综述：用于预防和治疗糖尿病的海洋多糖研究进展

《Carbohydrate Polymers》：Advances in marine polysaccharides for the prevention and treatment of diabetes

海洋多糖通过抑制消化酶、改善胰岛素敏感性、促进葡萄糖代谢及调节肠道菌群等多靶点机制发挥降血糖作用，其独特的硫酸化基团和分子量范围显著影响生物活性，为糖尿病防治提供可持续策略。

　　

钱晓怡|徐希明|邓文文

江苏大学药学院，镇江，中国

摘要

全球糖尿病的流行凸显了创新治疗方法的迫切需求。本综述深入分析了海洋多糖在糖尿病预防和管理中的巨大潜力。这些多糖来源于藻类、动物和微生物，与陆地多糖相比具有独特的结构优势，例如更高的硫酸盐含量和更广泛的分子量范围。我们系统地阐述了它们的多靶点降糖机制，包括抑制消化酶（α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶）、提高胰岛素敏感性、促进外周葡萄糖代谢、保护胰腺β细胞功能以及调节肠道微生物群。对复杂的结构-活性关系的全面分析突显了特定结构特征对生物活性的影响。此外，还探讨了海洋多糖在新型药物递送系统中的应用以及提高疗效的策略。尽管在标准化和更深入的机制理解方面存在挑战，但由于海洋多糖的多种作用、生物相容性和可持续性，它们为开发下一代多靶点疗法和功能性食品提供了有前景的方向。这种方法最终为糖尿病管理提供了一种整体策略，利用了海洋环境中丰富的资源。

引言

快速的经济发展和生活水平的普遍提高（Quantao Ma等人，2019年），加上饮食模式、生活习惯、遗传因素等变量的影响，导致全球糖尿病患病率显著增加。根据国际糖尿病联合会（IDF）2025年的报告（Federation，2025年），2024年全球糖尿病患者人数达到5.89亿，预计到2050年将增加到8.53亿。仅在中国，就有约1.48亿人患有糖尿病，这凸显了其作为重大公共卫生问题的地位。这一趋势给社会、患者及其家庭带来了巨大的经济负担。到2024年，与17年前相比，与糖尿病相关的全球医疗支出增加了338%（Federation，2025年）。

目前的糖尿病治疗方法相对有限，主要依赖于胰岛素注射和口服药物。胰岛素的注射需要每天进行，这不仅给患者带来不便，也无法充分模拟身体调节血糖水平的自然机制。这一限制可能增加低血糖的风险，并导致β细胞功能不可逆的恶化。此外，现有的降糖药物通常伴有明显的副作用且价格昂贵。同时，糖尿病的预防策略也相对不成熟，这迫切需要推进新的策略和治疗方法。

最近的研究表明，功能性多糖在缓解慢性疾病（如高血糖）方面表现出显著的生物活性（Liu等人，2024年）。与化学药物相比，天然多糖具有更好的生物相容性、可降解性和无毒性，使其在 therapeutic 应用中更具前景。例如，某些植物来源的多糖，包括Lycium barbarum多糖（Qingyu Ma等人，2022年）、Hovenia dulcis多糖（Yang, Yang, Zhang, Wang, & Kan, 2025年），已被证明可以通过激活IRS/PI3K/Akt信号通路来缓解糖尿病小鼠的胰岛素抵抗。此外，一种来自南瓜的低分子量多糖SLWPP-3被发现可以通过抑制消化酶活性和减少β细胞氧化损伤来发挥降糖作用（F. Li等人，2021年）。

尽管多糖具有巨大潜力，但研究主要集中在陆地来源上，而对海洋多糖的探索相对较少。鉴于海洋覆盖了地球表面的70%以上，并含有大约80%的生物资源（B & R，2024年），海洋多糖代表了一个庞大而独特的资源库。海洋环境的极端条件——高压、高盐度、低氧水平和营养匮乏——赋予了来自藻类的海洋多糖独特的结构组成、取代基和糖苷键（L.-X. Zheng, Chen, & Cheong, 2020年）。因此，与来自黄芪和Lycium barbarum的陆地多糖相比，海洋多糖在糖尿病的预防和管理方面具有独特的结构和功能优势。海洋多糖，如岩藻多糖和壳寡糖，具有较高的硫酸基团含量（Guan, Wang, Zhou, Sang, & Zhao, 2024年），并且表现出更规则和重复的结构序列（Liu等人，2025年）。较高的硫酸化程度增强了这些多糖的负电荷密度，从而增强了它们与目标蛋白的相互作用。海洋多糖的分子量范围也比陆地多糖广泛得多，从几千道尔顿（kDa）到几千kDa不等。这种多样性归因于不同的来源和提取方法（Akter等人，2024年；Chadwick, Carvalho, Vanegas, & Dimartino, 2025年；Lesco, Williams, & Laurens, 2025年）。尽管这种结构多样性使分子量与生物活性之间的关系变得复杂，但它为机制探索提供了坚实的基础。

证据表明，由于海洋多糖能够调节多个靶点，它们可能比具有单一主要机制的制剂具有明显的优势。例如，从海参中提取的岩藻多糖已被证明可以激活PKB和GLUT4通路，使小鼠的m-GLUT4蛋白表达增加了55.7%（Hu等人，2014年）。同样，来自Sargassum venatum的均质多糖（PSP-2）被发现可以激活PI3K/Akt和GLUT4信号通路，从而增加葡萄糖消耗和糖原合成（Cao等人，2019年）。相比之下，对陆地植物来源的抗糖尿病多糖的研究往往将其主要药理效应归因于单一机制。例如，一项研究表明，Polygonatum sibiricum多糖PKPs-1可以通过上调IRS1/PI3K/Akt通路来改善HepG2细胞中的胰岛素抵抗（R. Li等人，2020年），而灵芝多糖则通过激活Nrf2/HO-1抗氧化通路来发挥降糖作用（Gong等人，2022年）。为了系统地阐明海洋多糖的独特结构如何转化为多方面的生物作用，本综述围绕一个统一的“结构-性质-机制整合”框架进行构建。该模型提出，海洋多糖的独特化学结构（结构）决定了它们的关键物理化学和生化性质（性质），这些性质随后与特定生物靶点相互作用，最终产生协同的抗糖尿病机制（机制）。

在本研究的框架内，本综述批判性地分析了结构特征（如硫酸化和分子量）与其关键作用之间的相互作用，包括增强β细胞功能、抑制消化酶（α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶）、提高胰岛素敏感性、促进外周葡萄糖代谢以及调节肠道微生物群。此外，还将探讨海洋多糖在创新药物递送系统中的潜在应用。海洋多糖以其高可再生性（Jeong等人，2024年）、可用性和加工成本效益（B & R，2024年）而受到关注，这突显了它们在医学应用方面的巨大发展潜力。综述最后讨论了现有挑战并提出了未来的研究方向，旨在为海洋多糖在糖尿病预防和管理中的发展建立理论基础。

部分摘录

海洋多糖的类型和来源

自21世纪初以来，陆地资源的日益稀缺以及生物技术的迅速发展，提高了全球对海洋资源开发和利用的兴趣（Ju等人，2023年）。根据来源，海洋多糖大致可以分为三类：海洋植物多糖（如来自大型藻类的藻酸盐、卡拉胶和琼脂糖）、海洋动物多糖（包括壳聚糖等）

海洋多糖的提取

海洋多糖的提取方法对其产量和关键结构特征（如分子量分布和硫酸化程度）起着决定性作用，这些特征直接影响生物活性。根据“结构-性质-机制整合”框架，提取步骤对于保持结构-性质关系至关重要，这对治疗效果至关重要。

传统方法，如热

海洋多糖的结构与其降糖活性之间的关系

海洋植物多糖包含多种具有降糖效果的生物活性成分，其结构-活性关系复杂多样。这种复杂性可以通过“结构-性质-机制整合”框架系统地理解。本节分析了特定结构特征（结构）如何决定这些多糖的物理化学和生化性质（性质），进而决定了它们与不同靶点的相互作用

关于海洋多糖降低血糖机制的研究

糖尿病已成为全球最常见的慢性代谢疾病之一。其发病率、死亡率和致残率使其成为继心血管疾病和癌症之后对人类健康第三大威胁。糖尿病的特点是胰岛素分泌不足和/或胰岛素抵抗，导致碳水化合物、脂质和蛋白质代谢紊乱。患者通常需要长期依赖口服降糖药物或胰岛素注射

海洋多糖的递送系统

作为多糖的新来源，海洋多糖在开发调节血糖稳态的新疗法方面具有巨大潜力。藻类多糖是海洋多糖的主要类别之一，在糖尿病预防和管理中的应用受到越来越多的关注。当前研究中，口服给药是实现降糖效果的主要途径。临床研究表明，岩藻多糖

总结

本综述系统地分类了来自植物（红藻、绿藻和褐藻）、动物和微生物的海洋多糖，并详细介绍了它们的提取和纯化过程。在“结构-性质-机制整合”框架的指导下，本文对这些生物聚合物从化学蓝图到最终生理效应的功能路径进行了连贯的分析。特别强调了阐明结构-活性关系的重要性

CRediT作者贡献声明

钱晓怡：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、软件、方法学、调查、正式分析、数据管理、概念化。徐希明：撰写——审阅与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念化。邓文文：撰写——审阅与编辑、监督、软件、项目协调、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（82373820、82173785、81720108030、81803475）和国家重点研发计划（2018YFE0208600）的支持。作者感谢我们团队的所有成员的支持。