构。
图6 是寡糖组分P5的一级质谱,离子m/z 243推断为硫酸化岩藻单糖,是其主要的寡糖片段。二级质谱(图7)显示了离子m/z 243断裂片段信息,碎片离子m/z 139推断为 0,2 X断裂,而 0,2 X断裂是C-2硫酸化的主要断裂方式,推断硫酸基团可能位于C-2位。高丰度碎片离子m/z 97的出现表明硫酸基团也可能位于C-3位。因此,硫酸基团可能位于岩藻糖的C-2或C-3位。
图8 是寡糖组分P4的一级质谱,离子m/z 389推断为硫酸化岩藻二糖,是其主要的寡糖片段之一。二级质谱(图9)显示了离子m/z 389的碎片离子信息,m/z 329的出现表明二糖间的连接方式为1→4连接,且还原端岩藻糖C-3位上无硫酸基团。未出现碎片离子m/z 139表明还原端岩藻糖的C-2位上无硫酸基团,因此硫酸基团位于非还原端的C-2或C-3位。综上所述,硫酸化岩藻二糖可能存在以下异构体:α-L-Fucp(2SO 4 )-(1→4)-α-L-Fucp和α-LFucp(3SO 4 )-(1→4)-α-L-Fucp。
如图10所示,α-L-Fucp-(1→4)-α-L-Fucp(3SO 4 )-(1→4)-α-L-Fucp(2SO 4 ),α-L-Fucp-(1→4)-α-L-Fucp(2SO 4 )-(1→4)-α-L-Fucp(2SO 4 ),α-L-Fucp-(1→4)-α-L-Fucp(3SO 4 )-(1→4)-α-L-Fucp(3SO 4 ),α-L-Fucp-(1→4)-α-L-Fucp(2SO 4 )-(1→4)-α-L-Fucp(3SO 4 )。二硫酸化岩藻三糖中硫酸基团的位置还可通过核磁共振氢谱进一步确定。如图11所示,低场区δ 5.00~5.50为α-L-Fucp异头氢所在的区域,主要有3个异头氢信号δ 5.16、5.26及5.42,δ 1.25是岩藻糖C-6位甲基上的氢信号。
结论
从羊栖菜中提取并分离纯化得到褐藻糖胶SFF。通过高效液相色谱法、高效凝胶渗透色谱法、化学法测定了褐藻糖胶的单糖组成、分子质量、理化性质。采用盐酸降解法将SFF降解成寡糖,并通过Bio-gel P4凝胶色谱柱有效分离,最终得到5种寡糖组分P1~P5。5种寡糖组分均可延长APTT,其中寡糖组分P1、P2、P3对APTT的延长作用高于P4、P5,P3的延长作用尤为明显。5种寡糖组分对TT和PT无延长作用,说明SFF寡糖主要对内源性和共同凝血途径有抑制作用。选择高抗凝血活性同时分子质量最小的寡糖组分P3进行质谱分析,探究羊栖菜抗凝血褐藻糖胶寡糖的结构特征。结果表明,寡糖组分P3纯度较高,主要由二硫酸化岩藻三糖寡糖片段组成,结构为α-L-Fucp-(1→4)-α-L-Fucp(3SO 4 )-(1→4)-α-LFucp(2SO4),α-L-Fucp-(1→4)-α-L-Fucp(2SO 4 )-(1→4)-α-LFucp(2SO 4 ),α-L-Fucp-(1→4)-α-L-Fucp(3SO 4 )-(1→4)-α-LFucp(3SO 4 ),α-L-Fucp-(1→4)-α-L-Fucp(2SO 4 )-(1→4)-α-LFucp(3SO 4 )。本实验筛选出一种具有良好抗凝血活性的高纯度寡糖组分,揭示其结构特点,丰富了抗凝血褐藻糖胶寡糖的研究。
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