丁彥明，張海濤

(廣東醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究所，廣東 湛江 524023)

海洋中的物種極其豐富，世界上約80%的動(dòng)物和植物生活在海洋中[1]。此外，海洋環(huán)境與陸地環(huán)境有較大差異，其高壓、高鹽、無(wú)光照等特殊環(huán)境使海洋生物在進(jìn)化過(guò)程中形成了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在其生長(zhǎng)和代謝過(guò)程中能夠產(chǎn)生具有特異性結(jié)構(gòu)和特殊生理活性的天然產(chǎn)物[2]，如萜類、酚類、脂類、多糖和多肽類等[3-7]。紅藻門是藻類植物的一門，該門只有紅藻綱一綱，而紅藻綱又分為兩個(gè)亞綱：紫菜亞綱和真紅藻亞綱。紅藻絕大部分生長(zhǎng)于海洋，是海洋大型海藻中的最大類群，絕大多數(shù)為多細(xì)胞體，極少數(shù)為單細(xì)胞體，藻體呈紫紅、玫瑰紅、暗紅等顏色。隨著研究的深入，紅藻除被用作食品工業(yè)原料、肥料和飼料外，其藥用生物活性物質(zhì)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注[8]。目前關(guān)于紅藻提取物中生物活性物質(zhì)的研究也取得一定的研究進(jìn)展，紅藻分布廣泛、種類繁多，針對(duì)紅藻門及其提取物相關(guān)生物活動(dòng)的研究仍在不斷增加[9-11]?，F(xiàn)就紅藻門植物提取物生物活性的研究予以綜述，以期為紅藻的新藥開發(fā)提供依據(jù)。

1 紅藻門植物提取物的活性物質(zhì)

1.1多糖 多糖類化合物廣泛分布于自然界，對(duì)于生物除支架作用外，還存在廣泛的生物活性。海藻中多糖含量豐富，其中海藻膠占細(xì)胞干重的20%～30%[12]。以往研究表明，紅藻多糖是由α-(1,3)和β-(1,4)糖苷鍵交替連接而成的半乳聚糖(或半乳糖膠)，富含羥基，呈現(xiàn)親水性和水溶性，且羥基之間易形成氫鍵[13]。目前研究發(fā)現(xiàn)，紅藻多糖具有抗氧化、抗腫瘤、抗炎、抗凝血、免疫調(diào)節(jié)等作用[14]。此外，利用紅藻多糖作為載體或合成材料以發(fā)揮其相關(guān)生物活性也是較常見的研究方向，如有研究以乙二胺修飾的條斑紫菜多糖作為基因載體，與一組編碼Ascl1、Brn4和Tcf3(pABT)的質(zhì)粒自組裝成納米顆粒，發(fā)現(xiàn)基于條斑紫菜多糖的非病毒基因共傳遞系統(tǒng)是一種有前景的神經(jīng)細(xì)胞生成方法，有助于修復(fù)神經(jīng)損傷[15-16]。此外，他們又以紫菜多糖為單一碳源，乙二胺為表面鈍化劑，合成了多功能熒光碳點(diǎn)，并將該熒光碳點(diǎn)應(yīng)用于外胚層間充質(zhì)干細(xì)胞的高效非病毒基因誘導(dǎo)，證明紫菜多糖衍生熒光碳點(diǎn)可被開發(fā)成一種安全高效的基因誘導(dǎo)成人干細(xì)胞分化的載體[15-16]。

1.2多肽 小分子多肽因分子量小、空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高，免疫原性低甚至無(wú)免疫原性，同時(shí)易被機(jī)體吸收且具有多種生物活性而成為多肽類藥物的研究熱點(diǎn)。紅藻門中的一些藻類(如紫菜、龍須菜)蛋白質(zhì)含量豐富，且富含人體必需氨基酸，為開發(fā)多肽類藥物提供了豐富的資源。有研究發(fā)現(xiàn)，大部分的生物活性肽以非活性狀態(tài)存在于蛋白質(zhì)長(zhǎng)鏈，當(dāng)采用適當(dāng)?shù)牡鞍酌杆鈺r(shí)，其分子片段與活性被釋放出來(lái)[17-18]，發(fā)揮抗腫瘤、抗病毒、抗菌活性等作用，目前在多肽疫苗、心血管病等診斷方面的相關(guān)研究也取得了較大進(jìn)展。

1.3酚類 海藻中的酚類物質(zhì)主要為多酚或溴酚類化合物，其中紅藻為溴酚類化合物的重要來(lái)源，也是海洋生物特有的鹵代化合物，這種鹵代化合物大多具有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的生物活性，是獲取全新結(jié)構(gòu)新藥的重要化合物來(lái)源[19]。以往研究表明，該類化合物在抗炎、抗菌、抗腫瘤、α-葡萄糖苷酶抑制、蛋白酪氨酸磷酸酶抑制等方面表現(xiàn)出獨(dú)特的生物活性[20-24]。目前臨床上已將其用于糖尿病、惡性腫瘤、動(dòng)脈粥樣硬化等疾病的治療，且已獲得發(fā)明專利或新藥批件[25-26]。

1.4萜類 萜類是海藻產(chǎn)生的一類次生代謝產(chǎn)物，大多為鹵代或芳香族萜類化合物，具有抗菌、抗腫瘤等活性[27-28]。紅藻中的凹頂藻屬海藻是萜類化合物的重要來(lái)源，具有新穎的異戊二烯結(jié)構(gòu)單元，并具備較強(qiáng)的生物活性。有研究顯示，凹頂藻屬海藻在抗菌、拒食驅(qū)蟲、細(xì)胞毒和抗腫瘤方面具有較好的效果[29-30]。但由于凹頂藻次級(jí)代謝產(chǎn)物類型豐富，且受種屬和產(chǎn)地等因素的影響，其次級(jí)代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)也存在差異。目前，探尋更多具有獨(dú)特生物活性的凹頂藻屬海藻次級(jí)代謝產(chǎn)物，以研究和開發(fā)更多的藥物仍是研究熱點(diǎn)。

2 紅藻門植物提取物的生物活性

2.1抗氧化性 氧化自由基由人體新陳代謝或外界因子誘發(fā)產(chǎn)生，其發(fā)生來(lái)源多樣，較常見的包括酶、線粒體和氧化還原金屬離子源[31]。過(guò)量的氧化自由基能夠破壞人體內(nèi)的大分子物質(zhì)，如細(xì)胞的磷脂膜、蛋白質(zhì)和DNA等，造成生物膜系統(tǒng)損傷以及細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化障礙，可能會(huì)引起人體衰老、癌癥以及神經(jīng)性疾病等?？寡趸钚允呛Ｔ寤钚匝芯康臒狳c(diǎn)，Sudharsan等[32]從紅藻S.hypnoides中分離純化了一種分子量為16 000的硫酸化半乳聚糖，測(cè)定了其生化性質(zhì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明該種硫酸化半乳聚糖具有較好的抗氧化性能。Harnedy等[33]從掌形藻的蛋白水解液中鑒定出17個(gè)新的肽序列，其中絲氨酸-天冬氨酸-異亮氨酸-蘇氨酸-精氨酸-脯氨酸-甘氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-蛋氨酸的氧自由基吸收能力和鐵還原抗氧化能力活性最高。Syad等[34]探究了紅藻提取物對(duì)具有氧化應(yīng)激表現(xiàn)疾病的作用，研究發(fā)現(xiàn)紅藻Gelidiella acerosa提取物可顯著恢復(fù)抗氧化劑酶水平，且可防止由β淀粉樣蛋白25～35誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)活性氧類的形成，從而保護(hù)PC12細(xì)胞免受大分子物質(zhì)的損害，表明該提取物對(duì)阿爾茨海默病具有神經(jīng)保護(hù)作用。Ge等[35]研究表明，三列凹頂藻的提取物溴倍半萜烯Aplysin能減輕酒精誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，從而有效預(yù)防酒精性肝損傷。

2.2抗炎活性 炎癥是具有血管系統(tǒng)的活體組織對(duì)各種損傷因子所產(chǎn)生的一種復(fù)雜性防御反應(yīng)，通常情況下對(duì)機(jī)體是有益的，但過(guò)度的炎癥反應(yīng)則會(huì)對(duì)人體自身組織產(chǎn)生攻擊，進(jìn)而造成損害。

炎癥是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)體反應(yīng)，常伴隨白細(xì)胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞三烯等炎癥介質(zhì)水平的升高。通過(guò)降低環(huán)加氧酶-2、5-脂氧合酶等的活性從而抑制炎癥介質(zhì)的生成是尋找抗炎活性物質(zhì)的重要途徑，Antony等[36]從縊江蘺中分離出一種新的化合物methyl-16(13→14)-abeo-7-labdene-(12-oxo) carboxylate，與非甾體抗炎藥布洛芬相比，其抗促炎性5-脂氧合酶(IC50=0.86 mg/mL)的活性更強(qiáng)；Makkar和Chakraborty[37]從紅藻Gracilaria opuntia中分離出一種新的嗎啉生物堿3-(2-ethyl-6-((3Z,7Z)-1,2,5,6-tetrahydroazocin-5-yl)hexyl) morpholin-6-one，與非甾體抗炎藥相比，這種化合物的環(huán)加氧酶-2抑制活性(IC50=0.84 mg/mL)和體外5-脂氧合酶抑制活性(IC50=0.85 mg/mL)更強(qiáng)。直接抑制炎癥介質(zhì)的分泌也是一個(gè)有價(jià)值的途徑，Alarif等[38]從鈍形凹頂藻的有機(jī)提取物中分離出3種新的烯炔衍生物，即烯炔衍生物1～3，并通過(guò)抑制人外周血單個(gè)核細(xì)胞中炎癥介質(zhì)(如腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-6)的釋放發(fā)揮抗炎作用，表明分離的代謝物具有顯著的抗炎作用。Yanagido等[39]研究了4個(gè)具有不同生長(zhǎng)背景的條斑紫菜獲得的多糖(D1～D4)的抗炎特性，4種多糖對(duì)脂多糖刺激的RAW264.7細(xì)胞分泌一氧化氮和腫瘤壞死因子-α的抑制活性不同，其中D2-多糖的抑制作用最高，而D3-多糖和D4-多糖幾乎無(wú)活性，并根據(jù)進(jìn)一步的降解實(shí)驗(yàn)推測(cè)分子大小是影響多糖抗炎活性的重要因素。

2.3抗腫瘤活性 惡性腫瘤嚴(yán)重威脅著人類的生命健康，防治惡性腫瘤成為全球最重要的公共問(wèn)題之一。在惡性腫瘤的治療中，大多數(shù)藥物在控制癌細(xì)胞增殖分化的同時(shí)也會(huì)對(duì)機(jī)體其他正常細(xì)胞和組織造成嚴(yán)重?fù)p傷，產(chǎn)生嚴(yán)重的不良反應(yīng)。因此，從自然界中尋找不良反應(yīng)小的天然藥物成為未來(lái)的研究方向。

抗腫瘤機(jī)制大致可以分為兩種：一種是自身具有毒性，可以直接損傷而殺死腫瘤細(xì)胞；另一種是本身不具有毒性，但可以促使腫瘤細(xì)胞凋亡，紅藻中提取物的抗腫瘤機(jī)制多為后者。Motuhi等[40]首次從紅藻Phacelocarpus neurymenioides中分離得到化合物neurymenolide A，用其處理人骨肉瘤U-2OS細(xì)胞可以通過(guò)抑制有絲分裂紡錘體的正確形成而阻斷前中期的細(xì)胞分裂，從而誘導(dǎo)有絲分裂災(zāi)難，導(dǎo)致細(xì)胞壞死和凋亡。Chaves等[41]從紅藻S.filiformis中分離并鑒定了兩種同工凝集素：SfL-1和SfL-2，確定了一級(jí)結(jié)構(gòu)并分析了其對(duì)MCF-7乳腺癌細(xì)胞的抗癌作用，結(jié)果顯示，它們通過(guò)誘導(dǎo)MCF-7細(xì)胞發(fā)生胱天蛋白酶依賴性凋亡而表現(xiàn)出抑制作用。S M等[42]對(duì)紅藻Gelidiella acerosaon的提取物進(jìn)行分析得出，其提取物能通過(guò)誘導(dǎo)肺癌A549細(xì)胞凋亡而抑制A549細(xì)胞增殖，同時(shí)還能抑制細(xì)胞遷移和定植，表明該提取物具有抗癌作用。另一方面，觀察到糖原合成酶激酶-3β的激活和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B的下調(diào)，因此該提取物被認(rèn)為是磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B抑制劑的天然來(lái)源，用于涉及磷脂酰肌醇-3-激酶級(jí)聯(lián)癌癥的治療。

腫瘤還可因人體內(nèi)自由基的誘導(dǎo)而產(chǎn)生，由于紅藻部分成分具有抗氧化活性，可以清除體內(nèi)的自由基，從另一條途徑實(shí)現(xiàn)抗腫瘤效果；另外，紅藻中具有免疫調(diào)節(jié)活性的成分也可以通過(guò)刺激機(jī)體免疫反應(yīng)促進(jìn)免疫細(xì)胞增殖，從而達(dá)到抗腫瘤的效果。因此，紅藻提取物作為新興抗癌藥物或功能性食品用于癌癥的治療具有巨大的開發(fā)潛能。

2.4抗凝血活性 凝血是生理性止血的重要環(huán)節(jié)，在正常狀態(tài)時(shí)與抗凝血間維持著動(dòng)態(tài)平衡，但這種平衡一旦被打破就有可能導(dǎo)致血栓形成，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致栓塞。

抗凝劑通過(guò)與凝血過(guò)程中參與凝血的各種凝血因子發(fā)生作用而影響凝血過(guò)程。目前，探究海藻多糖的抗凝血活性成為研究熱點(diǎn)。Sudharsan等[32]從紅藻S.hypnoides中分離純化的分子量為16 000的硫酸化半乳聚糖除具有顯著的抗氧化性能外還具有一定的抗凝活性，其抗凝活性為25 μg/mL，活化部分凝血活酶時(shí)間(activated partial thromboplastin time，APTT)和凝血酶原時(shí)間(prothrombin time，PT)分別為25.36 s和2.46 s。Tang等[43]從舌狀蜈蚣藻中分離和純化了3種水溶性硫酸多糖，即胰高血糖素樣肽(glucagon-like peptide，GLP)-1、GLP-2和GLP-3，通過(guò)檢測(cè)正常人血漿凝血酶時(shí)間(thrombin time，TT)、APTT和PT來(lái)確定抗凝血活性。結(jié)果表明，粗制GLP以及純化的GLP-1、GLP-2可有效延長(zhǎng)APTT和PT，但沒(méi)有延長(zhǎng)TT。

2.5其他生物活性 除上述生理功能外，紅藻提取物還有抗高血壓活性、降血糖活性、免疫調(diào)節(jié)活性等作用。抗高血壓活性通常通過(guò)檢測(cè)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制活性體現(xiàn)，鄧真真[44]分別研究了龍須菜和壇紫菜的酶解多肽的制備及其抗氧化活性和血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制活性，從前者胰蛋白酶的酶解多肽液中鑒定出了兩條具有特定序列的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶的抑制肽，其通過(guò)非競(jìng)爭(zhēng)性作用抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶，并且動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明兩個(gè)多肽還可顯著降低自發(fā)性高血壓大鼠的血壓；而提取到的壇紫菜酶解肽段中則只有部分肽段具備血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制活性。上述研究結(jié)果提示，這兩種多肽物質(zhì)具有降血壓的潛力。

降血糖活性可以通過(guò)抑制關(guān)鍵的碳水化合物消化酶、葡萄糖的吸收和抗糖基化終末產(chǎn)物的形成來(lái)實(shí)現(xiàn)，如Gunathilaka等[45]采用正己烷、氯仿、乙酸乙酯等對(duì)帚狀江蘺的甲醇提取物進(jìn)行分離，并使用多種方法評(píng)估甲醇提取物的降血糖潛力，最后通過(guò)乙酸乙酯分離得到的甲醇提取物均具備較強(qiáng)大α-淀粉酶抑制活性，而只有部分提取物對(duì)α-葡萄糖苷酶抑制有效。在180 min時(shí)，乙酸乙酯組分可抑制葡萄糖的擴(kuò)散，氯仿和乙酸乙酯組分離獲取的提取物抗糖化活性最高。此外，氣相色譜-質(zhì)譜分析顯示通過(guò)乙酸乙酯的分離得到的甲醇提取物中含有多種有效的抗糖尿病化合物。綜上所述，帚狀江蘺通過(guò)多種機(jī)制發(fā)揮抗糖尿病的作用。

紅藻提取物的免疫調(diào)節(jié)活性在體外可以表現(xiàn)為促進(jìn)免疫細(xì)胞增殖、增強(qiáng)免疫細(xì)胞活性，而在體內(nèi)則可以通過(guò)刺激機(jī)體免疫應(yīng)答的方式發(fā)揮增強(qiáng)免疫的效果。Zhao等[46]從刺狀多管藻中提取純化了一種新型的6-O-硫酸化瓊脂糖——多糖物質(zhì)2，結(jié)果表明多糖物質(zhì)2可以增加一氧化氮的產(chǎn)生并增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬活性。此外，多糖物質(zhì)2可以顯著促進(jìn)T淋巴細(xì)胞的增殖并增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞的活性。

3 結(jié) 語(yǔ)

海洋中豐富的植物資源和特殊的環(huán)境為新藥開發(fā)中尋找生物活性化合物提供了重要來(lái)源。目前對(duì)紅藻類植物提取物生物活性的研究已較為深入，涉及多種紅藻類植物以及生物活性，但仍存在一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)為部分紅藻采樣較困難；化合物提取不充分，如多糖提取時(shí)不同提取條件下的產(chǎn)物可能不同[47-48]；目標(biāo)化合物在紅藻中的含量過(guò)少而難以進(jìn)一步進(jìn)行藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致缺乏實(shí)用價(jià)值等。因此，未來(lái)需考慮具有分類學(xué)背景的采樣人員的參與，嘗試開發(fā)更多的方法進(jìn)行化合物的提取，通過(guò)人工合成或生物技術(shù)手段解決目標(biāo)化合物的含量過(guò)少的問(wèn)題，以開發(fā)出不同用途的新藥應(yīng)用于臨床疾病的預(yù)防、診斷和治療。