论文标题：Comprehensive Review on the Biomedical Applications of Marine Algal Polysaccharides

论文链接：https://doi.org/10.3390/phycology5040080

期刊：Phycology

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/phycology

一、引言

藻类多糖是来源于多种藻类物种的复杂碳水化合物。它们对藻类的结构和功能特性至关重要，并且由于其在食品、制药、生物技术和环境管理等多个行业中的多种应用而引起了广泛的关注。海洋大型藻类是多糖的丰富来源，主要是硫酸化多糖，其表现出显著的多样性。硫酸基团在海洋多糖的生物活性中起着至关重要的作用，显著增强了其生物医学潜力。这些基团有助于多种生物活性，包括抗凝血、抗病毒、抗癌和免疫调节作用。尽管源自这些生物体的多糖之间存在一些相似之处，但它们在结构和组成上可能有显著差异。这些生物聚合物的生物来源和可生物降解性，加上其多样的功能，使其成为制药、治疗和再生医学应用的有前景候选物。2025年12月1日，来自印度加尔戈蒂亚斯大学的Ashutosh Pandey发表在Phycology期刊的文章”Comprehensive Review on the Biomedical Applications of Marine Algal Polysaccharides” 提供了对海藻多糖及其复合材料的综合分析，强调结构特征、提取技术和生物医学应用。与现有综述不同，它提供了一种比较视角，将结构特征与治疗潜力联系起来，包括抗炎、抗氧化、抗菌和抗癌特性。此外，它概述了开发基于海藻多糖的制药和再生医学材料的当前挑战和未来机遇。

图：以生产多种多糖而闻名的海洋藻类

二、生化组成与结构特征

多糖是由单糖或简单糖通过糖苷键连接在一起的聚合物。海藻多糖是主要来源于海藻的复杂分子，表现出显著的生化多样性和结构特征。这些多糖由各种单糖单元组成，例如葡萄糖、甘露糖、半乳糖和岩藻糖，表现出不同的排列和官能团，影响其溶解度、凝胶行为和生物活性。其组成还可能包括硫酸基团，这有助于某些藻类多糖的硫酸化多糖性质。具体组成因不同藻类物种而异，甚至在同一藻类的不同部位之间也不同。多糖，特别是细胞壁结构多糖，在海洋藻类中与黏多糖和储存多糖一起丰富存在。在结构上，它们从线性到高度支化的链不等，形成复杂的三维网络。这些多糖在海洋生物中作为结构组分和生理过程发挥重要作用。下列表格对一些重要的海藻多糖进行了简单的总结和介绍，其中包含了海藻酸及其衍生物，琼脂，卡拉胶，岩藻多糖和石莼聚糖：

表：海藻中主要多糖的分类和结构特征

三、提取和精制法

海洋藻类多糖的提取通常先通过冷水、热水及不同温度和pH的碱液等方式，从红藻、褐藻和绿藻中分离硫酸化半乳聚糖、琼脂、卡拉胶、岩藻多糖、木聚糖、石莼聚糖等；海藻酸钠主要从褐藻中提取，可采用酸沉淀或钙沉淀法回收，琼脂则通过高温加酸蒸煮提取，卡拉胶等也各有对应来源和工艺。为克服传统方法效率低、易降解多糖或使用苛刻化学品等问题，微波辅助、超声辅助、加压液体、酶辅助等先进提取技术被逐步采用，它们能提高效率、缩短时间、降低成本并更好保持多糖结构与活性，但提取条件和参数会显著影响多糖的黏度、硫酸基含量、单糖组成、分子量和生物活性，因此需要优化。提取后还需通过超速离心、电泳、膜分离、双水相系统、硫酸铵沉淀、乙醇沉淀、离子交换和尺寸排阻等方法纯化，且纯化方案取决于目标功能与纯度要求，膜分离和乙醇沉淀分别更适合放大测试和功能性食品工业。下图展示了海藻多糖的提取、纯化和结构表征的工作流程：

图：海藻多糖的提取、纯化和结构表征的工作流程。

四、生物医学应用

海洋藻类多糖因具有生物相容性、可生物降解性和低毒性，已成为具有多种生物医学应用前景的生物材料，可用于伤口愈合、药物递送、组织工程和癌症治疗等，并参与免疫识别、细胞黏附和细胞间相互作用等生物活性。如下图所展示的，它们表现出抗菌、抗真菌、抗病毒、抗糖尿病、抗癌、抗氧化、抗炎和免疫调节等多种有益作用，其中岩藻多糖、卡拉胶、海藻酸盐和石莼聚糖等可通过调节细胞因子、增强免疫细胞功能、抑制病毒进入或复制、诱导凋亡和细胞周期停滞、促进伤口愈合、调节脂肪和糖代谢以及保护神经等机制，在免疫相关和炎症性疾病、病毒感染、癌症、肥胖和糖尿病、神经退行性疾病以及抗菌涂层和抗凝血材料等方面展现治疗潜力。

图：海藻多糖的各种生物医学应用

在具体应用方面，岩藻多糖可减轻特应性皮炎症状、增强免疫细胞功能并降低炎症因子水平，卡拉胶可抑制免疫反应并阻断HPV、登革病毒和HIV等病毒，海藻酸盐可调节免疫反应并用于伤口敷料，石莼聚糖则具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗癌和抗病毒等潜力，同时可用于骨组织工程中的智能薄膜。此外，岩藻多糖和昆布多糖可通过诱导凋亡、细胞周期停滞和抑制血管生成等机制发挥抗癌作用，海藻酸盐和岩藻多糖还可促进胶原生成、血管生成和伤口愈合，并减少炎症和疤痕形成。详情见下表：

表：海藻多糖在生物医学上的应用

五、海洋大型藻类多糖生物医学活性的分子机制与免疫相互作用

海藻是生物质的主要生产者之一，并且具有治疗肿瘤的活性代谢物。海藻多糖的抗癌机制主要包括诱导凋亡、阻滞细胞周期、调节信号转导通路、抑制迁移和血管生成以及激活免疫反应和抗氧化系统，涉及 VEGF/VEGFR2、PI3K/AKT/mTOR、β-catenin/Wnt 等主要通路。来自红藻、褐藻和绿藻的多种多糖可增强巨噬细胞吞噬和细胞因子产生，促进树突状细胞成熟，激活 NK 细胞，并调节 ERK1/2、JNK1/2、P38 等信号通路。卡拉胶可与巨噬细胞和结肠细胞上的 toll 样受体及 BCL10 等受体结合，激活 NF-β 通路和促炎基因；红藻龙须菜多糖可通过调控凋亡、细胞周期和细胞死亡相关基因抑制癌细胞生长；海藻多糖还可通过干扰病毒结合、穿透、脱壳、转录和复制等生命周期关键阶段发挥抗病毒作用。

海藻多糖与免疫系统相互作用，激活 Akt、ERK1/2、JNK1/2 和 PI3K 等通路以及 CR3、SR 和 TLR-4 等受体，触发 IFN、IL 和 TNF-α 等细胞因子产生，从而调节免疫反应。岩藻多糖可增强小鼠 NK 细胞活化，硫酸化多糖可抑制幽门螺杆菌黏附并减少生物膜形成，这些特性表明 海藻多糖在免疫治疗、抗感染和防御外来入侵者方面具有潜在用途。更为具体的应用方面，可见下表：

表：基于海藻多糖的商业和实验产品

六、海藻多糖的挑战、未来方向与结论

海藻多糖在生物医学应用中潜力巨大，但其提取因结构多样性和复杂性而困难，常需苛刻化学品和能量密集型工艺，可能降低产量和生物活性，且不同藻类物种间多糖组成差异大，使提取方案标准化复杂。未来应开发酶辅助提取、超临界流体提取和绿色溶剂等高效可持续技术，提高产量并保持生物活性，同时减少环境影响，并深入理解提取过程的分子机制、优化特定藻类菌株的大规模培养。在生物医学应用中，还需解决标准化和质量控制、生物利用度和药代动力学、生物相容性和安全性、作用机制、临床转化、成本效益生产、可扩展性以及与其他生物材料的协同效应等问题，这需要跨学科合作，并有望彻底改变生物医学治疗。

海洋藻类在自然环境中具有重要意义，并在绿色技术领域日益受到关注，海藻多糖作为治疗剂已显示出显著潜力，其免疫调节、抗病毒、抗菌、抗癌以及伤口愈合和组织再生作用凸显了其多功能性和医学研究价值。阐明这些活性背后的分子机制为开发新疗法提供了见解，随着提取技术进步和对生化组成更深入的理解，海洋藻类有望应对各种健康挑战并改善患者预后，其多方面特性使其成为生物医学应用的有前景候选物，并可能在塑造医疗保健未来方面发挥关键作用。

关于Phycology：

Phycology（ISSN 2673-9410）致力于发表经过严格同行评审的关于微藻和大型藻类的研究成果，涵盖其起源、进化、生态学、结构、生物化学、分子生物学、生物技术，以及涉及监测、培育、采收、加工和化合物提取等诸多应用领域。期刊包含4个新栏目，涵盖了藻类学研究的各个方面。其中厦门大学的高坤山教授已在近期被任命为“Algal Ecology and Environmental Science”的栏目主编。