海藻多糖免疫調控活性研究進展

鐘 悅，韓詩語，陳 瑾

（浙江中醫藥大學 醫學技術與信息工程學院，浙江杭州 310053）

海藻是海洋生物中一類重要的經濟植物。海藻多糖是從海洋藻類中提取的一類具有較好生物相容性、可降解性且活性多樣、低毒的大分子天然化合物，其在功能性食品、醫藥等領域的潛在應用價值引起了國內外學者的廣泛關注。目前，國內外已從海藻中提取出海帶多糖、羊棲菜多糖、龍須菜多糖等多類多糖。海藻多糖常與抗腫瘤、抗炎、抗氧化、免疫調節和抗心血管疾病等作用密切相關，且大量研究發現海藻多糖發揮上述作用與調節機體免疫系統功能密切相關[1-2]。例如，近些年已通過體外實驗證實馬尾藻多糖可抑制脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）誘導的NF-κB、MAPK和JAK-STAT通路激活而起到抗炎作用[3]。本文從免疫器官、免疫細胞、免疫分子3個角度進行綜述，展現海藻多糖的免疫研究最新進展，期望為后期海藻多糖的應用開發提供一定的科學理論依據。

1 免疫器官

1.1 胸腺

海藻多糖對于小鼠胸腺的作用途徑主要分為兩方面。①直接促進胸腺細胞的增殖。實驗發現小鼠經瓊枝麒麟菜多糖（Eucheuma gelatinaePolysaccharide，EGP）預處理后，經2Gy γ射線照射可使胸腺細胞S、G2、M期比例升高，促進胸腺細胞的增殖[2]。②通過逆轉胸腺的萎縮或恢復胸腺原有狀態進而提高免疫功能。陳宏碩等[4]的實驗中，受到腫瘤細胞誘導的模型組小鼠胸腺細胞逐漸凋亡，導致胸腺明顯萎縮。海藻多糖處理后小鼠的胸腺指數顯著提高，相較于模型組呈現出顯著性差異（P＜0.01）。陳文青等[5]運用MTT法檢測各實驗組小鼠胸腺細胞的增殖情況，也發現螺旋藻多糖各劑量處理組均能改善環磷酰胺（Cyclophosphamide，CTX）導致的胸腺細胞增殖抑制，顯著促進胸腺細胞增殖。

1.2 骨髓

目前國內有關海藻多糖對骨髓的免疫調節研究較少。但有研究發現，海藻多糖可通過提高CDK4蛋白表達以緩解輻射對小鼠骨髓細胞G1期的阻滯作用。吳顯勁等[6]研究結果顯示，2Gy γ射線全身照射24 h后小鼠骨髓G0/G1期細胞明顯增多而S期和G2/M期細胞明顯減少，表明經2Gy γ射線照射的小鼠骨髓細胞從G1期進入S期進程受阻。照射前小鼠經瓊枝麒麟菜多糖預處理可明顯增加S期和G2/M期骨髓細胞且減少G0/G1期細胞。

1.3 脾臟

海藻多糖可有效促進脾的生長發育，提高機體免疫反應。羊棲菜多糖和羊棲菜多糖絡合物（與Fe3+等離子進行絡合）均表現為良好的免疫調節作用[2]。同樣研究發現給予海帶多糖處理的小鼠能夠抵抗CTX引起的小鼠脾淋巴細胞增殖能力的下降，有效改善CTX所致的小鼠免疫功能低下等問題，促進了小鼠脾T、B淋巴細胞的增殖[2]。此外，研究發現瓊枝麒麟菜多糖可顯著提高脾臟細胞分裂增殖的能力，從而快速恢復受射線照射損傷細胞功能。吳顯勁等[7]實驗研究表明，給予小鼠EGP預處理后可顯著改變小鼠脾細胞周期率，恢復小鼠經2Gy γ射線全身照射后脾細胞的增殖能力，相較于模型組，實驗組小鼠脾細胞S、G2+M期細胞明顯增加。

1.4 胃腸黏膜

現亦有研究發現海藻多糖對胃腸黏膜損傷有一定的治療及保護作用。劉德新等[8]研究發現海藻多糖可修復胃潰瘍大鼠的胃黏膜，每日被喂食100 mg·kg-1海藻多糖的大鼠胃潰瘍體現出較好的治療效果。多糖處理組大鼠胃部黏膜厚度增加、黏膜肌層缺損程度下降，且海藻多糖能夠促進胃黏膜前列腺素E2（Prostaglandin E2，PGE2）和表皮生長因子（Epidermal Growth Factor，EGF）含量上升，結果進一步表明海藻多糖對胃潰瘍的愈合和保護有一定的作用。

2 免疫細胞

2.1 巨噬細胞

巨噬細胞具有強大的吞噬活性，在調節機體內穩態方面具有重要作用。近些年的研究發現海藻多糖具有突出的免疫調節活性，可通過刺激巨噬細胞的增殖，提高機體免疫反應。李龍[9]將不同濃度的海藻多糖與小鼠巨噬細胞共同培養12 h、24 h后觀測細胞活性。結果表明12 h內海藻多糖促進巨噬細胞增殖作用且體現出劑量依賴性。24 h內隨海藻多糖濃度的上升，海藻多糖對巨噬細胞增殖的促進作用呈先上升后下降趨勢，但整體上對其有促進作用，且促進作用明顯。

海藻多糖還可通過JAK2、JNK信號通路誘導RAW264.7巨噬細胞產生一氧化氮，提高巨噬細胞的吞噬功能。同時，海藻多糖對機體內不同部位的巨噬細胞促進能力有較大差異。在研究海帶多糖對小鼠免疫應答的影響時，發現海帶多糖雖降低了單核細胞巨噬細胞的吞噬作用，但不影響腹腔巨噬細胞的活性[10]。

同時也有研究表明，海藻多糖可促進巨噬細胞白介素1（Interleukin-1，IL-1）、白介素6（Interleukin-6，IL-6）、NO、腫瘤壞死因子-α（Tumor Necrosis Factor α，TNF-α）等炎性介質的產生，提高其對細菌病毒等的吞噬能力，刺激炎癥反應的發生。鄭昱婧[11]的研究表明，海藻多糖可促進巨噬細胞分泌多種相關細胞因子，有效地抵御因微生物侵害而引起的組織損傷。黃震等[12]于體外培養小鼠腹腔巨噬細胞后用不同濃度的海藻多糖處理并分別檢測海藻多糖對小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬功能及其產生IL-1的影響。結果顯示，不同濃度的海藻多糖均可較強地促進巨噬細胞分泌IL-1。同時研究進一步發現海藻多糖可正向調節細胞外信號調節激酶ERK1/2、JNK1/2和p38的磷酸化，并在mRNA水平促進巨噬細胞TNF-α及IL-6的表達，增強機體的免疫應答[13]。

2.2 T/B淋巴細胞

T/B淋巴細胞是參與機體適應性免疫應答的重要細胞。近些年研究表明，海藻多糖對T/B淋巴細胞的增殖與分化有促進作用。研究中發現腹腔被注射10 mg·kg-1海藻多糖的小鼠體內成熟T細胞明顯增多，其機體免疫力提高。同時海藻多糖可通過表皮生長因子受體（Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR）、抗胰島素樣生長因子受體（Insulin-like Growth Factor Receptor，IGFR）和 TLR4（Toll Like Receptor 4，TLR4）受 體， 調 控 AKT、NF-κB 和MAPKs信號通道來調節淋巴細胞的增殖和分化[14]。海藻多糖還可作為小鼠B淋巴細胞的有絲分裂原，刺激B淋巴細胞的增殖，并促進淋巴細胞的轉化。許嬌紅等[15]以 0.085 g·kg-1、0.17 g·kg-1、0.51 g·kg-13個劑量組和蒸餾水，每天按20 mL·kg-1對ICR小鼠連續灌胃海藻多糖，30 d后進行效應B細胞檢測和小鼠血清溶血素的測定，結果顯示海藻多糖對效應B細胞的形成有明顯的促進作用，同時促進體液中補體的釋放。

2.3 NK細胞

在免疫機體的免疫反應中NK細胞的殺傷活性無主要組織相容性復合體（Major Histocompatibility Complex，MHC）限制，不依賴抗體產生，是機體中一類重要的免疫細胞。研究表明，海藻多糖可提高NK細胞活性進而提高機體的免疫能力。許嬌紅等[15]用不同劑量組的海藻多糖和蒸餾水，按20 mL·kg-1含量對ICR小鼠連續灌胃海藻多糖30 d后，測定免疫指標，發現高劑量海藻多糖能提高NK細胞活性且具有顯著性差異。同時海藻多糖對NK細胞的促進作用有機體內外的明顯差異。范艷麗等[16]從體外和體內兩方面研究了海藻多糖對小鼠非特異性免疫的調節作用，結果顯示海藻多糖在體外對小鼠脾NK細胞的活性沒有影響，而在小鼠體內多糖則能通過一定作用方式間接刺激NK細胞，提高其免疫活性，進一步增強其對靶細胞的殺傷作用。

2.4 樹突狀細胞

研究發現，海藻多糖對機體免疫系統中具有較強處理能力及加工提呈抗原信息的樹突狀細胞也具有一定調節活性，表現為誘導和保護其活力和增殖，如從巖藻中提取的巖藻多糖（Fucoidan）可通過TNF-α、p38、PI3K和GSK3信號通路激活樹突狀細胞的產生和成熟，并促進其發揮免疫作用[1]。

3 免疫分子

3.1 細胞因子的表達

細胞因子參與機體免疫應答及調節，海藻多糖可調節細胞因子分泌，進而調控機體免疫系統。研究發現，海藻多糖能有效促進細胞因子TNF-α、IL-6、白細胞介素 1β（Interleukin-1β，IL-1β）和白細胞介素10（Interleukin-10，IL-10）的產生，且可正向調節細胞外信號調節激酶ERK1/2、JNK1/2和p38的磷酸化。況煒等[17]研究表明羊棲菜多糖能顯著上調小鼠脾細胞白細胞介素2（Interleukin-2，IL-2）、干擾素-γ（Interferon-gamma-γ，IFN-γ）和TNF-α的分泌量，其中對IL-2、TNF-α的作用呈現藥物濃度和作用時間的依賴性，而對IFN-γ分泌的作用顯示明顯的劑量依賴性。

正常生理條件下，機體產生促炎因子和抗炎因子處于動態平衡。海藻多糖可通過調節抗炎因子與促炎因子不同表達水平，保持機體正常免疫功能。田冰等[18]實驗結果表明紫菜多糖抑制接種腸道病毒71型（Enterovirus 71，EV71）小鼠的 IL-6及 TNF-α表達的同時，促進白細胞介素10的表達，進而維持機體細胞因子水平的動態平衡。

海藻多糖還可調節細胞因子基因表達的失衡，進而調控機體免疫。蘇麗萬等[19]研究表明，海藻多糖可降低LPS誘導的血管內皮細胞炎癥小鼠模型白細胞介素 8（Interleukin-8，IL-8)、IL-1β和 TNF-α的表達，并從根本上調節LPS刺激引起的不同類型NOS基因表達的失衡，有效地減少病理狀態NO的產生，增加生理狀態NO的產生。

3.2 調節NF-κB信號通路

NF-κB信號通路對免疫具有重要的調控作用。海藻多糖可通過調節NF-κB信號通路活性進而調節相關免疫分子的表達。陳芳等[20]研究中，紫菜多糖干預哮喘大鼠模型后，大鼠肺組織中NF-κB信號通路的活性被抑制，降低了TNF-α、IL-1β、IL-4和IL-6的表達，進而緩解哮喘老鼠模型氣道炎癥。而在CHEN等[21]的實驗中發現羊棲菜多糖（SargassumfusiformePolysaccharide-F2，SFP-F2）可通過 CD14/IKK/MAPK P38軸激活NF-κB信號通路，且表現為劑量依賴性方式上調p65和IκBα的磷酸化，從而促進RAW264.7巨噬細胞相關基因的表達及釋放與免疫相關的細胞因子。相反的是，在WANG等[22]研究發現羊棲菜多糖可通過抑制NF-κB信號通路，進而降低LPS誘導的RAW264.7炎癥細胞中TNF-α、IL-1β、PGE2和IL-6的表達水平，從而提高RAW264.7細胞活性。

研究顯示，海藻多糖不僅能調控NF-κB信號通路活性調節細胞因子的表達，還能直接作用于NF-κB信號通路內的信號因子。PARK等[23]的研究發現，海藻多糖不僅能夠通過抑制NF-κBp65轉入LPS誘導的BV2小膠質細胞核中來調控細胞因子表達，還能阻斷NF-κB二聚體p50/p65抑制蛋白（Inhibitory Protein of NF-κB，IκB）的降解直接調控細胞因子水平。

3.3 調節MAPK信號通路

經典的MAPKs通路是信號轉導的重要傳遞者，可被細胞外一系列的刺激因素或信號分子所刺激并通過激活細胞產生各種轉錄因子和基因表達對細胞外信號作出反應，參與調節細胞重要的各種生理/病理過程[24]。海藻多糖可通過MAPK信號通路發揮重要的調節作用。方偉珊[25]在體外和體內試驗中證明，褐藻膠裂解酶（Pseudoalteromonas sp.Strain 272）制備的GAOS（DP2-8）可通過識別表面TLR4介導MAPK/JNK磷酸化水平，進而激活下游的轉錄因子（AP-1）調節相關基因的轉錄信號通路起作用，誘導NO、TNF-α和活性氧的生成。在經羊棲菜多糖處理后的RAW264.7巨噬細胞中也發現p38磷酸化顯著上調，JNK表達略微增加[21]。相反，在YE等[3]研究中發現巖藻多糖可通過抑制MAPK信號通路阻斷各種促炎因子，如NO、TNF-α，進而抑制LPS介導的炎癥起到抗炎作用。

3.4 調節PI3K/AKT信號通路

研究表明海藻多糖可通過調節PI3K/AKT信號通路表達發揮作用。經褐藻糖膠處理的LPS激活的BV2小膠質細胞相較于對照組其p-AKT的表達明顯下降，海藻多糖發揮出抗炎作用。王猛等[26]試驗中，螺旋藻多糖（Spirulina polysaccharides，PSP）顯著抑制子宮內膜異位癥（Endometriosis，EMs）模型小鼠體內AKT信號通路活性。同時螺旋藻多糖還可抑制PI3K通路上關鍵分子的表達，且PSP作用效果與劑量呈正相關。而在張濤等[27]研究發現石莼聚糖可通過TLR4激活PI3K/AKT信號通路誘導腸道上皮細胞因子的產生，具有免疫刺激活性。

3.5 調節JAK/STAT信號通路

研究證實，海藻多糖可通過調控JAK/STAT信號通路表達，起到保護作用。在YE等[3]研究發現巖藻多糖可通過抑制JAK/STAT信號通路阻斷各種促炎因子，如NO、TNF-α，進而抑制LPS介導的炎癥。同樣在由IFN-γ誘導的C6腦膠質瘤細胞的研究中表明，JAK/STAT和p38信號均正向調節IFN-γ誘導的一氧化氮合酶（Inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS），而褐藻糖膠可抑制iNOS表達。與對照組相比，多糖處理的實驗組中，p-JAK2及p-STAT1的表達水平明顯下降，表明其能夠通過下調JAK-STAT信號通路來降低炎癥反應[28]。此外，巨虎等[29]發現巖藻多糖可通過調節JAK2/STAT3信號通路來保護神經元免受缺氧缺糖/再灌注損傷引起的氧化損傷和細胞凋亡。

4 結語

綜上所述，不同來源的海藻多糖可通過免疫器官、免疫細胞、免疫因子等多方面發揮廣泛的免疫調節活性，如提高巨噬細胞、T/B細胞等的活性，通過調控MAPK/NF-κB信號通路調節細胞因子的釋放等。但因海藻多糖缺少確切和充分的體內證據，構效關系不確定、效用機理不明確的應用瓶頸問題，海藻多糖目前的應用范圍不夠廣泛，持續開展海藻多糖的經濟價值研究任重而道遠，期望后續隨著海藻多糖的不斷深入研究，將其運用到更多領域，為人類健康帶來更多的福祉。