来自Sargassum thunbergii的海藻多糖和壳聚糖寡糖在DSS诱导的结肠炎中对肠道屏障功能的民族药理学基础及联合保护作用

时间:2026年3月30日
来源:Journal of Ethnopharmacology

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海藻多糖硫酸岩藻多糖(STF)与壳聚糖寡糖(COS)协同抑制硫酸软骨素诱导的肠道炎症,通过减轻IL-6、IL-8等炎症介质、恢复紧密连接蛋白表达及改善肠黏液稳态实现,体外Caco-2细胞模型与体内斑马鱼模型均显示1:2比例组合效果最优,其机制可能涉及STF的抗炎活性与COS的递送增强及促修复作用。

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杨峰琪|肖丹丹|D.S. 迪萨纳亚克|H.H.A.C.K. 贾亚瓦德哈纳|宋在勇|高敬玉|全友珍
韩国济州国立大学海洋生命科学系,济州63243

摘要

民族药理学意义

马尾藻属(Sargassum)的褐藻在东亚长期以来被用作治疗炎症性疾病、细菌感染和癌症的传统药物。Sargassum thunbergii是一种不可食用的、未得到充分利用的物种,富含生物活性多糖岩藻多糖(fucoidan)。从海洋几丁质中提取的壳聚糖寡糖(COS)也被传统上认为与肠道健康和炎症调节有关。然而,将S. thunbergii岩藻多糖(STF)和COS结合用于治疗肠道炎症的民族药理学潜力尚未得到探索。

研究目的

本研究旨在评估STF和COS联合使用对肠道炎症和屏障功能障碍的保护作用,并通过使用硫酸葡聚糖(DSS)诱导的体外体内模型来阐明它们的互补药理作用。

材料与方法

使用DSS诱导的Caco-2细胞单层模型来评估细胞毒性、炎症介质的产生、上皮屏障完整性和紧密连接蛋白的表达。通过DSS诱导的斑马鱼幼体模型来评估体内的抗炎活性、一氧化氮(NO)的产生、细胞死亡和黏液稳态。STF和COS分别以及以不同比例(1:2;1:1;2:1)联合使用,并以磺胺吡啶和地塞米松作为参考药物。

结果

STF和COS单独使用时都能通过减少IL-6、IL-8、TNF-α和PGE2的产生来减弱DSS诱导的炎症反应,并部分恢复紧密连接蛋白ZO-1和occludin的表达。值得注意的是,STF–COS以2:1的比例联合使用时比单独使用任何一种都具有更强的保护作用,能够更有效地抑制炎症介质并显著改善上皮屏障完整性,其效果可与传统的抗炎药物相媲美。在斑马鱼幼体中,STF–COS混合物显著减少了DSS诱导的一氧化氮过度产生和细胞死亡,同时恢复了肠道黏液稳态。

结论

STF–COS联合使用的增强保护作用可能归因于它们的互补药理特性,其中硫酸化的岩藻多糖具有抗炎活性,而低分子量的COS则增强了生物利用度和上皮修复能力。这些发现为海洋来源的多糖作为肠道炎症疾病的天然治疗候选物的民族药理学潜力提供了实验证据。

引言

炎症性肠病(IBD),包括克罗恩病和溃疡性结肠炎,是一种慢性复发性胃肠道炎症性疾病,其特征是上皮屏障破坏、黏膜免疫激活过度和肠道稳态受损(Besednova等人,2020年;Liu等人,2024年)。目前的药物治疗主要依赖于5-氨基水杨酸衍生物、皮质类固醇、免疫抑制剂和针对特定炎症介质或信号通路的生物制剂(Bruscoli等人,2021年;Nielsen和Munck,2007年;Renna等人,2014年)。尽管这些药物可以有效缓解症状和抑制炎症,但其长期使用往往受到高治疗成本、不良副作用以及停药后高复发风险的限制(Cunliffe和Scott,2002年;Rogler,2010年)。这些局限性突显了迫切需要安全、经济且天然来源的治疗剂,既能抑制炎症又能恢复肠道屏障功能。
从民族药理学的角度来看,马尾藻属(Sargassum)的褐藻早已被纳入东亚的传统医疗体系,其药用价值在《本草纲目》(Ben Cao Gang Mu)、《中华本草》(Zhong Hua Ben Cao)和《中华海洋本草》(Zhong Hua Hai Yang Ben Cao)等经典文献中有记载(Liu等人,2012年)。马尾藻属(Sargassum,属于Sargassaceae科)长期以来一直受到科学和民族药理学研究的关注,其提取物和分离成分表现出广泛的药理活性,如抗炎、抗黑色素生成、抗氧化、抗凝、抗菌和免疫调节作用,这些作用主要归因于岩藻多糖、花色单宁、倍半萜类和糖脂等生物活性代谢物(Liu等人,2012年)。
在该属中,Sargassum thunbergii(Roth)Kuntze是一种广泛分布于韩国、中国和日本岩石海岸线的大型褐藻(Kim等人,2022年)。在韩国传统医学中,它被称为“Hede”,历史上被用作治疗肿块形成、水肿相关疾病和驱虫剂的海洋来源药物(Kang等人,2008年)。这些传统用途可能与现代肠道炎症性疾病具有概念上的相关性。其用于治疗水肿相关疾病的传统用途可能表明它与涉及持续炎症失调、组织水肿和局部稳态紊乱的情况相关,这些都是肠道炎症的特征。同样,S. thunbergii的历史上的驱虫用途也暗示了其与胃肠道的相关性,因为寄生虫相关的肠道疾病涉及黏膜免疫激活、微生物群改变、屏障紊乱和局部炎症损伤,尽管这些情况并不等同于IBD(Grondin等人,2024年;Liu等人,2012年)。与可食用的Sargassum物种(如S. fusiforme(Harvey)Setchell)不同,S. thunbergii》由于其粗糙的质地和不良的味道被认为是不可食用的,它经常与这些可食用物种争夺栖息地和资源(Wang等人,2025年;Yang等人,2023年)。尽管如此,S. thunbergii富含生物活性化合物,包括岩藻多糖、岩藻黄质和多酚类化合物,使其具有相当大的药理潜力(Lee等人,2022年)。鉴于其丰富的资源、未得到充分利用的状态以及文献记载的传统用途,S. thunbergii是一种有前景的海洋生物材料,可用于肠道保护和抗炎应用。其利用也有助于不可食用海藻资源的可持续利用。在这方面,海洋多糖因其多样的生物活性(包括抗氧化、免疫调节和屏障保护作用)而成为预防和管理肠道炎症的有希望的候选物(B和R,2024年;Besednova等人,2020年;Meivelu,2025年)。
其中,岩藻多糖是一种在S. thunbergii等褐藻中丰富的硫酸化多糖,具有强大的抗炎和免疫调节作用,这主要归因于其高硫酸盐含量和富含岩藻糖的组成(Pradhan等人,2020年;Yang等人,2023年)。先前的研究表明,S. thunbergii中的岩藻多糖可以通过激活NF-κB信号通路来调节免疫反应,促进RAW 264.7巨噬细胞和斑马鱼模型中TNF-α、IL-6、IL-1β和IL-10等细胞因子的分泌(Yang等人,2023年)。其他报告指出,S. thunbergii中的多糖具有抗氧化和抗炎作用,可以抑制LPS诱导的巨噬细胞中TNF-α、IL-6和COX-2的表达(Luo等人,2019年)。这些发现表明S. thunbergii多糖具有双向免疫调节潜力,可能有助于维持免疫稳态并减轻过度炎症,突显了它们作为IBD潜在干预措施的相关性。
壳聚糖寡糖(COS)是由2-20个葡萄糖胺残基组成的生物活性寡聚物,通常通过化学或酶促水解几丁质或其脱乙酰衍生物壳聚糖(chitosan)生成(Gonçalves等人,2021年)。几丁质是海洋生态系统中最丰富的生物聚合物之一,广泛存在于甲壳类动物的外骨骼和海洋浮游动物的细胞壁中(Guan等人,2019年)。结构上,COS主要由β-(1→4)-连接的N-乙酰-D-葡萄糖胺和D-葡萄糖胺单元组成,它们的聚合度(DP)、分子量(MW)和乙酰化程度(DA)显著影响其生物活性(Zhao等人,2025年)。COS表现出广泛的生物活性,包括抗菌、抗氧化、抗炎和抗肿瘤作用(Guan和Feng,2022年)。重要的是,COS具有有利的物理化学性质,如高水溶性和优异的胃肠道吸收性,这有助于其强大的生物效力(Wan等人,2017年)。值得注意的是,COS还与伤口修复和组织再生有关(Cho等人,2024年)。此外,壳聚糖及其衍生物被认为是能够附着并穿透肠道黏液层的信号活性碱性多糖,从而促进其与肠道上皮的相互作用并有助于黏膜保护(Chen等人,2022年)。这些特性为将COS与结肠炎中的肠道黏膜愈合联系起来提供了概念基础。此外,一项研究表明,COS可以通过调节线粒体凋亡和MAPK信号通路来有效缓解肠道炎症(Meng等人,2024年)。尽管STF和COS的联合使用并不是一种传统的固定配方,但可以视为一种现代的合理组合策略,因为STF中的高硫酸盐和岩藻糖含量以及COS的低分子量和有利的聚合特性可能在抗炎调节、黏膜相互作用和屏障支持方面提供互补优势。然而,关于它们在肠道炎症背景下的联合效果的系统证据仍然有限。
为了解决这一空白,本研究使用肠道炎症的实验模型系统地研究了STF和COS单独及联合使用的药理作用。使用DSS诱导的Caco-2细胞单层模型来评估上皮屏障完整性、炎症介质的产生和紧密连接蛋白的表达,而使用DSS诱导的斑马鱼模型来评估体内炎症反应、一氧化氮的产生、细胞死亡和肠道黏液稳态。通过整合体外体内证据,本研究旨在阐明STF和COS的互补和联合作用,从而为海洋来源多糖在肠道炎症疾病中的传统和潜在治疗用途提供现代药理学基础。

材料与试剂

S. thunbergii于2023年10月从韩国济州岛海岸采集。COS(分子量50–5000 Da;脱乙酰化程度>90%)从Chitolife有限公司(韩国京畿道)购买。鉴于壳聚糖寡糖的生物活性受到分子量、聚合度和脱乙酰化程度等结构参数的显著影响,本研究中使用的商业壳聚糖寡糖经过了相应表征

STF和COS在DSS诱导的Caco-2细胞中的细胞毒性和抗炎活性

首先通过将Caco-2细胞暴露于12.5至800 μg/mL的浓度下24小时来评估STF和COS的细胞毒性。这两种化合物在浓度高达100 μg/mL时保持了细胞活力,而更高剂量(200-800 μg/mL)则引发了显著的细胞毒性(图1a,b)。因此,选择12.5至100 μg/mL的浓度进行后续分析。然后在一个DSS诱导的肠道炎症模型中评估了STF和COS的抗炎潜力。

讨论

IBD的特点是肠道上皮屏障破坏和黏膜免疫激活过度,导致慢性复发性炎症(Yang等人,2025a)。尽管包括5-氨基水杨酸衍生物、免疫调节剂和针对TNF-α或IL-6的生物制剂在内的传统疗法可以缓解症状并促进黏膜愈合,但它们的临床应用受到高成本和不良副作用的限制(Azuma等人,2015年;Li等人,2023年)。因此,仍然存在

结论

本研究表明,以2:1比例结合STF和COS提取的岩藻多糖对DSS诱导的肠道炎症、上皮屏障功能障碍和黏液稳态破坏具有增强的保护作用。这些效果可能归因于这两种海洋来源碳水化合物成分的互补药理特性,其中硫酸化的岩藻多糖具有抗炎作用

作者贡献声明

全友珍:验证、监督、资源获取、概念化。高敬玉:验证、正式分析、概念化。宋在勇:资源、调查。肖丹丹:撰写——初稿、软件、方法学、数据管理。杨峰琪:撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、验证、软件、方法学、调查、正式分析、数据管理、概念化。H.H.A.C.K. 贾亚瓦德哈纳:软件、方法学。

未引用的参考文献

B和R,2024年。

机构审查委员会声明

斑马鱼实验得到了济州国立大学动物护理和使用委员会的批准(批准编号2022-0005)。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了韩国国家研究基金会(NRF)通过基础科学研究计划的支持,该计划由教育部资助(RS-2019-NR040078)。本研究还在2025年得到了教育部和济州特别自治省资助的Jeju RISE中心的支持,作为“区域创新系统与教育(RISE):Glocal大学30”计划的一部分。

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