Marinedrugs：具有药用特性的海洋碳水化合物的当前应用趋势
*本文仅供医学专业人士参考阅读
从海藻、微生物和动物等海洋来源获得的海洋含碳水化合物物质通常是可生物降解的和生物相容的，并且表现出的生物学特性有助于发现各种具有特殊药理学特性的新生物活性物质，这些物质在医学用途上十分有潜力。基于碳水化合物的化合物包括聚糖、糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂和不同来源的低分子和复杂糖苷。来源于海洋聚糖是非凡的分子，在生物过程中起着决定性作用。
所有细胞，包括人类细胞，其表面都有碳水化合物，称为糖萼。糖萼在个性化医疗具有广泛的潜在用途，包括为癌症等疾病寻找新的生物标志物，以及在临床试验中对患者进行分层。碳水化合物的功能研究涉及分子识别，如碳水化合物-凝集素或糖苷-酶相互作用、细胞识别（正常和病理）、病毒粘附/渗透和许多其他现象。碳水化合物识别在免疫系统的激活和功能中起着至关重要的作用。
海洋碳水化合物作为治疗剂的生产和应用越来越成为深入研究的重要课题。对碳水化合物的现代研究包括在疾病和营养素的诊断和治疗领域开发糖技术。对具有治疗目的的海洋多糖研究的兴趣取决于开发侵入性更小和更个性化治疗的新方法的可能性。许多这些多糖允许加载较低的药物剂量，这可能会导致药物引起的副作用的急剧减少。
海洋多糖的广泛应用前景
海洋多糖因其分子中官能团众多、吸水性强、理化性质良好、安全、成本低、在自然界中分布广泛、生物学等优点，在组织工程和再生医学药物递送系统中的应用得到迅速发展。此外，多糖的结构可以相对容易地进行修饰，以合成具有所需药物递送特性的衍生物。碳水化合物复合物是耐受性良好的大型生物系统，可用于各种领域，例如药物递送系统；用于细胞培养和酶固定的基质；以及用于重建骨骼、软骨、心脏和牙齿组织的材料。
海洋多糖及其衍生物作为可溶性物质具有广阔的医疗应用前景。许多微生物，包括海洋细菌，会分泌称为EPS的胞外多糖。EPS在细胞治疗和组织工程方面有很大的前景。由于它们在靶向恶性肿瘤及其转移方面的天然趋向性，EPSs最近被认为是与治疗诊断放射性核素对结合的载体。有研究将来自红色微藻的EPS视为抗菌、抗生物膜和抗癌产品的天然来源，可作为天然防腐剂用于药物制剂和食品工业，该研究也同样证明了EPS的药用潜力。
尽管阐明了许多多糖结构，但EPS的多样性似乎在很大程度上被低估了，并且仍然缺乏预测其结构的工具。Drouillard等人的文章涉及溶藻弧菌CNCMI-分泌的多糖的结构解析。溶藻弧菌分泌一种胞外多糖，用作化妆品行业的知名原材料（Epidermist），其通过显著增加角质形成细胞分化和表皮更新来改善皮肤的物理和化学屏障功能的能力受到业界认可。对天然多糖和碱处理多糖的分析以及纯化二糖和三糖的详细表征表明，多糖由三个残基的重复单元组成：d-半乳糖(d-Gal)、N-乙酰葡糖胺(GlcNAc)和l-N-acetylguluronicacid。
藻类多糖在制药工业和医学中的应用潜力
由于藻类的多样性和丰富的生物活性化，制药工业和医学界对藻类的医学用途具有相当大的兴趣。褐藻、红藻和绿藻多糖的结构和生物活性在多篇论文中进行了讨论。
来源：SeaTech
来自绿藻Caulerpacupressoidesvar.（仙人掌树藻）的两种硫酸化和丙酮酸半乳聚糖的结构和免疫刺激作用。根据核磁共振光谱，两种半乳聚糖主要由3)-β-d-Galp-(1→3)单元组成。还发现了丙酮酸基团，形成五元环状缩酮作为4,6-O-(1羧基)-亚乙基-β-d-Galp残基。一些半乳糖残基在C-2处被硫酸化。这些硫酸化多糖(SP)对巨噬细胞的影响导致产生一氧化氮(NO)、活性氧(ROS)和促炎细胞因子，这表明C-4位置的硫酸化对于巨噬细胞的免疫调节活性不是必需的。C.cupressoides半乳聚糖的免疫刺激活性显示了它们在开发新的生物医学产品方面的实际潜力。
Li等人研究了使用酶法制备的低分子量硫酸盐Ulvapolysaccharide(LMW-ulvan)的葡聚糖硫酸钠(DSS)对小鼠结肠炎的保护作用。在实验中，MW-ulvan减少了炎症浸润和损伤，这可归因于小鼠抗氧化防御系统的增强。也有人认为LMW-ulvan在DSS诱导的结肠炎中的改善可能与其通过增加紧密连接蛋白的表达对肠粘膜屏障的保护作用密切相关。因此，LMW-ulvan可以进一步抑制肠黏膜异常免疫反应，从而改善黏膜屏障功能和肠黏膜通透性。这些结果表明LMW-ulvan可能在炎症性肠病领域有比较好的应用前景。
褐藻还合成了广泛用于食品和制药行业的海藻酸盐。海藻寡糖（AOS）是海藻酸盐的低聚物，具有相对分子量低、溶解性好、安全性高、稳定性高等特点。海藻酸裂解酶在海藻寡糖的制备和褐藻加工方面具有独特的优势。海藻酸盐裂解是在相对温和可控的条件下通过β-消除催化降解海藻酸盐为AOS。其基因Alg是一种冷适应的PL7藻酸盐裂解酶，对polyG具有显著的偏好。同时，Alg特异性降解polyG和海藻酸钠，但对polyM几乎没有活性。研究表明，Alg可以催化海藻酸钠水解生成单糖和三糖。通过对自由基（羟基和ABTS+）的清除能力和还原能力的测定，酶解产物显示出良好的抗氧化活性。由于其冷适应和双重外/内型特性，Alg可以成为工业生产的潜在酶促工具。
合成酸性多糖如卡拉胶(CRG)和琼脂是红海藻中最具医疗前景的化合物。大量研究表明，CRGs不仅可以被视为食品成分，还可以被视为药物，因为它具有广泛的生物和生理活性。卡拉胶(CRG)对脂多糖(LPS)的抑制作用在内毒素血症小鼠模型中诱导炎症，并且在沙门氏菌病因的肠道感染患者的复杂治疗中，CRGs能够在体外增加抗炎性白细胞介素10(IL-10)的合成，并且在低浓度下，它们在与LPS的混合物中的活性更高。此外，在目前的研究中，评估了“卡拉胶-FE”在沙门氏菌病因肠道感染患者的复杂治疗中的治疗作用。“卡拉胶-FE”恢复了止血系统，纠正了患者免疫系统的一些生化指标和参数。这些结果表明合成酸性多糖或可在革兰氏阴性菌引起低患者内毒素血症水平的CRG中发挥重要的医疗作用。
壳聚糖
众所周知的多糖之一是壳聚糖。Yan等人系统地探索了在含有庆大霉素（GT）的壳聚糖（CS）水凝胶作用下烧伤创面愈合的机制。基于壳聚糖-庆大霉素偶联物的伤口敷料具有抗菌性能和良好的细胞相容性和血液相容性。伤口愈合实验表明，CS和GT之间具有协同作用，并且在创伤愈合后期具有最高的恢复率。CS-GT组中的动物具有最厚的真皮、致密的真皮间充质和纺锤形成纤维细胞，表明组织修复最佳。进一步的分析表明，CS-GT水凝胶促进了皮肤肉芽组织中总蛋白的合成，促进了胶原纤维的形成，降低了炎性细胞因子的表达，最终加速了伤口愈合。
Lan等人评估了膳食补充壳寡糖(COS)对肠道完整性、氧化状态和过氧化氢(H2O2)挑战的炎症反应的影响。饮食中补充COS降低了十二指肠和回肠粘膜IL-6水平和空肠粘膜肿瘤坏死因子-α（TNF-α）水平，抑制了空肠和回肠IL-6和空肠和回肠TNF-α的表达，并增加十二指肠和回肠粘膜IL-10水平。该研究小组的结果表明，COS可以通过调节肠道的氧化状态和炎症细胞因子的释放，在氧化应激期间维持肠道的完整性。这些结果表明COS可以通过调节肠道氧化状态和炎症细胞因子的释放来维持氧化应激下的肠道完整性。膳食COS补充剂可能是减轻氧化应激不利影响的有效营养策略。
通常制备基于碳水化合物的复合物以改善其功能特性。这种方法可以轻松地为特定的医疗应用调整复杂的特性。与可比剂量的初始多糖相比，评估了壳聚糖与各种成分的红海藻-κ-角叉菜胶(κ-CRG)多糖的聚电解质复合物(PEC)的免疫活性。在与吞噬细胞（即巨噬细胞和中性粒细胞）的活化直接相关的组胺诱导的渗出性炎症中观察到CS和κ-CRG及其可溶性PEC的最高活性。PEC清除NO的能力取决于PEC中κ-CRG的含量。PEC诱导外周血单个核细胞合成促炎(TNF-α)和抗炎(IL-10)细胞因子的能力由初始κ-CRG的活性决定，而不管它们的组成如何。
甘油糖
甘油糖脂广泛分布于植物、微藻和蓝藻中，具有生物活性和药理活性，可广泛应用于制药工业。Xu和Miao的一项研究提供了对甘油糖脂代谢的进一步见解，以及通过代谢工程优化甘油糖脂合成和蓝藻甘油糖脂利用的科学基础。根据转录组分析，作者表明有12个差异表达的转录调节因子可能是与甘油糖脂调节相关的潜在候选者。转录组分析还表明甘油糖脂合成中存在转录后或翻译后调控。
来源：doi.org
