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海带褐藻多糖硫酸酯的结构、化学修饰与生物活性研究

王晶

   海带(Laminaria japonica)是褐藻门(Phaeophyta)海带目(Laminariales)海带科(Laminariaceae)海带属(Laminaria)的一种大型海藻。原产于朝鲜、日本等严寒海域,解放后引入我国养殖,目前,我国已成为世界第一的海带养殖大国,年产量占世界海带产量的80%以上,占到世界海藻产量的一半左右。海带不仅是“长寿蔬菜”,还可入药。早在1500年前,我国就用海带来防治甲状腺肿大(俗称大脖子或鹅喉)等疾病。《本草纲目》中说:海带能“催生,治妇人病,及疗风下水。治水病瘿瘤,功同海藻”。褐藻多糖硫酸酯是海带中一种十分重要的硫酸多糖,前期的研究发现其具有治疗慢性肾衰的活性。但是,由于其结构复杂,目前对于其结构和构效关系的研究还比较少,本文主要对褐藻多糖硫酸酯的结构、化学修饰及生物活性进行了系统而深入的研究,探讨了其构效关系。 从海带的热水提取液中用乙醇沉淀的方法得到褐藻多糖硫酸酯粗多糖(FPS)。该粗多糖经过弱阴离子交换树脂分离得到F1、F2、F3三个分级产物,这三个组分的化学组成不同:F1含有较多的糖醛酸和较少的硫酸根,单糖的组成也十分复杂;F2和F3的糖醛酸含量较少,硫酸根含量较多,单糖主要由褐藻糖和半乳糖组成。对这三个组分的体外抗氧化活性研究发现,三个组分都有一定的抗氧化能力,F1有最强的清除超氧阴离子的能力,F3具有最强的清除羟自由基的能力,研究发现分级组分的抗氧化能力不仅与硫酸根的含量有关,而且还与硫酸根和褐藻糖的百分比值有关。对分级组分的体外抗凝血实验发现,各组分都有一定的抗凝血活性,其抗凝机理不仅和内源性凝血因子有关而且和外源性凝血因子也有一定关系,一般而言,硫酸根含量越高抗凝血活性越强。 本实验采取抗坏血酸——过氧化氢氧化降解法对海带褐藻多糖硫酸酯进行降解,得到分子量为6,500 Da的低分子量的褐藻多糖硫酸酯粗多糖(DFPS)。利用弱的阴离子交换树脂对DFPS进行分级纯化,得到分级组分DF1、DF2、DF3。我们结合化学分析和波谱分析的方法对DF2的结构进行了鉴定。首次报道了海带褐藻多糖硫酸酯一个分级组分的结构:其主要由(1→3)连接的褐藻糖组成,还有少量的(1→4)连接的褐藻糖,每四个糖单位就有一个支链,支链由褐藻糖或(1→6)链接的半乳糖组成,硫酸根的连接方式不均一,分别连接在褐藻糖的2或4位,或者半乳糖的3、4位,有些双取代。这三个组分的化学组成不同,我们对这三个分级组分进行了体外抗氧化和抗凝血活性测定,各组分都有明显的抗氧化和抗凝血的活性,这与它们的化学组成和结构密切相关。 为了进一步探讨其构效关系,获得高活性的褐藻多糖硫酸酯衍生物,我们以FPS和DFPS为原料,首次合成了硫酸化、磷酸化、胺化、乙酰化和苯甲酰化的褐藻多糖硫酸酯衍生物,并且研究了这些衍生物的化学组成、体外抗氧化和抗凝血活性。构效关系的研究表明,乙酰基和苯甲酰基的引入可以显著的提高FPS的抗氧化活性,硫酸基、磷酸基和氨基的引入可以显著的提高FPS的抗凝血活性。分子量对于抗氧化活性的影响不明显,但是可以显著的影响抗凝血活性,FPS衍生物的抗凝血活性远远强于DFPS衍生物。 为了进一步研究褐藻多糖硫酸酯衍生物的治疗慢性肾衰的活性和机理,我们研究了FPS和DFPS的苯甲酰化衍生物对于腺嘌呤致大鼠慢性肾衰的药效学作用。各治疗组均可以显著的降低血清肌酐和尿素氮的含量,对于大鼠的慢性肾衰有明显的治疗作用。同时我们测定了大鼠血清和肝匀浆中抗氧化酶的活性和脂质过氧化产物的含量,研究发现各样品可以不同程度的提高抗氧化酶的活性,降低脂质过氧化水平。我们的实验结果表明,这些样品的治疗慢性肾衰的活性与其抗氧化活性有密切的关系。 本文的研究表明从海带中提取的褐藻多糖硫酸酯的一个分级组分的结构十分新颖,和从其它褐藻中提取的褐藻多糖硫酸酯有很大不同,对FPS和DFPS进行结构修饰可以提高它们的抗氧化和抗凝血活性,分子量、硫酸根和其它取代基团对活性都有一定影响。FPS和DFPS苯甲酰化衍生物治疗慢性肾衰的活性强于FPS,它们对于慢性肾衰的治疗作用和其显著的抗氧化活性有关。……   
[关键词]:海带;褐藻多糖硫酸酯;结构;化学修饰;抗氧化;抗凝血;慢性肾衰
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国科学院研究生院(海洋研究所)2010年