海洋科普|褐藻寡糖

褐藻胶(Alginate)又称海藻酸盐，是一种从褐藻细胞壁中提取的天然多糖醛酸，是唯一一种在单体分子中含有羧基的多糖，其分子式为(C6H7NaO6)n。褐藻胶通过1,4-糖苷键将α-L-古罗糖醛酸(α-L-guluronicacid，G)和β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronicacid，M)连接成聚合长链，因此褐藻胶的组合方式主要有3种：只有M组成的多聚β-D-甘露糖醛酸片段(Polymannuronate, PM)，只由G组成的多聚α-L-古罗糖醛酸片段(Polyguluronate，PG)，以及由G和M组成的共聚物(Heteropolymer，PolyMG)。组成褐藻胶的M和G在结构上互为差向异构体，主要在C5位上羧基位置的不同，且M和G的比率与其生物活性密切相关[1]。

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图：褐藻胶的结构

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图：褐藻寡糖结构

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随着研究的深入，褐藻胶被认为是一种具有重要的免疫刺激、抗凝血、抗病毒和抗癌活性的大分子化合物，然而褐藻胶分子量大、黏性大、难以跨越细胞膜和多重生物屏障，进而限制了褐藻胶的开发和应用[2]。近年来，通过糖苷键水解或生物/有机合成获得的低分子量的褐藻寡糖(Alginateoligosaccharides，AOS)受到了研究者们的广泛关注，其不仅分子量较低，黏性小，易于吸收，而且表现出较强的生物活性[3]，包括免疫调节[4]、益生元[5]、抗炎[6]、抗细胞凋亡[7]、抗氧化[8]甚至抗肿瘤[9]等。
3.1 抗肿瘤活性
AOS可通过抑制肿瘤细胞增殖和迁移，以及调节免疫防御反应等发挥抗肿瘤活性。已有研究证明AOS可通过抑制Hippo/YAP/c-Jun信号通路来减弱人前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。
$ m% ]8 m8 c/ N3 c0 {5 Z) T3.2 免疫调节功能
天然多糖和寡糖具有作为免疫调节剂的潜力。AOS在免疫调节中关键功能之一是诱导细胞因子的活性。在动物试验中发现，AOS可提高断奶仔猪血清中白介素(Interleukin，IL)-6、IL-10、免疫球蛋白(Immunoglobulin，Ig)和IgA浓度，并提高了小肠中分泌型免疫球蛋白A的含量，进而表明AOS可提高免疫球蛋白和细胞因子，增强断奶仔猪的免疫功能。
2 D4 W2 q( D( J" y) t6 W* `( V3.3 抗氧化活性
AOS具有清除自由基的作用，可作为抗氧化剂。AOS的抗氧化活性与AOS中G和M的相对含量无关。C5羧基的方向是G和M之间唯一的结构差异，它们的空间排列不会影响AOS的抗氧化活性，但其制备方法、浓度和分子量可影响AOS的抗氧化活性。
3.4 抗炎症活性
炎症是机体抵御病原体入侵的重要防御机制，可激活机体固有免疫细胞。然而，慢性或过度炎症可出现在慢性疾病过程中，如炎症性肠病、风湿性多肌痛、关节炎、糖尿病、心血管疾病和神经退行性疾病。通过不同的降解方法制备的AOS的抗炎效果明显不同。AOS可通过抑制TLR4/NF-κB和NOD1/NF-κB信号通路，进而提高断奶仔猪的肠道抗炎功能。氧化降解法制备的AOS与使用其他方法制备的AOS相比，具有更强的炎症抑制作用。
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$ X  Y3 g: w$ t- A& L, kAOS是一种有开发前途的天然添加剂，阐明AOS的结构与生物活性之间的关系将有助于靶向制备具有所需组成和结构特征的AOS，从而应用于食品、药品和饲料添加剂等领域。但是，目前对AOS的结构与生物活性之间关系的研究还不够深入，大部分研究集中在AOS混合物的生物活性上，并多以体外模型研究为主，从而限制了AOS的进一步开发和利用。

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参考文献
[1]Yang Han,Lin Zhang,Xiao Yu,Shidan Wang,Chunyan Xu,Heng Yin,Shujing Wang. Alginate oligosaccharide attenuates α2,6-sialylation modification to inhibit prostate cancer cell growth via the Hippo/YAP pathway[J]. Cell Death & Disease,2019,10(5):

[2]Zhou Rui,Shi Xu-Yang,Bi De-Cheng,Fang Wei-Shan,Wei Gao-Bin,Xu Xu. Alginate-Derived Oligosaccharide Inhibits Neuroinflammation and Promotes Microglial Phagocytosis of β-Amyloid.[J]. Marine drugs,2015,13(9):

[3]Falkeborg Mia,Cheong Ling-Zhi,Gianfico Carlo,Sztukiel Katarzyna Magdalena,Kristensen Kasper,Glasius Marianne,Xu Xuebing,Guo Zheng. Alginate oligosaccharides: enzymatic preparation and antioxidant property evaluation.[J]. Food chemistry,2014,164:
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[4]Xu Xu,Wu Xiaoting,Wang Qingqing,Cai Nan,Zhang Hanxue,Jiang Zedong,Wan Min,Oda Tatsuya. Immunomodulatory Effects of Alginate Oligosaccharides on Murine Macrophage RAW264.7 Cells and Their Structure-Activity Relationships.[J]. Journal of agricultural and food chemistry,2014,62(14):

# L* j" T& I( U[5]Wenbin Guo,Jun Feng,Weitao Geng,Cunjiang Song,Yuanyuan Wang,Ning Chen,Shufang Wang. Augmented production of alginate oligosaccharides by the Pseudomonas mendocina NK-01 mutant[J]. Carbohydrate Research,2012,352:
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( A* a/ T5 }8 ^1 Q- L; u[6]Siddhesh N. Pawar,Kevin J. Edgar. Alginate derivatization: A review of chemistry, properties and applications[J]. Biomaterials,2012,33(11):

[7]Solaleh Khoramian Tusi,Leila Khalaj,Ghorbangol Ashabi,Mahmoud Kiaei,Fariba Khodagholi. Alginate oligosaccharide protects against endoplasmic reticulum- and mitochondrial-mediated apoptotic cell death and oxidative stress[J]. Biomaterials,2011,32(23):
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[8]Kurt I. Draget,Catherine Taylor. Chemical, physical and biological properties of alginates and their biomedical implications[J]. Food Hydrocolloids,2009,25(2):

[9]Chi Fa-Chen,Kulkarni Suvarn S,Zulueta Medel Manuel L,Hung Shang-Cheng. Synthesis of alginate oligosaccharides containing L-guluronic acids.[J]. Chemistry, an Asian journal,2009,4(3):




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, k5 z* |/ N& Q6 Z& b投稿者：刘亚文 博士研究生
审核导师：傅鹏程 教授