海帶多糖降血脂活性研究進展

鄭娟霞 陳文寧 月金玲 楊 莉 王琤韋華

(江西科技師范大學生命科學學院，江西 南昌 330013)

隨著人們生活水平的提高和飲食習慣的改變，由高脂肪高膽固醇飲食引發的高脂血癥嚴重威脅著人類健康，且發病率逐年增加[1]。高脂血癥的脂質代謝異常會引發脂質過氧化，進而形成脂質過氧化物，引起內皮細胞損傷等一系列病變，誘發動脈粥樣硬化、冠心病和高血壓等心腦血管疾病，全球死亡率中高脂血癥及其并發癥占比達50%[2-3]。目前臨床常用的他汀類、煙酸類、貝特類等調脂西藥有一定的治療功效，但會產生橫紋肌溶解、刺激胃腸道、引發肝酶異常等較嚴重的毒副作用[4-6]。

研究發現，植物多糖是一種幾乎無毒副作用的天然活性成分，具有降血脂等生理活性，如黑木耳多糖[7]、何首烏多糖[8]、芋頭多糖[9]等。海帶是一種大型藻類植物，呈橄欖褐色，具扁平條紋，富含多糖、氨基酸、礦物質、維生素等多種營養成分，具有藥用和食用雙重功效。海帶多糖作為海帶的主要提取物，具有調節血脂、降血糖、抗炎、抗氧化、抗病毒和抗腫瘤等藥理作用[10-11]，其降脂功效對預防和治療高脂血癥及其并發癥具有重要意義。文章擬從海帶多糖的結構與功能、調節脂酶活性、降低脂質過氧化、降低膽固醇和甘油三酯含量等方面概述其降血脂機制，旨在為開發低脂、健康的食品和降脂藥物提供一定的理論依據。

1 概述

1.1 結構與功能

海帶多糖結構復雜多樣、分子量不均一，其分子量、單糖組成、硫酸基含量等與抗氧化、抗病毒、降血脂等生物活性密切相關。廣義上的海帶多糖主要包括褐藻膠、褐藻糖膠及褐藻淀粉(化學結構式見圖1)[12-13]。褐藻膠存在于海帶細胞間，分子量為1～60萬不等，是由結構上互為差向異構體的β-1,4-D-甘露糖醛酸(M)和α-1,4-L-古羅糖醛酸(G)通過1→4糖苷鍵連接而成的有機酸多糖，主要包括褐藻酸和褐藻酸的鹽類及其衍生物，能調節血脂，吸濕保濕，促進生長[14-15]。褐藻糖膠(狹義上的海帶多糖)存在于海帶細胞壁中，分子量大約幾萬到幾十萬，是一類由L-巖藻糖、一定量的硫酸酯基和半乳糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、糖醛酸等小分子組成的水溶性天然衍生類化合物[16]，具有抗氧化[17-18]、抗病毒[19]、抗凝血[20-21]、降血脂等生物活性。研究[22]表明，L-巖藻糖通過α-1，3和β-1，4連接單元結合而成，糖苷鍵決定硫酸酯基在L-巖藻糖的C-2、C-3或C-4處，硫酸基團一般連接在C-2或C-4位上。褐藻淀粉存在于海帶細胞質中，分子量很小，約5 000～10 000，是一種內部結構中含有硫酸基團，主要由β-D-吡喃葡萄糖通過1→3糖苷鍵結合而成的復雜聚合葡萄糖，褐藻淀粉及其磺化產物褐藻淀粉硫酸酯能促進機體免疫，降低血清膽固醇含量[23]。

圖1 廣義上的海帶多糖化學結構式

1.2 影響海帶多糖活性的結構特征

海帶種類、生存環境、采摘季節、年份以及提取方法等都會造成海帶多糖結構差異，其多樣性決定了海帶多糖生物活性的多樣性。一般認為，海帶多糖分子量越小、硫酸基含量越高，其生物活性越高，可能是因為硫酸基是重要的生物活性陰離子自由基，分子量更小的多糖更容易透過組織細胞到達產生活性的部位，其有效成分更易與相關反應物接觸[24]。研究[25-26]表明，分子量更小的海帶多糖抗氧化能力更強，硫酸基含量更高的海帶多糖樣品抗病毒活性更好。分子量較大時，硫酸基及糖醛酸含量對海帶多糖抗氧化能力影響較小，可能是硫酸基團阻礙了海帶多糖與自由基的反應，而在分子量較小時硫酸基含量對海帶多糖抗氧化能力影響更大[25]。多糖的生物活性與甘露糖、鼠李糖含量有關[27]，但多糖的生物活性與單糖組成的關系目前尚未明確。

2 降脂機制

2.1 調節脂酶活性

機體的脂質代謝過程受多種重要酶的調節，其酶活性高低影響機體中膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、脂肪酸等含量，如卵磷脂膽固醇酰基轉移酶(LCAT)能消除TC，脂蛋白脂酶(LPL)和肝酯酶(HL)能降解TG，羥甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶(HMGCR)和乙酰輔酶A羧化酶(ACC)分別抑制肝臟膽固醇和脂肪酸的合成。其中LCAT在激活因子載脂蛋白AI(apoAI)的作用下，促使血漿中非酯化的膽固醇形成膽固醇酯(CE)，并將apoAI結合的游離膽固醇酯化成CE，通過肝細胞表面受體進入肝細胞而被清除，而褐藻糖膠對apoAI含量沒有明顯改變，但LCAT活性顯著提高，褐藻膠的衍生物低聚古羅糖醛酸硫酸酯(SLMG)可以調高apoAI分泌量，且在濃度為100 μg/mL時的分泌量達最大值[28-29]。因此，海帶多糖可能是通過調高apoAI分泌量來激活LCAT，提高LCAT活性，及時消除TC。海帶多糖中可能含有與肝素作用相似的物質，能促進LPL釋放，提高肝臟調節脂質代謝相關酶活性，有助于平衡機體中TC、TG、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)以及高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)含量，調節血脂水平[30]。AMPK的激活是通過將其α亞單位上的172位蘇氨酸磷酸化完成的[31]，海帶多糖不但能提高LPL和HL活性，還能通過增加AMPK的磷酸化程度激活AMPK，激活的AMPK磷酸化限速酶ACC和HMGCR，降低其活性，減少血漿中TC及脂肪酸的合成，降低血脂[29，32]。

2.2 降低脂質過氧化

脂質過氧化反應是一種因受到各種刺激，生物體內多余自由基與不飽和脂肪酸相結合不斷生成脂質過氧化物如丙二醛(MDA)的反應。超氧化物歧化酶(SOD)是一種活性蛋白，具有自然捕獲、清除氧自由基，保護細胞免受損害的功能，脂質代謝紊亂時，分子發生非酶性改變，活性降低；谷胱甘肽過氧化酶(GSH-Px)是一種活性氧自由基清除劑，可清除H2O2，減少OH—自由基的產生，維持細胞膜結構和細胞膜功能[33]。二者的活性大小會影響脂質過氧化反應的發生程度，而海帶多糖也能直接與氧自由基作用，通過被氧自由基氧化降解來清除一些易被氧化降解的自由基，發揮抗脂質過氧化作用。但是海帶多糖降解自由基的能力與其分子量大小、硫酸根含量等因素有關，一般情況下，體系中多糖濃度越大，活性氧自由基清除率越高[34-35]。將海帶多糖制成相關溶液灌入高脂動物體內，可提高SOD活性，增強SOD清除羥基自由基和超氧化自由基的能力，避免細胞質膜脂質過氧化損傷，調節血脂含量[25，36]。過氧化后的脂質已不再遵循一般的脂代謝途徑，脂質過氧化物終產物MDA可抑制SOD和GSH-Px活性，弱化其抗氧化作用，加重氧自由基的損傷作用[37]。因此，海帶多糖降低脂質過氧化的機制可能是海帶多糖通過激活細胞內SOD，減弱其分子的非酶性改變，直接提高SOD的活性；或者消除體內自由基和氧自由基代謝產物，減少MDA的產生，減弱MDA對SOD和GSH-Px活性的抑制作用，提高其活性，降低血脂水平，而海帶多糖提高SOD和GSH-Px活性的具體機制有待進一步研究。

2.3 降低膽固醇、甘油三酯，調節脂蛋白含量

TC、TG、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)等都能影響機體內脂肪含量，其中LDL與低密度脂蛋白受體(LDLR)結合后被分解成氨基酸和游離膽固醇。LDLR對維持血漿LDL的相對穩定具有重要作用，當TC含量增高時，LDLR mRNA轉錄水平下降，合成LDLR數量減少，邢燕紅[28]發現褐藻糖膠可通過提高LDLR的轉錄水平，促進LDLR蛋白質的合成，從而降低血清LDL-C水平。HDL具有“清道夫”的作用，能逆向轉運TC，HDL-C可轉運外周組織的TC至肝臟代謝，不斷吸收血漿中的TC，減少TC在血管中的沉淀量。大量研究[38-39]發現，海帶多糖不論是添加進飼料后供動物食用，還是配制成溶液注入高脂動物體內，均會降低TC、TG、LDL-C含量，增加HDL-C含量，直接減少肝臟和脂肪組織中的脂肪積累。倪華等[40]分別以海帶多糖低劑量組(250 mg/kg)、中劑量組(500 mg/kg)、高劑量組(1 000 mg/kg)對高脂飲食性大鼠進行連續灌胃試驗，發現海帶多糖高劑量組小鼠的血清TC、TG和LDL-C水平明顯降低，HDL-C水平升高。許杰[41]以高脂飼料喂養小鼠，同時添加200 mg/kg褐藻多糖硫酸酯溶液連續灌胃給藥10周，發現褐藻多糖硫酸酯可明顯降低血清中TC、TG、LDL-C等水平，提高HDL-C水平，減緩動脈粥樣硬化斑塊的產生。

2.4 調節血管舒張因子NO的表達

一氧化氮(NO)是一種舒張因子，也是一種重要的炎癥介質，其在標準范圍內可舒張動脈血管，松弛平滑肌[42]，不在正常范圍內易引發炎癥，造成炎性細胞浸潤、血管壁增厚、內膜具脂質沉淀等現象。NO的產生受內皮細胞、巨噬細胞和神經元中分布的一氧化氮合酶(NOS)的影響，而NOS活性又受細胞內鈣離子濃度，底物、輔助因子和調節蛋白的相互作用，蛋白質翻譯后修飾(如磷酸化和乙酰化)等的調節[43]。內皮型一氧化氮合成酶(eNOS)活性降低，NO含量減少；誘導型一氧化氮合成酶(iNOS)受到刺激時活性過度增加，NO含量增加。在由脂多糖(LPS)刺激引起的炎性反應中，機體內eNOS mRNA、iNOS mRNA表達失衡，NO含量明顯增多，而MAPK和NF-κB是調節炎性因子產生的關鍵通路，海帶多糖可以抑制MAPK和NF-κB的活化，進而抑制其通路下游關鍵效應分子白細胞介素Iβ、腫瘤壞死因子α等含量的上升，上調細胞中eNOS基因與蛋白的表達，下調iNOS基因與蛋白的表達，降低機體NO水平，減少血管壁上的膽固醇結晶、脂質沉積，降低血脂水平[44-47]。倪華等[40]研究發現，海帶多糖能調節機體內NOS的表達，提高NO水平，改善動脈粥樣硬化大鼠血脂水平，與張晴嵐等[48]試驗結果一致。

2.5 降低血管內皮細胞損傷

血管內皮細胞(VEC)位于血管和血管組織之間，可調節張力來生成并分泌各種活性物質，若VEC受損，其通透性發生改變，脂蛋白進入內膜，進而引起由單核細胞轉化而來的巨噬細胞向內皮遷移，并吞噬脂質，造成主動脈脂質沉積，引起管壁病變，導致動脈粥樣硬化。海帶多糖可維持整個VEC結構的完整，減少其來源因子合成和釋放的混亂，降低炎癥損傷，及時清除附著在血管內皮上的脂質沉積和膽固醇結晶等物質，還可以通過抗VEC氧化損傷等保護機制，對其起保護作用，有效抑制動脈粥樣硬化[48-50]。陳向凡等[38]以高脂飼料喂養大鼠12周，同時灌胃250，500，1 000 mg/kg海帶多糖，發現1 000 mg/kg海帶多糖可以降低炎癥細胞對VEC的粘附，保護VEC，且較低劑量也有一定的效果。王靳琎等[51]對脂多糖導致的慢性炎癥大鼠分別注射10，30，50 mg/kg海帶多糖，4周后發現不同劑量的海帶多糖都可以調節LPS刺激下的內皮源性舒張因子的表達和釋放，對VEC損傷有一定的保護作用。

2.6 提高下丘腦瘦素受體的水平，改善瘦素抵抗

瘦素(Leptin)的根本作用是減少體內脂肪儲存，其進入血液后與瘦素受體(OBR)結合會使人食欲不振，體重減輕，且能參與到脂質代謝過程中，加快脂肪分解速度，抑制脂肪合成[52]。Leptin含量過高會釋放大量分解的脂質，加重血脂水平，促進脂肪合成，最終導致瘦素抵抗。瘦素受體長型(OBRb)是執行Leptin的主要受體，可通過結合Janus蛋白酪氨酸激酶(JAK)和信號轉導與轉錄活化因子(STAF)，發揮信號轉導作用。海帶多糖可能通過提高中樞OBR水平，上調其表達來直接增加OBRb含量，促進血清Leptin向腦脊液轉移，在OBRb與Leptin結合后，信號傳導通路JAK/STAF實現信號轉導作用，降低Leptin含量，將異常增高的血脂調控至正確范圍內，明顯改善瘦素抵抗[53-54]。大量研究[55-56]發現，使用昆布多糖干預高脂血癥小鼠后，其血清TG、TC、Leptin和游離脂肪酸水平顯著下降，血脂恢復至正常水平。因此，海帶多糖可以降低高脂血癥導致的Leptin水平，提高Leptin誘導脂肪細胞凋亡的能力，促進下丘腦組織OBR的表達，從而發揮降脂作用。

2.7 減少腸道內膽酸鹽含量

TC是轉化為膽汁酸的重要原料，在限速酶膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)作用下，TC轉化為膽汁酸，然后與甘氨酸或牛磺酸結合形成膽酸鹽。膽酸鹽是一類兩性大分子，影響機體血脂水平，在脂溶性維生素代謝中起重要作用[57]，肝臟中的TC可以轉化為膽酸鹽，膽酸鹽又會重吸收進入肝臟形成TC，從而形成TC的膽肝循環。研究[58-59]表明，在激活AMPK后會引起CYP7A1的mRNA表達升高，而SLMG可以增加AMPK的磷酸化程度以激活AMPK，顯著增加CYP7A1的表達量，從而加快TC代謝速度，降低TC水平[29]。此外，海帶多糖中的硫酸基、半乳糖等在胃腸道內能與膽酸鹽產生物理結合，抑制小腸對膽酸鹽的重新吸收，刺激肝臟的TC長時間持續集結，并轉化為膽酸鹽，維持膽汁酸的動態平衡，同時TC進入血液的量隨肝臟TC含量的減少而減少，最終血脂下降[60]。因此，海帶多糖可通過調節CYP7A1的表達，降低TC含量；也可通過自身的分子基團和結構與膽酸鹽絡合，介入膽酸鹽與TC相互轉換過程，促使TC不斷轉化為膽酸鹽并將膽酸鹽排出體外，減少體內TC含量，進而起到降血脂作用。張娣[61]研究表明，海帶多糖能夠結合膽汁中包括牛磺膽酸鈉在內的膽酸鹽，影響脂類消化吸收，介入膽酸鹽的肝腸循環，促使肝臟中TC不斷轉化為膽酸鹽，降低體內TC含量，進而起到降血脂作用。林宗毅[24]研究發現，海帶多糖總體上吸附膽酸鹽能力較好，但pH值、液料比、提取溫度、提取時間等因素影響海帶多糖的提取效果，進而影響海帶多糖對膽酸鹽的吸附能力。

2.8 作為膳食，進行補充干預

膳食纖維是一種對機體有重要作用的功能性食品原料，主要包括纖維素、木質素、果膠以及親水膠體物質如海藻多糖等，在飲食中添加膳食纖維能降低血液中脂肪含量[62]。水溶性膳食纖維(SDF)具有一定降低TC的作用，而海帶膳食纖維中SDF主要來自于褐藻膠，褐藻膠不易被消化道吸收利用，但其表面活性基團能有效吸附TC、膽酸等成分，阻斷部分膽汁酸與TC之間的相互轉化，縮減膽鹽、膽酸等從糞便排泄的時間，再通過吸收機體中的TC來補充消耗的膽酸，減少血漿中膽酸和TC水平[63]。作為一種膳食纖維，海帶多糖可以補充機體的膳食纖維含量，干預機體血脂水平，其降血脂機制可能為：① 褐藻膠是一種水溶性凝膠，具有凝膠特性，可在腸道內壁形成減少TC與小腸黏膜接觸的物理屏障，降低其吸收，增加其排泄；② 褐藻膠是一種酸性多糖，帶有大量的負電荷能阻止TC進入細胞內，有利于對TC的排泄；③ 加快腸道蠕動，促進腸內容物的排泄，減少脂質吸收而改善血脂水平；④ 吸附TC和膽汁酸，減少食物中TC的吸收，干擾膽汁酸的肝腸循環，增加TC、膽酸等的排泄，減少血漿中膽酸和TC水平；⑤ 海帶多糖經腸道細菌發酵降解得到的短鏈脂肪酸能結合可溶性鈣質，影響膽汁酸在大腸的溶解度，從而影響膽汁酸的重吸收。謝苗等[64]將海帶經堿處理后，得到了以褐藻膠、碘、蛋白質等為主要成分的海帶膳食纖維，此海帶膳食纖維能預防TC引起的動脈硬化。

3 結語

海帶多糖是一種生物相容性良好、毒副作用少的天然降血脂物質，是制作低脂質健康食品和降脂藥品的良好原料，在醫藥和保健領域具有良好的發展前景，但其具體的降脂機制還有待更進一步研究，相信隨著科學研究的深入，海帶多糖能更好的發揮降脂作用，廣泛應用于食品、醫藥等各個領域。