不同海洋生物源肝素的理化性質及抗凝血活性

杜振興，周斯儀，鐘賽意,4,*，陳觀蘭，陳建平，諶素華，洪鵬志,4

（1.廣東海洋大學深圳研究院，廣東 深圳 518108；2.廣東海洋大學食品科技學院，廣東 湛江 524088；3.廣東省水產品加工與安全重點實驗室，廣東 湛江 524088；4.廣東省海洋生物制品工程實驗室，廣東 湛江 524088）

肝素因在肝臟中發現而得名，是由糖醛酸（L-艾杜糖醛酸和D-葡萄糖醛酸）和氨基己糖（α-D-葡糖胺）及其衍生物（乙?；⒘蛩峄┧M成的一種糖胺聚糖，其中硫酸基和羧基含量很高，是已知負電荷密度最高的生物大分子[1]。因其強大的抗凝血作用，半個多世紀以來，在臨床上一直被當作抗凝劑來使用，除此之外，這種天然化合物還具有抗腫瘤、抗血管生成、抗血栓等生物活性。肝素的商業化制備主要以豬和牛的小腸黏膜和肺組織為原料，由于牛海綿狀腦病的出現，限制了牛肝素的使用。此外，牛肝素和豬肝素不容易被區分，因此很難保證肝素的物種來源。而受到全世界豬出欄數量和宗教信仰的影響，豬肝素的使用也受到限制。非動物來源的肝素，如化學合成、酶合成和重組肝素，目前還不可用于制藥用途，這些因素促使人們尋找新的非哺乳動物來源的肝素[2]。

海洋面積占地球表面積70%以上，龐大的生物庫及其獨特的環境造就了其豐富的生物資源。近年來，對海洋生物源肝素的研究逐漸增多，已有報道從多種海藻和海洋細菌、紅樹林蟹、金槍魚、貽貝和文蛤等多種海洋生物中提取出肝素，并對其結構和活性進行了相關研究[3-6]。本實驗選取9 種海洋生物為原料提取肝素粗品，對其進行理化性質分析、結構初步表征及抗凝血活性的研究，為進一步開發海洋生物源肝素產品提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菲律賓蛤蜊（Ruditapes philippinarum）、海蚌（Mactra antiquata）、海灣扇貝（Argopecten irradias）、象拔蚌（Panopea abrupta）、凡納濱對蝦（Penaeus vannaei）蝦頭（以下簡稱蝦頭）、泥蚶（Tegillarca granosa）、文蛤（Meretrix meretrixL.）、蟶子（Sinonovacula constricta）和鈍綴錦蛤（Tapes dorsatus）均購自廣東省湛江市水產批發市場，于－20 ℃冷凍保藏。

肝素標準品（191 IU/mg） 中國食品藥品檢定研究所；肝素鈉（150 IU/mg） 北京鼎國昌盛生物技術有限責任公司；胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、羊血漿、D-甘露糖（D-mannose，Man）、D-葡萄糖醛酸（D-glucuronic acid，GlcA）、D-半乳糖醛酸（D-galacturonic acid，GalA）、D-無水葡萄糖（D-glucose，Glc）、D-艾杜糖醛酸（D-iduronic acid，IdoA）、D-半乳糖（D-galactose，Gal）、D-木糖（D-xylose，Xyl）、D-阿拉伯糖（D-arabinose，Ara）、D-巖藻糖（D-fucose，Fuc）、N-乙酰-D-半乳糖胺（N-acetyl-D-galactosamine，GalNAc）、N-乙酰-D-葡萄糖胺（N-acetyl-D-glucosamine，GlcNAc）、硫酸氨基葡萄糖（D-glucosamine sulfate，GlcN） 上海源葉生物科技有限公司。乙腈為色譜純，其他所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

1200高效液相色譜（high performance liquid chromatography， HPLC）儀 美國Agilent公司；UV-2550紫外-可見分光光度計、AUW120型電子分析天平 日本島津株式會社；Bruker Tensor-27傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）儀德國B r u k e r公司；旋轉蒸發儀 日本E Y E L A公司；FD8508真空冷凍干燥機 韓國ilShin公司；5810R高速臺式冷凍離心機 德國Eppendorf公司；HL-6數顯恒溫水浴鍋 常州奧華儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 海洋生物源肝素的提取

將各種原料清洗、去殼后，加入蒸餾水（料液比為1∶3）置于高速組織搗碎機中勻漿。勻漿液在恒溫水浴鍋中55 ℃自溶5 h，先后加入質量分數為0.5%的胰蛋白酶（pH 8、37 ℃、6 h）和木瓜蛋白酶（pH 7、65 ℃、6 h）進行酶解[7]。酶解液經滅酶冷卻后離心（8 000 r/min、20 min），取上清液加入0.4 倍體積的乙醇，醇沉24 h[1]，用蒸餾水對沉淀進行復溶，離心除去不溶物。取上清液加入Sevag試劑（V（氯仿）∶V（正丁醇）＝4∶1）脫蛋白，離心（8 000 r/min、20 min），取上清液透析48 h。樣液濃縮后進行冷凍干燥處理，最終得到9 種不同海洋生物源的肝素粗品。

1.3.2 海洋生物源肝素的理化性質分析

糖胺聚糖含量測定采用阿利新藍法[8]；蛋白質含量測定采用Folin-Ciocalteu法[9]；肝素含量測定采用亞甲基藍法[10]；葡萄糖醛酸含量測定采用硫酸咔唑法[11]；氨基葡萄糖含量測定采用Elson-Morgan法[12]；硫酸基含量測定采用氯化鋇-明膠比濁法[13]；硫酸基/羧酸基的測定采用十六烷基氯化吡啶滴定法[14]。

1.3.3 海洋生物源肝素的結構分析

1.3.3.1 紫外光譜分析

將9 種海洋生物源肝素粗品和肝素標準品配成1 mg/L的溶液，在190～400 nm范圍內進行紫外光譜（ultraviolet spectroscopy，UV）掃描。

1.3.3.2 FTIR分析

將9 種海洋生物源肝素粗品和肝素標準品與溴化鉀以質量比1∶100混合研細后，以溴化鉀為空白，在4 000～400 cm－1范圍內進行FTIR掃描。

1.3.3.3 單糖組成分析

參考文獻[8]和[15]，采用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（1-phenyl-3-methyl-5-pyrazolone，PMP）-柱前衍生化HPLC法對9 種肝素粗品進行單糖組成分析。色譜條件：色譜柱為ZORBAX Eclipse XDB-C18分離柱（250 mm×4.6 mm ，5 μm）；流動相：磷酸鹽緩沖液（0.05 mol/L、pH 6.74）/乙腈（體積比83∶17）；流速：1 mL/min；柱溫：30 ℃；檢測波長：245 nm，紫外檢測器；進樣體積：10 μL。

1.3.4 海洋生物源肝素的抗凝血活性分析

1.3.4.1 不同海洋生物源肝素效價測定

采用天青A比色法[16]測定肝素效價，分別吸取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL肝素鈉標準溶液（2 U/mL）于試管中，加蒸餾水至2.0 mL。再加入2.0 mL巴比妥鈉緩沖液（pH 8.6）和0.5 mL天青A染色液，混勻，靜置5 min，以蒸餾水為空白組，于505 nm波長處測定紫外吸光度。以肝素效價為橫坐標，吸光度為縱坐標作標準曲線，建立回歸方程。采用同樣的方法測定樣品肝素吸光度，根據回歸方程計算樣品肝素效價。

1.3.4.2 不同海洋生物源肝素抗凝血時間比較

配制1 mg/mL樣品溶液，以生理鹽水為陰性對照，肝素鈉標準溶液為陽性對照，在2 mL離心管中分別加入100 μL羊血漿、20 μL樣品溶液和100 μL 0.025 mol/L氯化鈣溶液，以相同的方式倒轉3 次，置于37 ℃水浴鍋中，計算血漿凝固時間，陰性對照組和陽性對照組重復上述方法，每組實驗重復3 次[17]。

1.3.4.3 不同海洋生物源肝素抗凝血活性測定

用生理鹽水溶解9 種肝素粗品和肝素鈉標準品，配制成0.5 mg/mL，以生理鹽水為陰性對照，肝素鈉標準溶液為陽性對照，根據試劑盒測定凝血3 項指標：活化部分凝血活酶時間（activated partial thromboplastin time，APTT）、凝血酶原時間（prothrombin time，PT）和凝血酶時間（thrombin time，TT）[18]。

1.4 數據處理與分析

結果以 ±s形式表示，使用JMP 10、Origin 8軟件進行數據處理，采用方差分析顯著性差異（P＜0.05），評價不同平均值之間的差異性。

2 結果與分析

2.1 不同海洋生物源肝素的理化性質分析結果

表1 9 種海洋生物源肝素粗品的理化性質比較Table 1 Comparison of physicochemical properties of 9 crude heparin products

如表1所示，不同海洋生物源粗肝素的理化性質具有較大的差異。其中蝦頭和海蚌粗肝素的肝素含量與糖胺聚糖質量分數較大，其次是泥蚶、文蛤、蟶子與鈍綴錦蛤粗肝素，而海灣扇貝、象拔蚌和菲律賓蛤蜊粗肝素的肝素含量與糖胺聚糖質量分數較少。菲律賓蛤蜊、蟶子和鈍綴錦蛤粗肝素具有較高的葡萄糖醛酸質量分數，分別為（26.47±0.07）%、（29.24±1.25）%和（28.30±2.27）%。蝦頭與菲律賓蛤蜊粗肝素的氨基葡萄糖質量分數較高，分別為（9.80±0.62）%和（11.81±2.39）%。海蚌、蝦頭與文蛤粗肝素具有相對較高的硫酸基質量分數，分別為（6.20±1.01）%、（16.69±4.30）%、（7.66±1.62）%，而菲律賓蛤蜊粗肝素硫酸基質量分數最少，為（0.59±0.12）%。象拔蚌粗肝素的蛋白質量分數最高，為（34.04±0.30）%。菲律賓蛤蜊、海灣扇貝、象拔蚌和泥蚶粗肝素的硫酸基/羧酸基的比值略大于1，說明其結構可能以單硫酸化二糖為主，含有少量過硫酸化二糖單位。蝦頭和文蛤粗肝素的硫酸基與羧酸基比值分別為1.91±0.22和1.73±0.16，其結構可能以過硫酸化二糖為主，含有少量的單硫酸化二糖單位。海蚌、蟶子與鈍綴錦蛤粗肝素的硫酸基與羧酸基比值均大于2，說明其結構含有較多的過硫酸化二糖[19]。

2.2 不同海洋生物源肝素的結構分析結果

2.2.1 紫外光譜分析結果

圖1 9 種海洋生物源肝素粗品（A、B）的紫外光譜Fig. 1 UV spectra of 9 crude (A, B) heparin samples

肝素的紫外光譜特征吸收峰在185～220 nm波長之間[1]，由圖1可知，肝素標準品在198 nm波長處具有特征吸收峰，菲律賓蛤蜊粗肝素的吸收峰在194 nm波長處，海蚌、海灣扇貝、象拔蚌、泥蚶和鈍綴錦蛤粗肝素的吸收峰在198 nm波長處，蝦頭、文蛤和蟶子粗肝素在194、198 nm波長處具有吸收峰，均符合肝素的紫外特征吸收。鈍綴錦蛤粗肝素在260 nm波長處具有較大的吸收峰，說明其核酸含量可能較高。

2.2.2 FTIR分析結果

圖2 9 種海洋生物源肝素粗品的FTIR圖譜Fig. 2 FTIR spectra of 9 crude heparin samples

對各提取物在400～4 000 cm－1波數范圍內進行FTIR掃描，結構分析結果如圖2，振動方式和官能團分析見表2。9 種海洋生物源肝素提取物與肝素鈉的FTIR圖譜基本一致，在1 240 cm－1處呈現O—S鍵伸縮振動的強吸收峰，在890、940 cm－1處表現出肝素的特征吸收，在800～850 cm－1處表現出氨基己糖上硫酸基團的C—O—S系統伸縮振動吸收譜帶[1,20-21]。由官能團分析可知，肝素鈉和象拔蚌肝素提取物含有羥基、氨基、酰胺基、羧基和硫酸基，單糖構型為β-吡喃糖；菲律賓蛤蜊、海灣扇貝、蟶子和鈍綴錦蛤的提取物均含有羥基、氨基、酰胺基、羧基和硫酸基，單糖構型為α-吡喃糖；海蚌和泥蚶提取物均含有羥基、氨基、酰胺基、羧基和硫酸基，單糖構型為吡喃糖單體；蝦頭提取物含有羥基、氨基、羧基和硫酸基，單糖構型為α-吡喃糖；文蛤提取物含有羥基、氨基、羧基和硫酸基，屬于吡喃糖[14,22-26]。

表2 9 種海洋生物源肝素粗品FTIR譜圖分析Table 2 FTIR spectral analysis of 9 crude heparin products

2.2.3 單糖組成分析結果

圖3 單糖標準品PMP-衍生物HPLC圖Fig. 3 HPLC chromatograms of PMP derivatives of monosaccharides

圖4 9 種海洋生物源肝素粗品水解后的PMP-衍生物HPLC圖Fig. 4 HPLC chromatograms of PMP-derivatized acid hydrolysates of 9 crude heparin samples

表3 9 種海洋生物源肝素粗品單糖組成Table 3 Monosaccharide composition of 9 crude heparin products%

由圖4和表3可知，9 種海洋生物源粗肝素水解后單糖組成略微存在差異，其中海蚌、海灣扇貝、蝦頭、泥蚶、文蛤、蟶子的肝素粗品均由Man、GlcN、GlcA、GalA、Glc、Gal、Xyl、Ara和Fuc 9 種單糖組成，菲律賓蛤蜊、象拔蚌和鈍綴錦蛤粗肝素則主要由Man、GlcN、GlcA、Glc、Gal和Ara 6 種單糖組成。由表3可知，除了文蛤粗肝素外，其他粗肝素均為Glc相對含量最高，而文蛤粗肝素的Gal相對含量最高。由圖4可知，在18.976 min處出現未知峰，后通過與IdoA標準品出峰時間（18.740 min）比對，可判斷該峰為艾杜糖醛酸。所以9 種肝素粗品均具有IdoA、GlcA和GlcN，與肝素鈉標準品的單糖組成基本一致，符合肝素的主要單糖組成[1]。

2.3 不同海洋生物源肝素抗凝血活性分析結果

2.3.1 肝素效價比較

圖5 9 種海洋生物源肝素粗品效價比較Fig. 5 Comparison of titers of crude heparin samples from 9 species of marine organisms

采用天青A比色法測定9 種海洋生物源肝素粗品的效價，由圖5可知，不同種類的粗肝素效價大小依次為海蚌＞蝦頭＞文蛤＞鈍綴錦蛤＞蟶子＞泥蚶＞象拔蚌＞海灣扇貝＞菲律賓蛤蜊。其中菲律賓蛤蜊、海灣扇貝、象拔蚌和泥蚶的粗肝素效價較低，在24.1～29.6 U/mg之間，海蚌和蝦頭的粗肝素效價較高，分別為69.1 U/mg和59.3 U/mg。國外有學者提取的蝦頭肝素純品效價為95.0 U/mg，蟹肝素效價為52.0 U/mg，意大利蛤蜊效價為52.0 U/mg，而傳統豬牛羊肝素效價在139.0～171.0 U/mg之間[27-30]，可見海洋生物源肝素的效價普遍低于豬牛羊肝素，可為開發具有溫和抗凝血效應的肝素提供新原料。

2.3.2 不同海洋生物源肝素抗凝血時間比較

表4 9 種海洋生物源肝素粗品抗凝血時間比較Table 4 Comparison of anticoagulant time of 9 crude heparin products

圖6 9 種海洋生物源肝素粗品在10 min時的凝血狀態比較Fig. 6 Comparison of anticoagulation activity of 9 crude heparin products at 10 min

由表4可知，肝素鈉標準品抗凝血時間為（4 170±33）s，9 種海洋生物源肝素粗品抗凝血時間在73～2 916 s之間，其中海蚌、文蛤和蝦頭的抗凝血時間分別為（2 916±49）、（2 194±46）、（2 613±18）s，相當于肝素鈉抗凝血時間的0.5～0.7 倍。由圖6可見，10 min時，生理鹽水、菲律賓蛤蜊、海灣扇貝、象拔蚌和泥蚶所對應離心管中的血漿已完全凝固，鈍綴錦蛤蜊管和蟶子管中的血漿呈半凝固狀態，蝦頭、文蛤、海蚌和肝素鈉管中的血漿呈流動狀態。綜上可知，9 種肝素粗品具有不同強度的抗凝血作用，其中最強的海蚌肝素粗品相當于0.72 倍肝素鈉作用，最弱的菲律賓蛤蜊肝素粗品相當于0.02 倍肝素鈉的作用。

2.3.3 不同海洋生物源肝素體外抗凝血活性比較

圖7 9 種海洋生物源肝素粗品抗凝血活性比較Fig. 7 Comparison of anticoagulant activity of 9 crude heparin products

APTT、PT、TT在醫學上常被用來表征試樣的抗凝血活性，3 個指標分別反映內源凝血系統、外源凝血系統和血漿纖維蛋白原轉化為纖維蛋白的凝血情況[31]。根據圖7可知，不同海洋生物源的肝素粗品對凝血3 項指標的影響存在差異。與生理鹽水組比，除了菲律賓蛤蜊外的其他8 種粗肝素均對血漿APTT的影響存在顯著差異，其抑制強度依次為：海蚌＞文蛤＞蝦頭＞蟶子＞鈍綴錦蛤＞象拔蚌＞泥蚶＞海灣扇貝，其中海蚌和文蛤對血漿APTT的抑制強度較強，但僅約為肝素鈉對血漿APTT抑制強度的一半。9 種肝素粗品對血漿PT的抑制強度依次為：海蚌＞文蛤＞蝦頭＞鈍綴錦蛤＞蟶子＞泥蚶＞海灣扇貝＞象拔蚌＞菲律賓蛤蜊，與生理鹽水組比，海蚌、文蛤、蝦頭、鈍綴錦蛤、蟶子和泥蚶的肝素粗品對血漿PT的抑制作用存在顯著性差異，而菲律賓蛤蜊、海灣扇貝和象拔蚌的肝素粗品無顯著性差異。與生理鹽水組相比，僅有海蚌、蝦頭和文蛤的肝素粗品對血漿TT的影響存在顯著差異，其中海蚌和蝦頭的肝素粗品對血漿TT的抑制作用接近肝素鈉對血漿TT的抑制作用。

結合3 項指標可得，海蚌、蝦頭和文蛤的肝素粗品通過抑制血漿內源凝血系統和外源凝血系統，同時抑制血漿纖維蛋白原轉化為纖維蛋白而發揮抗凝血作用，其中蝦頭和文蛤肝素粗品的抗凝血活性更多地表現在對血漿內源凝血系統和纖維蛋白原轉化為纖維蛋白的抑制作用上，而海蚌粗肝素的抗凝活性最佳，且與陽性對照肝素鈉相比，其抗凝血作用更為溫和。泥蚶、蟶子和鈍綴錦蛤的肝素粗品通過抑制血漿內源凝血系統和外源凝血系統而發揮抗凝血作用，象拔蚌和海灣扇貝肝素粗品通過抑制血漿內源凝血系統而發揮抗凝血作用，而菲律賓蛤蜊肝素粗品通過抑制血漿纖維蛋白原轉化為纖維蛋白而起到微弱的抗凝血作用[32]。導致菲律賓蛤蜊、象拔蚌和海灣扇貝的肝素粗品抗凝血活性較低的原因可能是其硫酸基含量和肝素含量偏低，而海蚌、蝦頭和文蛤的肝素粗品抗凝血活性相對較高，可能與它們較高的硫酸基含量和肝素含量有關[33]。

3 結 論

本實驗通過雙酶酶解法從9 種海洋生物中提取出了肝素粗品，并對其理化性質、結構特性及抗凝血活性進行了研究。理化性質分析結果表明，不同海洋生物源粗肝素的理化性質存在差異，可見無論是海洋生物源肝素還是陸地哺乳動物源肝素，理化性質都隨著來源的不同而存在差異。海蚌、蝦頭、泥蚶、文蛤、蟶子和鈍綴錦蛤的肝素粗品肝素含量較高，約在21%～34%之間；蝦頭、海蚌和文蛤的肝素粗品硫酸基質量分數較高，分別為（16.69±4.30）%、（6.20±1.01）%和（7.66±1.62）%，同時它們抗凝血活性也較高，說明硫酸基含量是影響抗凝血活性的因素之一。

結構分析結果表明，9 種海洋生物源肝素粗品在185～220 nm波長之間具有紫外吸收峰，符合肝素的紫外吸收特征；FTIR分析可知，9 種肝素粗品均是吡喃糖，在1 240 cm－1處呈現O—S鍵伸縮振動的強吸收峰，在890、940 cm－1處表現出肝素的特征吸收，在800～850 cm－1處表現出氨基己糖上硫酸基團的C—O—S伸縮振動吸收譜帶，符合肝素的紅外吸收特征；單糖組成分析可知，海蚌、海灣扇貝、蝦頭、泥蚶、文蛤、蟶子的肝素粗品均由Man、GlcN、GlcA、IdoA、GalA、Glc、Gal、Xyl、Ara和Fuc 10 種單糖組成，菲律賓蛤蜊、象拔蚌和鈍綴錦蛤粗肝素則主要由Man、GlcN、IdoA、GlcA、Glc、Gal和Ara 7 種單糖組成，9 種肝素粗品均具有IdoA、GlcA和GlcN，符合肝素的主要單糖組成。

肝素具有多樣的生物活性，包括抗血栓、抑制補體活化、抗炎、抗病毒和抑制血管生成等，其中抗凝血活性作用最顯著。由于很強的抗凝血活性容易導致出血效應，所以從根本上限制了肝素的其他活性在臨床上的運用。肝素的活性中，并不是所有活性都與抗凝血活性存在相關性，如抑制平滑肌細胞生長、抗炎作用則不依賴于抗凝血活性，開發這類活性的肝素產品則需要抗凝活性低的肝素，而抗凝血活性相對溫和的肝素則更利于開發出具有抗血栓功能和低副作用的肝素產品。本實驗中，9 種海洋生物源粗肝素表現出了不同程度的抗凝血活性，這對開發不同活性的肝素產品具有參考意義。