巖藻多糖的免疫調節作用研究進展

閆洪雪，邱霞，劉書英，秦益民，張德蒙

（1青島明月海藻集團有限公司，山東青島 266400；2青島明月海藻生物健康科技集團有限公司，山東青島 266400）

多糖是海藻最主要的成分，其干物質中多糖含量占到50%以上。巖藻多糖是一種高分子碳水化合物，主要由幾個不同或相同的單糖基以糖苷鍵連接而成，是天然的活性物質［1］。巖藻多糖是一種硫酸多糖，主要存在于褐藻的細胞壁基質中，可以增強機體免疫功能，且具有抗凝血［2］、抗腫瘤［3］、抗病毒［4］、抗氧化［5］的功能，在制藥和現代食品產業中都有廣泛的應用［6-7］。免疫系統在控制病毒、細菌感染，預防慢性病和抑制腫瘤的形成過程中起著核心作用，是人和動物機體的調控網絡。動物、植物、微生物中的多糖是能參與各種生理機能調節天然產品，且通常具有安全、毒副作用小等特點［8］。本文綜述巖藻多糖免疫調節功能及其應用的研究進展。

1 巖藻多糖的化學結構

因不同海藻種類之間存在差異，巖藻多糖的化學結構也隨之有所不同。巖藻多糖主要成分為不同比例的糖醛酸和其他單糖組分組成，如木糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、糖醛酸、鼠李糖等［9-10］。巖藻多糖的主要成分是L-巖藻糖單糖和硫酸基團。研究人員采用化學和物理方法對其進行分析發現，其化學結構主要有兩種類型，分別是以重復的C-1，3鍵結合的α-L-巖藻糖和以C-1，3鍵、C-1，4鍵交替結合的α-L-巖藻糖，硫酸基團大多位于4號位，少數位于3號位，是一種天然的雜聚糖［11-13］。

2 巖藻多糖的免疫調節作用

2.1 對免疫器官的作用

巖藻多糖能通過調整人體免疫系統功能提高人體的免疫活力［14］。Yoo等［15］從裙帶菜中提取了巖藻多糖，然后利用巖藻多糖對小鼠脾細胞的免疫調節活性進行研究發現，巖藻多糖對小鼠脾細胞產生細胞因子IL-6、趨化因子RANTES和MIP-1α有激活作用，能引起細胞內的細胞激素和脾臟細胞內趨化激素的免疫調控活性且沒有細胞毒性。Jang等［16］用不同分子量的巖藻多糖處理脾細胞，發現分子量高的的巖藻多糖能增強脾臟細胞的活力，防止脾臟細胞死亡。進一步功能分析發現，高分子量巖藻多糖可顯著增加干擾素-c和一氧化氮的產生，具有較強的免疫激活作用，而低分子量巖藻多糖的生物活性相對較低，且在處理過程中發現其對脾細胞有相對的毒性。研究結果表明，巖藻多糖的分子量不同，對免疫細胞的活性和作用的影響也可能存在差異。這項研究可能拓寬巖藻多糖在基礎研究和臨床領域的應用。石磊等［17］采用對小鼠灌胃的方式，分別用高、中、低3種劑量的巖藻多糖來進行試驗，結果發現，使用高劑量和中劑量的巖藻多糖能顯著提高小鼠的脾臟和胸腺活性，證實了巖藻多糖顯著增強免疫活性的作用。

2.2 對非特異性免疫系統的作用

非特異性免疫是身體先天具有的生理防御功能。非特異性免疫系統主要由固有免疫細胞、補體、細胞因子等構成，如巨噬細胞、自然殺傷性細胞（NK細胞）、樹突狀細胞（DCs）。

2.2.1 對免疫細胞的影響 科學家們就巖藻多糖對巨噬細胞的影響進行了探討，研究了從韓國裙帶菜孢子葉中提取的巖藻多糖對小鼠巨噬細胞的免疫調節活性，結果表明，巖藻多糖可抑制小鼠巨噬細胞RAW 264.7細胞的生長，在RAW 264.7細胞和小鼠腹腔巨噬細胞中UP-F可以劑量依賴地誘導TNF-α表達。UP-F還能積極誘導RAW 264.7細胞中趨化因子RANTES和MIP-1α的表達［15］。石磊等［17］對小鼠進行巖藻多糖灌胃試驗，采用高、中、低三種劑量，結果發現，采用高劑量和中劑量的巖藻多糖灌胃，能顯著增強小鼠的細胞免疫功能。使用高劑量巖藻多糖，對小鼠的體液免疫功能以及單核-巨噬細胞功能的增效功能更明顯。李俊燕等［18］采用超聲法來降解巖藻多糖，收集不同分子量范圍的樣品，并對其進行紅外光譜分析。利用收集的巖藻多糖片段考察了對RAW 264.7細胞活力的影響，并探索了各組分的體外免疫調整活性。試驗結果表明，分子量＞100 kD的巖藻多糖明顯改善細胞活力，且因濃度不同效果不同，低濃度下有提高細胞活性的作用，濃度高則起到抑制作用，具有免疫調節活性。JIN等［19］進行巖藻多糖對DCs功能影響的體內試驗研究，結果表明，巖藻多糖可促進脾臟DCs中CD40、CD80和CD86的表達，以及IL-6、IL-12和TNF-α的表達，且巖藻多糖增強OVA誘導的脾臟DCs MHC I、II類上調，強烈促進OVA特異性CD4、CD8 T細胞增殖。日本學者Tomori等［20］通過隨機雙盲的方法評價提取自沖繩海蘊的巖藻多糖對NK細胞活性的影響，并評價其在健康成人中的安全性。

研究對象被隨機分為兩組：使用安慰劑組和巖藻多糖試驗組。12周后進行血液、生化和免疫試驗。在研究期間，所有試驗均未觀察到臨床不良反應。在免疫學試驗中，與攝入前相比，巖藻多糖組在8周時NK細胞活性明顯增強。此外，巖藻多糖試驗組的男性受試者的NK細胞活性在使用8周時明顯增強。這些結果證實了從沖繩海蘊提取的巖藻多糖可以增強NK細胞活性。Zhang等［21］分析了從泡葉藻、巨藻、裙帶菜和墨角藻中提取的巖藻多糖，研究巖藻多糖對人中性粒細胞凋亡、小鼠NK細胞活化、脾臟DCs細胞成熟、T細胞增殖和活化的影響以及在體內的佐劑作用。提取自巨藻和裙帶菜的巖藻多糖在低濃度條件下強烈延遲了人中性粒細胞的凋亡，而泡葉藻和墨角藻來源的巖藻多糖在高濃度處理時會引起中性粒細胞的凋亡延遲。此外，裙帶菜中提取的巖藻多糖還能促進NK細胞活化和對YAC-1細胞的殺傷活性。Yoo等［22］鑒定高分子量巖藻多糖和低分子量巖藻多糖的化學組成，通過體外實驗比較作為NK細胞來源的免疫刺激劑的功能并在免疫抑制動物模型中測試高分子量巖藻多糖作為免疫刺激劑的有效性。在這些模型中，高分子量巖藻多糖能夠顯著的恢復NK細胞的細胞毒性，并促進顆粒酶B的釋放。用分子量高的巖藻多糖處理后，脾臟中白細胞介素（IL）-1β、IL-2、IL-4、IL-5、IL-12、干擾素（IFN）-γ、腫瘤壞死因子（TNF）-α的表達也明顯增加。

2.2.2 調節細胞因子 Bi等［23］從新西蘭裙帶菜中提取了低分子量巖藻多糖LMWF（＜10 kDa），研究其免疫調節作用發現，LMWF在1～50μg/mL濃度范圍內對RAW264.7巨噬細胞具有顯著的的免疫激活作用。此外，LMWF能夠顯著促進NO釋放、iNOS表達、TNF-α和IL-6分泌，且呈濃度依賴性。研究發現，低分子量的巖藻多糖能夠顯著刺激NF-κB和MAPK信號通路的激活，特異性的降低NF-κB和MAPK信號通路抑制劑的活性。LIU等［24］研究了新西蘭裙帶菜低分子量巖藻多糖對樹突狀細胞（dc）的調節作用發現，LMWF可以促進dcs的成熟和遷移，以及CD4+和CD8+T細胞的體外增殖。這些研究證明了這種免疫促進活性是通過TLR4及其下游MAPK和NF-κB信號通路激活的。進一步在體內（小鼠模型）研究表明，LMWF具有較強的免疫促進作用，如促進免疫細胞增殖，提高免疫器官指數等。劉曉東等［4］對巖藻多糖的免疫調節作用及抗日本乙型病毒（JEV）作用進行了體內和體外驗證試驗。結果表明，巖藻多糖可以促進脾臟淋巴細胞增殖，能夠調控CD4+T細胞（CD3+CD4+）/CD8T細胞（CD3+CD8+）/B細胞（B220+）亞群的活性，且巖藻多糖能夠促進Th1細胞因子IFN-γ及Th2細胞因子IL-4的表達，有效提高JEV滅活疫苗的抗體水平。進一步研究發現，巖藻多糖可以抑制JEV病毒的復制。這些結果表明，巖藻多糖可作為一種新型免疫增強劑和抗乙腦的藥物，具有潛在的抗病毒和免疫調節功能。劉憲麗等［25］在體外考察了巖藻多糖的調節免疫功能，當試驗濃度低于1000 μg/mL時，巖藻多糖對Hca-F肝癌細胞生長的抑制作用不明顯，但能夠促進脾淋巴細胞增殖，對Mφ吞噬活性有促進作用，并能促進細胞因子IL-6、IL-10、IL-12、IL-18和TNF-α的分泌。這表明巖藻多糖可以提高細胞與分子免疫應答水平，調節細胞因子分泌，從而對抑制小鼠Hca-F肝癌細胞生長，發揮抗腫瘤作用。

2.3 對特異性免疫的調節作用

特異性免疫是人體經感染或人工預防接種而獲得的抵抗再次感染的能力，主要包括細胞免疫和體液免疫。Hayashi等［26］研究表明，口服巖藻多糖可以防止小鼠受HSV-1的感染。從生存率和病變評分來看，巖藻多糖對巨噬細胞的吞噬活性和B細胞的成胚有明顯的刺激作用，但對巨噬細胞釋放NO2-無明顯影響。實驗結果還發現，口服巖藻多糖可增強被5-氟尿嘧啶抑制的hsv-1感染小鼠的NK活性和CTL活性?？诜r藻多糖3周后，接種HSV-1的小鼠產生的中和抗體有顯著提高。這些結果表明，口服巖藻多糖具有一定的保護作用，它的功能是對病毒的復制進行直接的抑制，從而激發其先天免疫防御和適應性免疫防御的作用。Hayashi等［27］研究發現，巖藻多糖可以抑制小鼠體內流感病毒的復制、有效抑制體重減輕、降低死亡率、延長生存期，并能夠顯著增加黏膜和血液中中和抗體的量。在免疫缺陷的小鼠體內，使用奧司他韋治療后，耐藥病毒會頻繁地出現藥性減退的現象，而從口服巖藻多糖處理的小鼠中未分離到耐藥病毒。該研究表明，巖藻多糖可能是開發新治療方案的候選藥物，可以與神經氨酸酶抑制劑（如奧司他韋）聯合使用。Negishi等［28］對70名60歲的志愿者進行了隨機雙盲研究。研究對象被隨機分配到2組，分別服用巖藻多糖（300 mg/d）或安慰劑4周，然后接種三價季節性流感疫苗。接種后5周和20周取血清測定血凝抑制效價和自然殺傷細胞活性。與服用安慰劑的供試人員相比，巖藻多糖組對季節性流感病毒疫苗中所有3種毒株的抗體滴度都更高。巖藻多糖組的針對B抗原的免疫反應符合歐盟許可的幾何平均滴度比標準（2.4），而安慰劑組不符合標準（1.7）。在巖藻多糖組，攝入巖藻多糖后9周，自然殺傷細胞活性趨于增加（P=0.08）。然而，安慰劑組在9周時無明顯增加，且活性的強度從9周到24周急劇下降。免疫功能低下的老年人接種疫苗后，攝入巖藻多糖可以顯著增加抗體的產生，更有效地預防流感的流行。Isnansetyo等［29］研究表明，從馬尾藻中分離得到的巖藻多糖注射液可顯著提高小鼠的吞噬活性、血漿總蛋白、白細胞壓積和白細胞計數（P＜0.05），其免疫調節活性與墨角藻中提取的巖藻多糖的免疫調節活性相當。實驗發現，注射巖藻多糖0.4～0.6 mg/kg可有效提高羅非魚的先天免疫參數，這表明該巖藻多糖可能作為免疫刺激劑用于魚類疾病的防治。

3 免疫調節作用的應用研究

3.1 作為疫苗佐劑的應用

疫苗佐劑可以改變或增強非特異性的免疫反應抗原的特異性，因此疫苗佐劑的研究特別是新型佐劑的研究與開發變得尤為迫切。Jin等［19］研究發現，巖藻多糖在體內作為佐劑與卵白蛋白（OVA）抗原一起使用時，能促進OVA特異性抗體的形成，并能促進T細胞啟動IFN-γ。此外，巖藻多糖可增強OVA誘導的脾臟cDCs MHC I、II類上調，強烈促進OVA特異性CD4、CD8 T細胞增殖。以巖藻多糖為佐劑的OVA免疫可保護小鼠，防止受到B16-OVA腫瘤細胞的攻擊。這些研究結果表明，巖藻多糖可作為一種佐劑誘導Th1免疫應答和CTL活化，為腫瘤疫苗的研制提供了可能。Kim等［30］利用流式細胞分析顯示，巖藻多糖可增加脾臟細胞中主要組織相容性復合體II類、分化簇25和CD69激活標志物的表達。巖藻多糖和支氣管博氏桿菌抗原相結合，可以改善脾細胞的活力，促進腫瘤壞死因子的形成。此外，巖藻多糖還能增加接種肺炎支原體抗原的小鼠體內抗原特異性抗體的產生。這項研究為巖藻多糖作為疫苗佐劑的使用提供了有價值的參考依據。

3.2 抗腫瘤免疫增效作用

Zhuang等［31］用移入艾氏腹水癌細胞的ICR／Slc小鼠作為實驗對象，研究鼠尾藻中的巖藻多糖不同組分的活性，研究發現，組分GIV-A、GIV-B可以明顯延長小鼠的生存時間，其存活時間分別為對照組的349%和215%。各選8只患癌小鼠，注射GIV-B溶液有1只痊愈，而注射GIV-A溶液的有5只痊愈。這些結果表明，巖藻多糖的抗腫瘤作用與其免疫應力有一定的關系。Hyun等［32］發現，巖藻多糖可顯著抑制人結腸癌細胞（HCT-15細胞）的生長。經巖藻多糖處理后的HCT-15細胞，出現了一系列的凋亡現象，如 DNA片段化、染色質凝集、亞G1次二倍體細胞增多等。與對照組相比，用巖藻多糖處理明顯降低了BCl-2的表達，且對Bax的影響有時間上的依存度，隨時間增長而有所提高。聚ADP核糖聚合酶是半胱天冬酶效應物的重要底物，使用巖藻多糖處理后，提高了半胱天冬酶-9和半胱天冬酶-3活性，聚ADP核糖聚合酶會產生裂解。此外，在誘導細胞凋亡的過程中，激活了細胞外信號調節激酶（ERK）和p38激酶，并導致磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt的失活。這些研究結果證明，巖藻多糖是通過激活ERK、p38和阻斷PI3K/Akt信號通路來促進細胞凋亡的。這些數據支持了巖藻多糖可能在結腸癌治療中具有潛力的假設。Itoh H等［33］對巖藻多糖進行理化性質及紅外光譜和核磁共振光譜分析，碳清除活性結果表明其是一種網狀內皮系統的活化劑，可增強巨噬細胞的吞噬和化學發光。通過免疫熒光法，使補體（C3）裂解產物第三組分與巨噬細胞結合，增加C3陽性細胞的比例。在交叉免疫電泳中，人血清C3被巖藻多糖轉化為第3個峰（轉化C3）且峰的高度與巖藻多糖的劑量成正比。人血清CH50的殘留量呈劑量依賴性下降。這些結果提示巖藻多糖的抗腫瘤活性與增強免疫反應有關，為巖藻多糖作為腫瘤化療藥物開辟新的前景。Wilfred等［34］從新西蘭馬爾堡裙帶菜孢子葉中粗提的巖藻多糖，硫酸根含量為15.02，糖醛酸含量為1.24，分子量＞150 kDa。將粗提的巖藻多糖分成3個不同的片段組分，用3-（4，5-二甲基噻唑-2-基）-2，5-二苯基溴化四唑（MTT）法測定2個主要組分的細胞毒性，研究發現，巖藻多糖能特異性抑制三種癌細胞的增殖，且對正常細胞的細胞毒性較低。這種選擇性細胞毒性可能與每個巖藻多糖組分的獨特結構有關。結果表明，巖藻多糖具有作為降低癌癥風險或輔助癌癥治療的功能食品的巨大潛力。

4 討論

巖藻多糖是海藻中廣泛存在的重要的硫化多糖之一，巖藻多糖在不同海藻中的含量、分子量、結構、硫酸基含量等是復雜和不均勻的，其豐富多樣的生物活性吸引著科學家們進行更深入的探討和研究，對預防多種慢性疾病、提高機體免疫活性、作為疫苗佐劑、抗腫瘤等多個方面均有極大的潛力。