《Carbohydrate Polymers》：Advances in fucoidan extraction and structure-bioactivity relationships
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巖藻多糖（fucoidan）的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、提取方法優(yōu)化及其與生物活性關(guān)聯(lián)性是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。本文系統(tǒng)綜述了超聲波、微波、酶輔助及超臨界流體等新興提取技術(shù)對產(chǎn)率、純度和結(jié)構(gòu)完整性的影響，并整合分子對接、多組學(xué)分析等先進(jìn)方法解析其結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系。研究指出，方法學(xué)差異導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致性亟待解決，需建立標(biāo)準(zhǔn)化流程以支撐臨床應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
埃馬紐埃爾·奧福蘇·門薩（Emmanuel Ofosu Mensah）|延斯·索默-克努森（Jens Sommer-Knudsen）|莫滕·泰森-安德森（Morten Thaysen-Andersen）|安瓦爾·蘇納（Anwar Sunna）
澳大利亞新南威爾士州悉尼麥考瑞大學(xué)（Macquarie University）自然科學(xué)學(xué)院，郵編2109
摘要
巖藻多糖（Fucoidan）是一種來自褐藻的硫酸化多糖，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和廣泛的生物活性引發(fā)了大量研究。雖然巖藻多糖主要由巖藻糖（Fucose）組成，但其單糖組成（如半乳糖、木糖、甘露糖、葡萄糖醛酸）、骨架結(jié)構(gòu)、分支方式以及硫酸化模式各不相同，這些特征受到物種、環(huán)境因素和提取條件的影響。由于提取方法可能會保留或破壞對生物活性至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)成分，因此方法上的差異導(dǎo)致了長期以來關(guān)于結(jié)構(gòu)與生物活性關(guān)系的研究結(jié)果不一致。本文綜述了巖藻多糖提取技術(shù)的最新進(jìn)展，包括新興的優(yōu)化策略和順序提取方法，并評估了這些方法對產(chǎn)量、純度和結(jié)構(gòu)完整性的影響。此外，還探討了近年來在理解結(jié)構(gòu)與生物活性關(guān)系方面的研究成果，重點(diǎn)介紹了基于分子對接（molecular docking）、多組學(xué)平臺（multi-omics）和系統(tǒng)級分析（systems-level analysis）的見解。這些研究為巖藻多糖研究中提取條件、結(jié)構(gòu)特征和生物功能之間的關(guān)系提供了統(tǒng)一的框架。
引言
海洋多糖是海藻中一類重要的生物活性化合物，根據(jù)物種和環(huán)境條件的不同，它們占海藻干生物量的25%到50%。大多數(shù)海洋多糖存在于細(xì)胞壁中，對維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性和抵抗環(huán)境壓力起著重要作用（Deniaud-Bou?t等人，2017；Synytsya等人，2015）；而某些儲存多糖（如層藻多糖Laminarin）則位于細(xì)胞液泡中，作為能量儲備（Kadam等人，2015）。不同種類的海藻中都含有藻酸（Alginate）、巖藻多糖、層藻多糖、卡拉膠（Carrageenan）、烏爾萬（Ulvan）等多糖。近年來，由于巖藻多糖在抗癌、高血壓、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及氧化應(yīng)激、炎癥、血栓形成等多種疾病治療中的潛在應(yīng)用價值，相關(guān)研究顯著增加（Mensah等人，2023；Wang等人，2019）。這些研究為巖藻多糖在制藥、食品和化妝品行業(yè)的商業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。自20世紀(jì)70年代Sigma USA公司（全球高品質(zhì)大規(guī)模巖藻多糖生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)者）實現(xiàn)巖藻多糖商業(yè)化以來，該產(chǎn)品逐漸進(jìn)入全球市場，應(yīng)用范圍從研究領(lǐng)域擴(kuò)展到膳食補(bǔ)充劑、功能性食品和治療產(chǎn)品。截至2023年，巖藻多糖的全球市場價值為6575萬美元，預(yù)計到2031年將達(dá)到1.479億美元（Fonseca-Barahona等人，2025；Intellect，2024）。巖藻多糖市場的驅(qū)動力包括消費(fèi)者對天然產(chǎn)品的興趣、其生物活性的日益明確以及功能性食品需求的增長，因此其全球商業(yè)化和價值持續(xù)穩(wěn)步增長。
巖藻多糖的獨(dú)特性質(zhì)主要源于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組成。巖藻多糖是一種帶負(fù)電荷的多糖，含有重復(fù)的α-L-巖藻糖（α-Fucose）單元、硫酸酯和尿酸酯殘基，這賦予了它強(qiáng)烈的陰離子特性。其結(jié)構(gòu)高度異質(zhì)，且因物種而異，常見于幾種被廣泛研究的褐藻中，例如Fucus vesiculosus、Ascophyllum nodosum、Undaria pinnatifida和Turbinaria decurrens（Jayawardena等人，2022）。在某些物種中，巖藻糖占單糖組成的大部分（40%至80%），而在其他物種中則含有較多的半乳糖，表明其多糖骨架存在結(jié)構(gòu)多樣性（Wang等人，2020c；Zayed等人，2022）。因此，巖藻多糖的骨架通常由巖藻糖或巖藻半乳糖構(gòu)成（Usov等人，2022；Zayed等人，2022）。此外，一些巖藻多糖變體中還含有少量的甘露糖、木糖、葡萄糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸（Jayawardena等人，2022）。值得注意的是，巖藻多糖的結(jié)構(gòu)和組成受多種因素影響，包括物種類型、環(huán)境條件以及預(yù)處理、提取和純化方法。巖藻多糖組成的變化，尤其是硫酸化模式的變化，可能會影響其抗氧化、抗炎、抗癌、抗衰老和抗凝血等生物活性（Cho等人，2011；Mak等人，2013；Ummat等人，2024）。
在提取和純化過程中保持巖藻多糖的結(jié)構(gòu)完整性對于獲得高生物活性至關(guān)重要。為此，許多研究探討了各種提取技術(shù)，以在保持巖藻多糖天然結(jié)構(gòu)和生物活性的同時獲得理想的產(chǎn)量。特別是超聲波提取、微波提取、酶輔助提取以及亞臨界流體提取等替代方法，因具有降低環(huán)境影響和保持結(jié)構(gòu)完整性的潛力而受到關(guān)注（Hans等人，2023a；Mensah等人，2023）。然而，這些方法也存在局限性，通常相對于傳統(tǒng)的溶劑提取方法來說耗時且成本較高。此外，高壓、超聲波和微波能量等技術(shù)的使用可能導(dǎo)致酚類化合物、蛋白質(zhì)和藻酸等雜質(zhì)的共提取（Laeliocattleya等人，2025；Sasaki等人，2024）。因此，仍需要采用透析、超濾、離子交換和尺寸排阻色譜等純化步驟，以環(huán)保的方式提高巖藻多糖的純度和產(chǎn)量。需要注意的是，共提取的物質(zhì)可能會增強(qiáng)或降低巖藻多糖的生物活性，從而增加了理解其結(jié)構(gòu)與生物活性關(guān)系的復(fù)雜性（Wang等人，2020c；Zayed等人，2020）。
盡管有許多研究單獨(dú)探討了巖藻多糖的提取和純化步驟，但同時考慮結(jié)構(gòu)完整性、生物活性和產(chǎn)量的比較分析仍然有限。結(jié)構(gòu)特征的報道方式及其與生物活性測試的相關(guān)性差異阻礙了標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議或生物活性預(yù)測模型的發(fā)展。隨著巖藻多糖向臨床應(yīng)用和其他更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，重現(xiàn)性和有效性變得尤為重要。因此，本文探討了旨在在保持巖藻多糖結(jié)構(gòu)的同時實現(xiàn)高純度和生物活性的提取和純化策略，重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵提取參數(shù)的優(yōu)化，包括提取時間、溶劑與固體比例、pH值、離子強(qiáng)度、溫度和施加的能量，以及當(dāng)前對結(jié)構(gòu)與生物活性關(guān)系的理解。
巖藻多糖的結(jié)構(gòu)組成
巖藻多糖是一種來自褐藻的陰離子多糖。其陰離子性質(zhì)主要源于多糖骨架中硫酸基團(tuán)和某些情況下的尿酸基團(tuán)（以尿酸酯形式存在）（Mensah等人，2023）。巖藻多糖的結(jié)構(gòu)具有高度異質(zhì)性，通常由α-巖藻吡喃糖（α-Fucopyranose）骨架組成，這種骨架可以是α-(1→3)-連接的L-巖藻吡喃糖殘基，也可以是α-(1→3)-和α-(1→4)-交替連接的殘基。
巖藻多糖的提取和純化方法
在褐藻中，巖藻多糖嵌入復(fù)雜的細(xì)胞壁基質(zhì)中，該基質(zhì)包含纖維素微纖維、藻酸、蛋白質(zhì)和酚類化合物。由于這些緊密的非共價結(jié)合，分離巖藻多糖通常需要采用強(qiáng)力的提取方法。多年來，文獻(xiàn)中報道了多種提取巖藻多糖的方法，從傳統(tǒng)的熱提取和溶劑提取方法到最近的創(chuàng)新非熱提取方法（Jayawardena等人）
巖藻多糖的生物活性
由于物種來源、提取程序、分子量分布和分析方法的差異，不同研究中報道的巖藻多糖生物活性結(jié)果存在顯著差異，這使得結(jié)果難以直接比較。巖藻多糖在體外和體內(nèi)模型中均表現(xiàn)出多種生物活性，包括抗氧化、抗菌、抗凝血、抗糖尿病和抗炎等作用（圖3）。
理解巖藻多糖結(jié)構(gòu)與生物活性關(guān)系的方法
在前一節(jié)討論生物活性的基礎(chǔ)上，近期研究更多地關(guān)注識別具體決定巖藻多糖生物活性的結(jié)構(gòu)因素，而不僅僅是依賴廣泛的關(guān)聯(lián)關(guān)系。為此，采用了更復(fù)雜和綜合的方法，如分子對接、多組學(xué)和系統(tǒng)級分析，將巖藻多糖的明確結(jié)構(gòu)特征與觀察到的生物反應(yīng)聯(lián)系起來。
巖藻多糖的臨床試驗
如前所述，巖藻多糖在體外和體內(nèi)研究中展現(xiàn)出多種生物活性，引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。因此，相關(guān)研究逐漸轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)化研究，特別是臨床試驗。近年來，盡管試驗數(shù)量仍然有限且樣本量較小，但含有巖藻多糖或基于巖藻多糖的臨床試驗數(shù)量有所增加。
結(jié)論
巖藻多糖因其有益的特性而在科學(xué)界和工業(yè)界受到了廣泛關(guān)注。正如本文所綜述的，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性源于多種單糖單元和硫酸化模式的多樣性，這些因素因物種、地理位置和提取方法的不同而有所差異。因此，了解提取和優(yōu)化策略如何影響巖藻多糖的結(jié)構(gòu)和組成仍然至關(guān)重要。
作者貢獻(xiàn)聲明
埃馬紐埃爾·奧福蘇·門薩（Emmanuel Ofosu Mensah）：撰寫綜述與編輯、初稿撰寫、可視化處理、方法學(xué)設(shè)計、概念構(gòu)建。
延斯·索默-克努森（Jens Sommer-Knudsen）：撰寫綜述與編輯。
莫滕·泰森-安德森（Morten Thaysen-Andersen）：撰寫綜述與編輯。
安瓦爾·蘇納（Anwar Sunna）：撰寫綜述與編輯、監(jiān)督工作。
未引用的參考文獻(xiàn)
Chen等人，2017
Kim和Kim，2023a
Li等人，2024b
Obluchinskaya、Pozharitskaya和Shikov，2022a
Tutor Ale和Meyer，2013
Wang等人，2020b
Wang等人，2024b
Wu、Xiong、Huang、Luo和Liu，2025
Zhang、Hawboldt、MacQuarrie、Thomas和Gebregiworgis，2024
Zheng、Jia、Tang、Song和Ai，2023a
利益沖突聲明
作者聲明以下可能的利益沖突：
J.S.是Algoz Solutions Pty Ltd的董事。如果還有其他作者，他們聲明沒有已知的可能影響本文研究的財務(wù)利益或個人關(guān)系。
