褐藻Fucus vesiculosus中两种线性且结构高度规则的同型岩藻聚糖的化学结构及其对P-选择素的抑制作用

《Carbohydrate Polymers》：Chemical structure and P-selectin inhibition of two linear and highly regular homofucans from the brown alga Fucus vesiculosus

岩藻糖硫酸盐的纯化与结构解析及其P-选择素抑制活性研究，采用分级乙醇沉淀和离子交换色谱获得两种同源硫酸岩藻糖（FS-I和FS-II），NMR和酸水解证实其线性α1,3/α1,4交替结构，FS-I为首次发现的完全硫酸化天然岩藻糖，低分子量FS-II（24.76 kDa）显示更优的P-选择素抑制活性且可降低血小板激活副作用。

　　

陈林霞|鲁泽迈玛伊蒂·迪利胡马|崔莉洁|朱光宇|张佳丽|孙惠芳|马燕|洪颖|高娜|农丽娜|马文新|秦琴洁|尹荣华|赵金花

中南民族大学药学院，武汉，430074，中国

摘要

来自Fucus vesiculosus的岩藻多糖在历史上具有重要意义，但其结构高度异质，长期以来一直掩盖了其精确的化学性质和结构-活性关系（SAR）。在这项研究中，通过分级乙醇沉淀和离子交换色谱法从商业化的F. vesiculosus岩藻多糖中纯化了两种同型岩藻多糖FS-I和FS-II（重量比为1:2.7）。对天然聚合物、它们的过氧化降解产物以及酸水解产生的寡糖进行全面的1D/2D NMR分析后，发现这两种聚合物都是高度有序的线性聚合物，主要以α1,3和α1,4糖苷键连接。FS-II由重复单元–{L-Fuc_2S-α1,4-L-Fuc_2S3S-α1,3}–组成，而FS-I被鉴定为一种新型的天然全硫酸化岩藻多糖，其重复单元为–{L-Fuc_2S4S-α1,4-L-Fuc_2S3S-α1,3}–。生物评价表明，这两种岩藻多糖都表现出强效且相当的P-选择素抑制活性。SAR分析显示，在相同的聚合度下，FS-II的表现略优于FS-I，这表明FS-I中的O-4硫酸基团对于P-选择素的抑制作用并非必需。此外，降解过程有效地将强抑制活性与高分子量组分中的不良血小板激活效应分离开来。具体而言，低分子量的FS-II（例如24.76 kDa）可能成为开发更安全P-选择素抑制剂的有希望的候选物质。

引言

褐藻是海洋生态系统中分布最广的大型藻类，富含多种生物活性多糖（Anjana & Arunkumar, 2024）。其中，岩藻多糖作为褐藻的主要活性成分，由于其独特的硫酸化结构和广泛的生物活性而受到广泛关注（Ale, Mikkelsen, & Meyer, 2011）。岩藻多糖是一类富含硫酸化L-岩藻糖残基的多糖，最早于1913年从几种褐藻物种中分离出来，包括常见的Fucus vesiculosus（Kylin, 1913）。通常认为岩藻多糖具有高度复杂和异质的结构，其骨架中除了L-岩藻糖（Fuc）外还含有多种单糖，如甘露糖（Man）、半乳糖（Gal）、木糖（Xyl）和葡萄糖醛酸（GlcA）（Li, Lu, Wei, & Zhao, 2008; Nishino, Nishioka, Ura, & Nagumo, 1994）。相比之下，另一类来自海洋无脊椎动物的硫酸化岩藻多糖仅含有硫酸酯基团和L-岩藻糖残基，通常称为岩藻糖硫酸酯（FS）（Pomin & Mour?o, 2008）。

自1913年发现以来，随着分析技术的进步，岩藻多糖的结构经历了多次修订（图1）。Percival的模型提出了一种以α-(1, 2)键连接的骨架，并带有硫酸化支链，这一模型主导了40年（Conchie & Percival, 1950; C?té, 1959; O'Neill, 1954）。1993年，Patankar的甲基化分析表明主链主要由α-(1, 3)键连接（Patankar, Oehninger, Barnett, Williams, & Clark, 1993）。随后的NMR和酶学研究确认了α-(1, 3)和α-(1, 4)键的存在，从而形成了当前的交替键连接模型，即“Fuc_2S3S-4-linked”和“Fuc_2S-3-linked”单元（Chevolot et al., 1999; Chevolot, Mulloy, Ratiskol, Foucault, & Colliec-Jouault, 2001）。然而，由于纯化策略和分析方法的限制，岩藻多糖的高度结构异质性意味着当前模型仅捕捉到了主要特征，而忽略了次要的结构变体（Neupane, Bittkau, & Alban, 2020; Zayed & Ulber, 2019）。

F. vesiculosus岩藻多糖是首个实现商业化生产的褐藻岩藻多糖，至今仍是市场上最广泛销售的品种，被广泛应用于科学研究（Choi & Kim, 2013; Pereira, Mulloy, & Mour?o, 1999; Shi et al., 2025）。自20世纪90年代以来，研究重点转向了褐藻岩藻多糖的广泛生物活性和应用前景（Fitton, Stringer, & Karpiniec, 2015; Liu et al., 2025），包括抗凝（Zhang et al., 2014）、抗炎（Lean, Eri, Fitton, Patel, & Gueven, 2015）、抗病毒（Pradhan et al., 2022）、抗氧化（Silva et al., 2022）、抗肿瘤（Jin et al., 2014）和降脂（Park, Yeom, & Hahm, 2016）等作用。其中，P-选择素抑制活性较早受到关注，并在P-选择素介导的炎症（Bachelet et al., 2009）、癌症（Jafari, Sriram, Xu, Harris, & Lee, 2020; Shamay et al., 2016）和缺氧诱导的肺动脉高压（Novoyatleva et al., 2019）等疾病模型中显示出显著的抑制效果和应用潜力。尽管结构-活性关系（SAR）分析仍在进行中，但由于岩藻多糖的高度异质性，其精确的SAR仍值得进一步研究。

基于这些考虑，我们提出一个问题：F. vesiculosus岩藻多糖中的二糖结构单元是否高度均匀？我们假设从这种来源中纯化出高度均匀的组分将有助于进一步理解F. vesiculosus及一般藻类岩藻多糖的结构，并为系统分析其结构-活性关系奠定基础。在这项工作中，我们使用市售的F. vesiculosus岩藻多糖粗品作为起始材料，通过分级乙醇沉淀和离子交换色谱法获得了两种均匀的多糖。单糖组成分析表明这两种多糖均为同型岩藻多糖（分别命名为FS-I和FS-II）。对这两种多糖进行了全面的理化特性研究。详细的NMR光谱分析结合酸水解产生的寡糖结构特征表明，这两种同型岩藻多糖都具有以α-(1, 3)和α-(1, 4)糖苷键为主链的线性结构。值得注意的是，FS-I是一种首次报道的全硫酸化天然多糖。在生物学上，研究了FS-I和FS-II及其低分子量产物的P-选择素抑制活性，并对其SAR进行了分析。我们还探讨了它们对小鼠血小板激活的影响。这项工作加深了我们对F. vesiculosus岩藻多糖结构的理解，并为合理开发P-选择素抑制剂提供了新的见解。

材料与试剂

来自Fucus vesiculosus的商业多糖（cPS）购自威海仁生制药有限公司（中国威海）。Amberlite FPA98Cl离子交换树脂购自Rohm and Haas公司（美国）。Bio-Gel P-10、P-6、P-4和P-2购自Bio-Rad实验室（美国）。Sephadex G-10和G-25购自GE Healthcare Life Sciences（美国）。氘氧化物（D₂O，99.9% Atom D）和岩藻多糖标准品F8190（F. vesiculosus）购自Sigma-Aldrich

同型岩藻多糖FS-I和FS-II的纯化及理化性质

来自Fucus vesiculosus的粗制商业多糖（cPS）作为起始材料。其¹H NMR谱图（图S1）与先前报道的同一物种的结果高度一致。然而，¹H NMR谱图中严重的信号重叠，加上多种单糖（Fuc、Man、Rha、GlcA、Gal和Ara）的存在以及宽且不对称的HPGPC图谱，表明cPS具有高度异质性。

为了获得均匀的组分，首先对cPS进行了精制

结论

来自Fucus vesiculosus的岩藻多糖是最早从自然界中分离出的岩藻多糖，在碳水化合物研究中具有重要的历史地位（Kylin, 1913）。尽管经过一个多世纪的研究，随着纯化和分析技术的进步，其化学结构经历了多次修订，但由于高度异质性，其结构解析仍然是一个挑战。自2001年以来，研究重点转向了利用商业化制备样品进行的生物活性研究（

缩写说明

FS
岩藻糖硫酸酯
cPS
来自Fucus vesiculosus
的商业多糖

rPS

精制多糖

LMWH

低分子量肝素

P-sel

P-选择素

PSGL-1

P-选择素糖蛋白配体1

mGFP

小鼠凝胶过滤血小板

HPGPC

高效凝胶渗透色谱

MALLS

多角度激光散射

TFA

三氟乙酸

Mw

重量平均分子量

ELISA

酶联免疫吸附测定

DP

聚合度

SARs

结构-活性关系

CRediT作者贡献声明

陈林霞：撰写初稿、数据可视化、验证、方法学设计、实验研究、数据分析、数据整理。鲁泽迈玛伊蒂·迪利胡马：数据可视化、验证、方法学设计、实验研究、数据分析、数据整理。崔莉洁：验证、方法学设计、实验研究、数据分析、数据整理。朱光宇：验证、方法学设计、实验研究、数据分析、数据整理。张佳丽：验证、方法学设计、实验研究、数据分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究部分由国家自然科学基金（82574407、32471337）和湖北省自然科学基金（2024AFB693）资助。