摘 要：针对螺旋藻多糖制备、生物活性、结构、构效关系及其开发利用前景进行了阐述，为螺旋藻多糖的进一步研究开发提供参考。

      关键词：螺旋藻多糖；结构；活性

      螺旋藻多糖（PSP）是从螺旋藻藻体、螺旋藻培养液中提取分离出来的一类具有促进细胞生长、提高免疫力、抗肿瘤、抗辐射、抗衰老、对核酸内切酶活性和DNA修复合成有增强作用等功能的重要天然生物活性物质，也是国内外海洋药物研究开发的热点。本文就螺旋藻多糖的制备、生物活性、结构、构效关系及其开发利用前景进行综述，旨在为螺旋藻多糖的进一步研究开发提供参考。

      1 螺旋藻多糖的结构与构效关系

      1.1 螺旋藻多糖的结构

      多糖结构层次可以分为一、二、三、四级。一级结构主要体现在主链和支链的性质上，前者如糖基的组成、排列顺序及其连接方式等，后者如分支的有无、类型、位置及长短等。二级结构指多糖的主链间以氢键结合的各种聚合体。在二级结构的基础上，糖单位间的非共价键相互作用形成有序而粗大的构像，形成多糖的三、四级结构。多糖的一级结构又称为初级结构，二、三、四级结构称为高级结构，两者都直接决定多糖的生物活性。

      多糖的结构复杂、多样，结构的研究特别是高级结构的研究难度大。目前，螺旋藻多糖结构研究多局限于一级结构的研究，主要是分析多糖的组成、相对分子量及糖苷键的类型等，高级结构的研究没有取得较大的突破。研究表明，钝顶螺旋藻多糖的相对分子质量为12590，由D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖和葡萄糖醛酸组成，各组分的相对含量分别为30.938%、29.779%、22.755%和16.526%；极大螺旋藻多糖相对分子质量为29500，由L-鼠李糖、D-木糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、D-阿拉伯糖、D-甘露糖和葡萄糖醛酸组成，各组分的摩尔比为1.947∶0.905∶1∶1.182∶0.338∶0.347∶1.330；这两种多糖均由藻体制备，糖苷键为α型。从极大螺旋藻培养液中制备的多糖相对分子质量为60000，是一种酸性杂多糖，由L-岩藻糖，D-甘露糖，D-半乳糖，D-葡萄糖和葡萄糖醛酸组成，糖苷键为13型。研究还表明，钝顶螺旋藻中可分离得到硫酸酯化多糖，有D-果糖的存在。

      1.2 螺旋藻多糖的构效关系

      功能以结构为基础，多糖的生物活性与其初级结构和高级结构密切相关，因此多糖的构效关系是人们研究的重点。一般认为多糖的高级结构对其生物活性的影响比一级结构大。但目前，多糖构效关系的研究主要集中在多糖一级结构与其生物活性上：

      （1）多糖的生物活性与分子大小有关。如从钝顶螺旋藻提取的相对分子质量约1000万的高分子多糖激活体外单核细胞的能力比目前临床上用于癌症免疫疗法的多糖制剂要大100～1000倍；

      （2）多糖的生物活性与其主链连接方式有关。如从钝顶螺旋藻中制备的一种含钠离子的硫酸酯多糖，主链由两种不同类型的含硫酸基团的双糖组成，能强烈地抑制血管内皮细胞的增殖，其活性远比肝素强，若将主链解聚，这种抑制活性消失；

      （3）多糖的生物活性与侧链基团有关。如螺旋藻多糖硫酸酯化后，多糖清除自由基的能力比酯化前显著增强；酸性多糖清除·OH的能力比碱性多糖强；多羟基化基团在螺旋结构外周的存在可能增加葡聚糖的内在免疫活性等；

      （4）由于多糖生物活性主要是在动物或人的体液中才得以实现，因此多糖的活性与其溶解度、粘度等物理化学性质有关。

      2 螺旋藻多糖的制备

      螺旋藻粗多糖的提取方法大致有2类，一类是化学方法，主要采用不同温度的纯水、稀盐或稀碱溶液提取，为了防止粗多糖糖苷键断裂而发生降解，应尽量避免在酸性条件下提取；另一类是生物方法，即酶法，通常先用胰蛋白酶水解，再用木瓜蛋白酶水解。粗多糖经脱蛋白、脱色和去除小分子杂质，得到较纯的多糖混合物，再经柱层析纯化分级，得到精制的单一多糖。

      3 螺旋藻多糖分离提纯的一般方法

      随着螺旋藻多糖研究的深入，20世纪90年代以来，形成了一种普遍采用的分离提纯方法。

      3.1 提取步骤

      藻粉 （水抽提）80℃，4h 上清液 真空浓缩 浓缩液 酒精沉淀，离心分离 沉淀 （脱蛋白）用Sevag法 水层 酒精沉淀，离心分离 沉淀 （脱水）冷冻干燥用丙酮洗 螺旋藻多糖粗品 （脱蛋白） 水层 酒精沉淀 沉淀 溶解，离子交换柱层析 洗脱液 浓缩，冷冻干燥 白色粉末 溶解，凝胶过滤 滤液 透析 ，冷冻干燥 螺旋藻多糖精品

      3.2 提取过程中的多糖分离方法

      3.2.1 酒精沉淀、分离

      在浓缩液中加入等量或数倍量的95％乙醇，此时螺旋藻多糖以纤维状或胶状沉淀析出，而蛋白质和其他杂质则残留于溶液中，再离心（4000转/min，15min），去除上清液得沉淀物。

      3.2.2 Sevag法脱蛋白

      将沉淀物溶于蒸馏水中，用Sevag法脱蛋白5次，去除氯仿层，得水相层。此法在避免多糖降解方面有显著的效果。

      3.2.3 离子交换层析

      将沉淀物溶于蒸馏水中，用DEAE-纤维素柱（3.5×45cm）进行层析，以适宜流速流出，用蒸馏水洗脱，得单一的洗脱峰，减压浓缩至成为膏状物，冷冻干燥得白色粉末制品。

      3.2.4 凝胶过滤

      将上述制品溶于蒸馏水中，用Sephadex G-200柱（2.26×60cm）进行过滤、水洗，得螺旋糖多糖液体。

      3.2.5 透析

      把糖液置于透析膜中，在蒸馏水中透析48h以上，除去小分子化合物等杂质。透析后，再真空浓缩、冷冻干燥，即可得到均一精品。

      4 螺旋藻多糖的生物活性作用

      4.1 提高免疫力、抗肿瘤作用

      抗肿瘤功能是螺旋藻多糖最重要的生物活性作用之一，也是研究最活跃的部分。药理和临床实验证明，螺旋藻多糖具有抑制小鼠S-180肉瘤和HL60人早幼粒细胞性白血病等细胞生长的生物学效应。一般认为，螺旋藻多糖不能损伤癌细胞DNA的复制模板，也不能直接杀伤癌细胞，而只是代谢性地抑制癌细胞DNA的合成，因此螺旋藻多糖的抗肿瘤作用主要是通过提高机体的免疫功能而间接抑制肿瘤的生长。

      螺旋藻多糖作为一种免疫增强剂，一方面能增强骨髓细胞的增殖活力，有利于巨噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞等免疫细胞的形成和活性的激活；另一方面能促进白细胞介素II的生成，通过促进血清蛋白的生物合成调节机体抗体的形成；再者，螺旋藻多糖能促进脾、胸腺等免疫器官的生长，减轻或消除免疫抑制剂对机体免疫系统的抑制作用。因此螺旋藻多糖不仅能提高机体非特异性的细胞免疫功能，还能提高机体特异性的体液免疫功能，从而提高机体抗肿瘤免疫能力。

      研究表明，从钝顶螺旋藻分离出来的相对分子质量约1000万的高分子多糖具有促进白细胞介素II和肿瘤坏死因子的生长，在提高机体免疫力的同时对肿瘤细胞有细胞毒、细胞溶解和抑制增殖等作用，起到抗肿瘤的效果。此外，螺旋藻多糖是一种天然化合物，毒副作用低，可预防或治疗放疗和化疗中对正常细胞的损伤，有利于肿瘤患者的康复。

      4.2 抗氧化、抗衰老作用

      根据Harman的衰老自由基理论，机体代谢过程中产生的活性氧基团或分子（·O2、·OH、H2O2等）可引发脂质、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤，导致衰老。研究表明，螺旋藻多糖具有抗氧化性，能清除活性氧自由基，如钝顶螺旋藻多糖、极大螺旋藻多糖分别可以显著地清除·O2、·OH，达到抗衰老的目的。螺旋藻多糖还能提高血浆中SOD的活性，减小脂质的氧化性损伤；改善机体的造血功能，提高机体免疫力；促进蛋白质合成等，这些也可能是其延缓衰老的重要原因。

      4.3 抗疲劳作用

      试验表明，多糖是螺旋藻抗疲劳作用的主要成分，它能减少蛋白质和其它含氮化合物的分解代谢，降低血清尿素氮的形成，提高肝糖原和肌糖原贮备能力，明显延长了小鼠游泳运动耐力时间，起到抗疲劳作用。

      4.4 抗病毒作用

      于红等发现螺旋藻多糖可干扰病毒向宿主细胞吸附，并可有效地抑制病毒的复制，但不影响病毒的释放；PSP亦可明显抑制HSV-1糖蛋白gG mRNA的表达。表明PSP抗病毒靶位在于阻断病毒吸附和抑制感染细胞内病毒的复制及抑制HSV糖蛋白基因的转录。PSP可抑制乙型肝炎e抗原（HB-sAg）、表面抗原（HbeAg）的分泌及细胞HBV-DNA的复制，抑制作用具有明显的剂量反应关系。由于病毒常利用宿主细胞的羟基化过程产生外壳糖蛋白部分，这种糖与宿主糖蛋白的糖部分几乎无区别，使得病毒在宿主细胞中出现而能避免免疫系统的监视。因此干扰病毒的糖基化可能是多糖抗病毒的原因。

      最近发现多糖硫酸酯化物可抑制合胞体形成从而抑制逆转录酶（RT）的活性，阻断HIV的繁殖，最终使机体病理损伤得以消失。多糖硫酸酯是一类治疗HIV感染并具有抗艾滋病发展的新药。现已在国外产生了用硫酸酯化修饰多糖的热门研究。

      4.5 抗辐射作用

      张成武等报道，腹注PSP 125 mg／kg可刺激60Co辐射后小鼠粒单系祖细胞和造血干细胞的形成，并增加骨髓有核细胞的数量，增强辐射后小鼠外周白细胞功能的恢复。庞启深等进一步用核酸内切酶实验考察了PSP对辐射损伤的保护机制。发现PSP能显著增强辐射引起的切除修复活性与程序外DNA合成，而且还能延缓以上2个重要修复反应的饱和度。许昌韶等发现，PSP可能能提高或保护内源性SOD，使之能够更好地对抗由辐射产生的自由基，让生物大分子免受损伤，达到抗辐射的目的。这些研究表明，PSP对放射性损伤有很好的促进修复作用。

      PSP具有较好的抗辐射作用，可防止肿瘤病人因放化疗引起的白细胞破坏，是肿瘤病人理想的辅助治疗药物，进一步扩大了PSP在肿瘤治疗方面的应用价值。

      4.6 抗突变作用

      PSP能消除免疫抑制剂环磷酰胺对机体免疫系统的抑制作用。PSP对Cy引起的Balb／c小鼠造血细胞功能等的损伤具有保护作用。当给小鼠Cy时，若能同时给予PSP，就能大大减轻Cy引起的造血功能障碍，并引起小鼠体重下降，降低死亡率。PSP对诱发小鼠骨髓细胞微核率有明显抑制作用，能拮抗小鼠染色体的突变，且随着PSP浓度的增加抑制率有所增强。

      此外，大量的研究表明，PSP还有抗炎、抗消化溃疡、抗凝血、抗血栓、抗水肿、降血糖、降血压等多种药理作用。PSP现已成为活性多糖类治疗多种疾病的新药及保健药。

      5 问题与展望

      5.1 存在的问题及对策

      目前有关螺旋藻多糖的制备、结构、生物活性和构效关系等方面的研究已取得一定成果，但也存在一些问题。

      5.1.1 加强螺旋藻多糖研究开发的管理

      由于不同种类的螺旋藻制备的多糖不同，提取分离纯化方法的不同，同一螺旋藻制备的多糖也不同，因此，理论上讲螺旋藻多糖的种类繁杂，基本上没有规范的多糖种类名称，妨碍多糖进一步的研究和应用。今后应从螺旋藻多糖的组成、结构和生物活性等方面入手，制定相应标准，规范螺旋藻多糖的研究开发。

      5.1.2 选育螺旋藻新品种，改进制备方法，提高螺旋藻多糖得率

      目前，已鉴定的螺旋藻有36种，主要集中在钝项螺旋藻和极大螺旋藻的研究和应用上，螺旋藻多糖的得率也普遍较低。今后应加强螺旋藻其它种类多糖的研究，丰富螺旋藻多糖资源；利用辐射育种等方法，辅以分子遗传标记选育螺旋藻新品种；改进和优化制备方法，加强影响螺旋藻多糖生成因素的研究，选择最适的培养条件，提高螺旋藻多糖的生成量。

      5.1.3 加强对螺旋藻多糖结构和构效关系研究，提高其生物活性

      目前对螺旋藻多糖的高级结构研究还不能从结构上阐述多糖的生物活性。今后应充分利用生物、化学和物理学的方法以及高新技术研究多糖结构，如利用核磁共振技术、x射线衍射技术研究多糖的组成和结构，利用高分子溶液研究的方法研究多糖在溶液中的构象，利用原子力显微镜研究多糖的分子形貌和精细结构等，从结构上阐明多糖的生物活性。利用合适的分子修饰的方法对螺旋藻多糖进行改造，如将多糖衍生化、磷酸酯化、碘化、氨化等，改变多糖的结构，提高多糖的生物活性或降低其毒副作用，以达到充分发挥螺旋藻多糖生物活性的目的。

      5.2 未来展望

      螺旋藻多糖作为一类具有重要生物活性的天然多糖化合物，其生物活性已逐渐为人类所认识，正应用于药理与临床实验。随着对螺旋藻多糖的深入研究，螺旋藻多糖的研究将会成为国内外生物学、化学、物理学和医学等学科研究的重要领域。

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（来源：国家食物与营养咨询委员会）