紅藻門植物提取物生物活性的研究進展

丁彥明，張海濤

(廣東醫科大學生物化學與分子生物學研究所，廣東 湛江 524023)

海洋中的物種極其豐富，世界上約80%的動物和植物生活在海洋中[1]。此外，海洋環境與陸地環境有較大差異，其高壓、高鹽、無光照等特殊環境使海洋生物在進化過程中形成了獨特的結構，在其生長和代謝過程中能夠產生具有特異性結構和特殊生理活性的天然產物[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亞綱：紫菜亞綱和真紅藻亞綱。紅藻絕大部分生長于海洋，是海洋大型海藻中的最大類群，絕大多數為多細胞體，極少數為單細胞體，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原料、肥料和飼料外，其藥用生物活性物質也越來越受到人們的關注[8]。目前關于紅藻提取物中生物活性物質的研究也取得一定的研究進展，紅藻分布廣泛、種類繁多，針對紅藻門及其提取物相關生物活動的研究仍在不斷增加[9-11]。現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提供依據。

1 紅藻門植物提取物的活性物質

1.1多糖 多糖類化合物廣泛分布于自然界，對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，呈現親水性和水溶性，且羥基之間易形成氫鍵[13]。目前研究發現，紅藻多糖具有抗氧化、抗腫瘤、抗炎、抗凝血、免疫調節等作用[14]。此外，利用紅藻多糖作為載體或合成材料以發揮其相關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)的質粒自組裝成納米顆粒，發現基于條斑紫菜多糖的非病毒基因共傳遞系統是一種有前景的神經細胞生成方法，有助于修復神經損傷[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，并將該熒光碳點應用于外胚層間充質干細胞的高效非病毒基因誘導，證明紫菜多糖衍生熒光碳點可被開發成一種安全高效的基因誘導成人干細胞分化的載體[15-16]。

1.2多肽 小分子多肽因分子量小、空間結構簡單、穩定性高，免疫原性低甚至無免疫原性，同時易被機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。紅藻門中的一些藻類(如紫菜、龍須菜)蛋白質含量豐富，且富含人體必需氨基酸，為開發多肽類藥物提供了豐富的資源。有研究發現，大部分的生物活性肽以非活性狀態存在于蛋白質長鏈，當采用適當的蛋白酶水解時，其分子片段與活性被釋放出來[17-18]，發揮抗腫瘤、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研究也取得了較大進展。

1.3酚類 海藻中的酚類物質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結構和獨特的生物活性，是獲取全新結構新藥的重要化合物來源[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出獨特的生物活性[20-24]。目前臨床上已將其用于糖尿病、惡性腫瘤、動脈粥樣硬化等疾病的治療，且已獲得發明專利或新藥批件[25-26]。

1.4萜類 萜類是海藻產生的一類次生代謝產物，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源，具有新穎的異戊二烯結構單元，并具備較強的生物活性。有研究顯示，凹頂藻屬海藻在抗菌、拒食驅蟲、細胞毒和抗腫瘤方面具有較好的效果[29-30]。但由于凹頂藻次級代謝產物類型豐富，且受種屬和產地等因素的影響，其次級代謝產物結構也存在差異。目前，探尋更多具有獨特生物活性的凹頂藻屬海藻次級代謝產物，以研究和開發更多的藥物仍是研究熱點。

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產生，其發生來源多樣，較常見的包括酶、線粒體和氧化還原金屬離子源[31]。過量的氧化自由基能夠破壞人體內的大分子物質，如細胞的磷脂膜、蛋白質和DNA等，造成生物膜系統損傷以及細胞內氧化磷酸化障礙，可能會引起人體衰老、癌癥以及神經性疾病等。抗氧化活性是海藻活性研究的熱點，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，測定了其生化性質，并通過實驗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具有氧化應激表現疾病的作用，研究發現紅藻Gelidiella acerosa提取物可顯著恢復抗氧化劑酶水平，且可防止由β淀粉樣蛋白25～35誘導的細胞內活性氧類的形成，從而保護PC12細胞免受大分子物質的損害，表明該提取物對阿爾茨海默病具有神經保護作用。Ge等[35]研究表明，三列凹頂藻的提取物溴倍半萜烯Aplysin能減輕酒精誘導的氧化應激，從而有效預防酒精性肝損傷。

2.2抗炎活性 炎癥是具有血管系統的活體組織對各種損傷因子所產生的一種復雜性防御反應，通常情況下對機體是有益的，但過度的炎癥反應則會對人體自身組織產生攻擊，進而造成損害。

炎癥是一個復雜的機體反應，常伴隨白細胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α、白細胞三烯等炎癥介質水平的升高。通過降低環加氧酶-2、5-脂氧合酶等的活性從而抑制炎癥介質的生成是尋找抗炎活性物質的重要途徑，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；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。直接抑制炎癥介質的分泌也是一個有價值的途徑，Alarif等[38]從鈍形凹頂藻的有機提取物中分離出3種新的烯炔衍生物，即烯炔衍生物1～3，并通過抑制人外周血單個核細胞中炎癥介質(如腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-1β和白細胞介素-6)的釋放發揮抗炎作用，表明分離的代謝物具有顯著的抗炎作用。Yanagido等[39]研究了4個具有不同生長背景的條斑紫菜獲得的多糖(D1～D4)的抗炎特性，4種多糖對脂多糖刺激的RAW264.7細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-多糖幾乎無活性，并根據進一步的降解實驗推測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題之一。在惡性腫瘤的治療中，大多數藥物在控制癌細胞增殖分化的同時也會對機體其他正常細胞和組織造成嚴重損傷，產生嚴重的不良反應。因此，從自然界中尋找不良反應小的天然藥物成為未來的研究方向。

抗腫瘤機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胞；另一種是本身不具有毒性，但可以促使腫瘤細胞凋亡，紅藻中提取物的抗腫瘤機制多為后者。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細胞可以通過抑制有絲分裂紡錘體的正確形成而阻斷前中期的細胞分裂，從而誘導有絲分裂災難，導致細胞壞死和凋亡。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，確定了一級結構并分析了其對MCF-7乳腺癌細胞的抗癌作用，結果顯示，它們通過誘導MCF-7細胞發生胱天蛋白酶依賴性凋亡而表現出抑制作用。S M等[42]對紅藻Gelidiella acerosaon的提取物進行分析得出，其提取物能通過誘導肺癌A549細胞凋亡而抑制A549細胞增殖，同時還能抑制細胞遷移和定植，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，因此該提取物被認為是磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B抑制劑的天然來源，用于涉及磷脂酰肌醇-3-激酶級聯癌癥的治療。

腫瘤還可因人體內自由基的誘導而產生，由于紅藻部分成分具有抗氧化活性，可以清除體內的自由基，從另一條途徑實現抗腫瘤效果；另外，紅藻中具有免疫調節活性的成分也可以通過刺激機體免疫反應促進免疫細胞增殖，從而達到抗腫瘤的效果。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潛能。

2.4抗凝血活性 凝血是生理性止血的重要環節，在正常狀態時與抗凝血間維持著動態平衡，但這種平衡一旦被打破就有可能導致血栓形成，嚴重者會導致栓塞。

抗凝劑通過與凝血過程中參與凝血的各種凝血因子發生作用而影響凝血過程。目前，探究海藻多糖的抗凝血活性成為研究熱點。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間(activated partial thromboplastin time，APTT)和凝血酶原時間(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，通過檢測正常人血漿凝血酶時間(thrombin time，TT)、APTT和PT來確定抗凝血活性。結果表明，粗制GLP以及純化的GLP-1、GLP-2可有效延長APTT和PT，但沒有延長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、免疫調節活性等作用。抗高血壓活性通常通過檢測血管緊張素轉換酶抑制活性體現，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換酶的抑制肽，其通過非競爭性作用抑制血管緊張素轉換酶，并且動物實驗表明兩個多肽還可顯著降低自發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換酶抑制活性。上述研究結果提示，這兩種多肽物質具有降血壓的潛力。

降血糖活性可以通過抑制關鍵的碳水化合物消化酶、葡萄糖的吸收和抗糖基化終末產物的形成來實現，如Gunathilaka等[45]采用正己烷、氯仿、乙酸乙酯等對帚狀江蘺的甲醇提取物進行分離，并使用多種方法評估甲醇提取物的降血糖潛力，最后通過乙酸乙酯分離得到的甲醇提取物均具備較強大α-淀粉酶抑制活性，而只有部分提取物對α-葡萄糖苷酶抑制有效。在180 min時，乙酸乙酯組分可抑制葡萄糖的擴散，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-質譜分析顯示通過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，帚狀江蘺通過多種機制發揮抗糖尿病的作用。

紅藻提取物的免疫調節活性在體外可以表現為促進免疫細胞增殖、增強免疫細胞活性，而在體內則可以通過刺激機體免疫應答的方式發揮增強免疫的效果。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2，結果表明多糖物質2可以增加一氧化氮的產生并增強巨噬細胞的吞噬活性。此外，多糖物質2可以顯著促進T淋巴細胞的增殖并增強自然殺傷細胞的活性。

3 結 語

海洋中豐富的植物資源和特殊的環境為新藥開發中尋找生物活性化合物提供了重要來源。目前對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，但仍存在一些問題，主要體現為部分紅藻采樣較困難；化合物提取不充分，如多糖提取時不同提取條件下的產物可能不同[47-48]；目標化合物在紅藻中的含量過少而難以進一步進行藥理學實驗，導致缺乏實用價值等。因此，未來需考慮具有分類學背景的采樣人員的參與，嘗試開發更多的方法進行化合物的提取，通過人工合成或生物技術手段解決目標化合物的含量過少的問題，以開發出不同用途的新藥應用于臨床疾病的預防、診斷和治療。