来自Sargassum tenerrimum的硫酸化半乳藻聚糖通过调节人类诱导多能干细胞（iPSC）来源的心肌细胞中的RAAS（肾素-血管紧张素-醛固酮）通路来减轻高血压带来的压力

《Algal Research》：Sulfated galactofucan from Sargassum tenerrimum attenuates hypertensive stress by modulation of RAAS pathways in human iPSC-derived cardiomyocytes

抗高血压硫酸岩藻糖ST3的结构活性关系及机制研究，IC50=0.36 mg/mL，调节ACE2/ANG II通路，硫酸基团和α-1→3/4糖苷键关键，功能性食品开发

　　

作者：Chaithanya Bose、Kajal Chakraborty、Shilpa Kamalakar Pai、Ashwin A. Pai

印度喀拉拉邦埃尔纳库拉姆北部邮政编码1603，科钦中央海洋渔业研究所

摘要

来自褐藻的硫酸化半乳藻聚糖，尤其是属于Sargassaceae科的褐藻，以其治疗潜力而闻名，尤其是在调节高血压相关疾病方面。本研究从Sargassum tenerrimum（C. Agardh）中提取了一种硫酸化半乳藻聚糖（ST3），其结构为[→3)-α-2-O-SO?^?-Galp-(1?→?4)-α-3-O-SO?^?-Fucp-(1?→?4)-α-Fucp-(1→]。该化合物表现出抑制血管紧张素转化酶（ACE）的活性，IC??值为0.36?mg/mL。在体外实验中，ST3对由高血压诱导的人类iPSC来源的心肌细胞具有治疗效果。25–100?μg/mL的ST3剂量能够调节高血压相关生物标志物，其中100?μg/mL的剂量效果与标准治疗组相当。在心肌细胞中，ST3使ACE 2表达降低了3.1倍，而25–100?μg/mL的ST3则使ACE 2表达增加了1.4-2.4倍（与洛沙坦的效果相当，p<0.05）。相比之下，MLN-4760（10?nM）使ANG II水平增加了35倍，而25–100?μg/mL的ST3使ANG II水平降低了1.4-4.8倍（p<0.05），而丁酸二甲氮唑（DIZE）（10?μg/mL）则使ANG II水平降低了22倍）。ST3显著的抗高血压效果可归因于其硫酸基团和(1?→?3)/ (1?→?4)连接结构，这些结构通过关键的ANG II–血管紧张素受体信号通路调节肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）。综上所述，这些发现表明ST3是开发功能性食品的有希望的治疗候选物。

引言

褐藻是生物活性化合物的丰富来源，其中硫酸化多糖因其结构多样性和治疗潜力而受到广泛关注[1]。特别是Sargassum tenerrimum（C. Agardh），由于其在热带和亚热带水域的广泛分布以及富含硫酸化半乳藻聚糖而受到重视。富含岩藻糖的多糖的生物活性，包括其抗炎、抗凝和抗高血压特性，受到结构因素的影响，如硫酸化模式、硫酸基团位置、糖苷连接和单糖组成。这些结构特征不仅决定了它们的理化性质，还通过与关键受体的相互作用调节生物途径。此外，硫酸化的程度和位置的变化会影响受体结合亲和力，从而影响下游信号通路和酶活性，进而影响其治疗潜力[2],[3]。 高血压常被称为“沉默的杀手”，是心血管疾病的主要风险因素，包括心力衰竭、中风和肾功能障碍[4]。在正常生理条件下，血压稳态由RAAS维持，RAAS调节血管张力、液体平衡和电解质平衡[5]。ACE在这个系统中起关键调节作用，它催化血管紧张素I转化为血管紧张素II（ANG II），后者是一种强烈的血管收缩剂，会导致血压升高并促进血管重塑[6],[7]。由于环境毒素、饮食和生活方式等因素导致的慢性RAAS激活会破坏RAAS功能，引起过度血管收缩、钠潴留和液体负荷过重，从而引发心血管和肾脏疾病[8]。这些因素会改变ACE 2的表达，增加氧化应激，导致内皮功能障碍并刺激醛固酮释放，进而增加钠潴留和液体负荷过重，同时干扰肾素分泌，进一步加剧高血压和心血管病理[9]。此外，ANG II通过激活血管紧张素II型1受体（AT1R）发挥有害作用，触发炎症反应、内皮损伤和平滑肌肥大，导致血管系统的结构和功能损伤[10]。 高血压的管理通常涉及使用钙通道阻滞剂、利尿剂、β-阻滞剂和RAAS抑制剂。RAAS抑制剂，如卡托普利、依那普利和赖诺普利等ACE抑制剂，通过阻止ANG I转化为ANG II来降低血压。血管紧张素受体阻滞剂（ARBs），如洛沙坦、缬沙坦和替米沙坦，通过抑制AT1R激活进一步调节血压[11]。其他针对RAAS的疗法包括肾素抑制剂和ACE 2激活剂，如丁酸二甲氮唑（DIZE），它可以促进ANG II转化为血管紧张素-(1–7)，从而实现血管扩张、抗炎作用和心脏保护[11]。联合疗法可以提高治疗效果，但也存在低血压、电解质失衡和药物相互作用的风险。长期使用RAAS抑制剂还可能与不良反应相关，如干咳、高钾血症、血管水肿和肾功能障碍[12]。鉴于这些限制，人们对安全性更高的天然抗高血压替代品产生了兴趣。据报道，海洋来源的硫酸化多糖可以调节RAAS的关键成分，特别是ACE和ACE 2，从而有助于血压调节[13],[14]。其中，硫酸化半乳藻聚糖表现出ACE抑制活性，激活内皮一氧化氮合酶（eNOS），增加一氧化氮（NO）的生物利用度并减少氧化应激。这些机制共同改善了内皮功能并减少了与高血压相关的血管并发症[15]。多种海藻，包括Porphyra spp.和Sargassum fusiforme，被认为是具有心血管益处的生物活性多糖的有希望的来源[16]。 本研究重点关注从Sargassum tenerrimum中分离、结构表征和治疗评估硫酸化半乳藻聚糖（ST3）。使用先进技术对ST3进行了结构表征，包括傅里叶变换红外（FTIR）光谱、核磁共振（NMR）、高分辨率电喷雾离子化质谱（HR-ESI-MS）、基质辅助激光解吸/电离（MALDI）和气相色谱-质谱（GC–MS）。此外，还通过酶抑制测定分析了ST3对ACE活性的体外酶抑制能力。通过免疫荧光成像和酶联免疫吸附测定（ELISA）分别监测了ST3在高血压诱导的人类诱导多能干细胞（iPSC）来源的心肌细胞中对ACE 2和ANG II的表达，从而研究了ST3的体外抗高血压潜力。最后，使用物理化学描述符和吸收、分布、代谢和排泄（ADME）分析研究了ST3的结构-活性关系。

化学品、试剂和仪器

诱导多能干细胞（iPSC）来源的心肌细胞购自Thermo Fisher Scientific（目录编号A3321901）。细胞培养试剂，包括生长培养基、硫酸链霉素（#MB287）、青霉素G钠盐（#TC020）、胰蛋白酶-EDTA溶液（#TCL155）和D-PBS（#TL1006）（磷酸盐缓冲盐水）来自HiMedia（HiMedia Laboratories，印度孟买）。ANG II（#A9525）和洛沙坦（#SML3317）购自Sigma Aldrich（圣路易斯，MO）。FITC标记的...

一般信息

硫酸化半乳藻聚糖在褐藻中大量存在，作为天然抗高血压药物显示出显著潜力，使其成为调节血压和改善血管健康的理想候选物[1]。这些富含岩藻糖的多糖占某些褐藻干重的20%，是细胞壁的关键结构成分，主要由(α-1?→?3)和(α-1?→?4)连接的岩藻糖骨架组成。它们的抗高血压作用...

结论

高血压是一种以持续高血压为特征的疾病，严重影响心血管健康，并增加严重并发症的风险，如心脏病发作、中风和肾衰竭。本研究探讨了从褐藻Sargassum tenerrimum中分离出的硫酸化半乳藻聚糖（ST3）的抗高血压潜力。光谱分析表明，ST3具有主要由(α-1?→?3)/ (1?→?4)连接的半乳藻吡喃糖组成的聚阴离子结构...

CRediT作者贡献声明

Chaithanya Bose：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法学设计、实验实施、数据分析、数据整理。 Kajal Chakraborty：撰写 – 审稿与编辑、验证、项目监督、资金获取、数据分析、概念构思。 Shilpa Kamalakar Pai：撰写 – 审稿与编辑、数据分析。 Ashwin A. Pai：撰写 – 审稿与编辑、数据分析。

伦理批准

本文不包含任何作者进行的动物或人类参与的研究。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了印度新德里生物技术部科学技术部的支持[资助编号BT/PR40398/AAQ/3/995/2020]。作者感谢印度农业研究委员会（ICAR）新德里提供的研究设施，以及科钦科技大学中央海洋渔业研究所和应用化学系对研究活动的支持。