综述:海洋藻类多糖调节宿主健康的机制:维持细胞器稳态

时间:2026年5月29日
来源:TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY

编辑推荐:

陈晓勇|王佳静|姚婉子|孔正杰中国重庆西南大学食品科学学院,400715摘要背景海洋藻类多糖(MAPs)因其生物活性和促进健康的功能而广受认可。新兴证据表明,它们的一些更广泛的生物学效应与线粒体、内质网(ER)、溶酶体和高尔基体等细胞器的调节有关。这些与细胞器相关的机制越来越被认

广告
   X   

陈晓勇|王佳静|姚婉子|孔正杰
中国重庆西南大学食品科学学院,400715

摘要

背景

海洋藻类多糖(MAPs)因其生物活性和促进健康的功能而广受认可。新兴证据表明,它们的一些更广泛的生物学效应与线粒体、内质网(ER)、溶酶体和高尔基体等细胞器的调节有关。这些与细胞器相关的机制越来越被认为对细胞稳态至关重要,并可能有助于解释MAPs如何促进宿主健康。

范围和方法

本综述总结了MAPs调节细胞器稳态的现有证据,并讨论了这些机制对宿主健康的影响。重点关注MAPs的结构特征与线粒体、内质网、溶酶体和高尔基体相关调节之间的关系,强调细胞器间的相互作用、结构-活性关系以及临床前机制证据与食品或营养保健品相关性的区别。

主要发现和结论

MAPs通过多种机制调节细胞器稳态,包括调节氧化应激、维持线粒体动态、调节内质网应激、增强溶酶体活性以及调节细胞器间的通讯。这些效应已与癌症、代谢综合征、神经退行性疾病、肾损伤和肝损伤有关。然而,现有证据主要来自体外和动物研究,其转化应用仍受到生物利用度、结构异质性、缺乏标准化以及临床证据不足的挑战。这种以细胞器为中心的视角在多糖研究中是一个相对未被充分探索的领域,支持MAPs作为未来功能性食品和营养保健品开发的多功能候选物的潜力,有待进一步的机制、转化和临床验证。

引言

海洋藻类多糖(MAPs)是一类结构复杂的碳水化合物聚合物,因其对宿主健康的影响而受到广泛关注(Xu等人,2017年)。根据主要光合色素的不同,海洋藻类主要分为三类:红藻(Rhodophyta)、褐藻(Phaeophyta)和绿藻(Chlorophyta)。这些颜色差异主要反映了色素组成,尽管环境条件可能会影响色素的丰度和分布。红藻中的主要多糖是琼脂、琼脂糖和卡拉胶(Usov,2011年),而褐藻主要含有藻酸、岩藻多糖和褐藻胶(Cheong等人,2025年;Li, Gong等人,2021年)。绿藻富含岩藻多糖、纤维素、甘露聚糖和硫酸化鼠李糖(Zheng等人,2020年)。当前文献中褐藻来源的多糖占主导地位,这可能是多种因素共同作用的结果,包括长期以来对富含褐藻胶和岩藻多糖的材料的关注、主要生产区域褐藻的相对丰富和易获取性,以及这些多糖比许多红藻和绿藻更早和更全面的结构和药理学研究。这些多糖以其独特的单糖组成、硫酸化模式和分子量(Mw)而区别开来,这些特性对其生物活性至关重要,并使它们能够与细胞和亚细胞系统复杂地相互作用。研究表明,MAPs具有广泛的生物活性,包括抗氧化(Khan等人,2020年)、抗癌(Yao, Qiu等人,2022年;Yao等人,2020年)、抗炎(Chen, You等人,2021年;Hou等人,2020年;Li, Gong等人,2021年;Yao, Liu等人,2022年)、抗光老化(Lu等人,2025年;Yao, Chen等人,2022年;Yao, Yong等人,2023年)、免疫调节(Li, Veeraperumal等人,2024年;Li等人,2020年)和益生元活性(Chen, Li等人,2021年;Malairaj等人,2023年;Yao, Kong等人,2023年),使其成为具有多种疾病相关性的有前景的生物活性候选物。了解它们在细胞健康中的分子水平作用对于开发复杂疾病的创新治疗方法至关重要。
细胞稳态对于维持生理功能至关重要,这在很大程度上依赖于细胞内专门结构——如线粒体、内质网和溶酶体——的正常运作。线粒体是细胞的能量工厂,产生ATP,同时也在调节氧化应激和细胞凋亡中起核心作用(Newmeyer & Ferguson-Miller,2003年)。内质网确保蛋白质折叠和钙稳态(Høyer-Hansen & Jäättelä,2007年),而溶酶体管理对细胞清除至关重要的自噬途径(Ballabio & Bonifacino,2020年)。高尔基体促进蛋白质的翻译后修饰和分泌(Potelle等人,2015年)。这些细胞器的稳态功能紊乱可能引发一系列病理过程,导致代谢综合征、神经退行性疾病、癌症和器官功能障碍等严重后果。因此,维持这些细胞器之间的稳定性和相互作用是细胞健康和整体生物体福祉的基石。
糖科学领域的最新进展突显了海洋多糖在调节细胞器功能和维持细胞稳态方面的先前未被充分探索的潜力。研究表明,这些多糖可以调节与细胞器相关的关键生化途径和细胞应激反应。例如,褐藻胶已被证明可以通过调节氧化磷酸化和减轻氧化应激来改善线粒体功能(Yin等人,2024年)。岩藻多糖显示出调节内质网应激反应的能力,从而影响蛋白质折叠机制(Bae, Song等人,2020年)。此外,通过多糖-溶酶体相互作用激活自噬途径已被报道有助于清除受损的细胞成分,对退行性和慢性疾病具有保护作用(Liu等人,2021年)。这些新兴证据强调了MAPs不仅作为营养来源的重要性,还作为能够协调复杂细胞过程的生物活性剂。
本综述的目的是全面探讨MAPs调节细胞器稳态的机制,从而促进宿主健康。本文将概述MAPs在调节细胞器方面的研究历史,详细说明它们在缓解各种健康状况中的具体作用,并深入探讨这些多糖所促进的细胞器特异性机制。此外,本文还将讨论这些多糖的结构-活性关系,强调特定的化学和物理性质如何贡献于其生物活性。文章最后将提出未来研究方向,以帮助识别利用MAPs独特能力的新靶向干预措施。本综述旨在加深我们对MAPs如何调节细胞器稳态的理解,为未来的机制研究和转化研究提供信息,并支持基于多糖的功能性成分和治疗策略的开发。同时,除非有关于口服生物利用度、配方、安全性和人体疗效的证据支持,否则本综述中讨论的机制发现应主要在临床前或药理学背景下解释,而不是作为功能性食品或营养保健品的直接证据。

章节片段

MAPs在细胞器调节中的历史

最初,MAPs的研究主要集中在它们的结构特征、生物合成和一般生物特性上。20世纪80年代之前的早期工作主要关注来自绿藻、红藻和褐藻的多糖的化学特性和基本功能(Percival,1979年)。在此期间,据报道MAPs具有抗氧化和抗凝血活性,表明它们在应激条件下对细胞保护具有潜在意义(Fujimoto & Kaneda,1980年;Obeidi等人

抗癌活性

MAPs通过调节细胞器稳态表现出显著的抗癌效果,在维持细胞完整性和功能方面发挥关键作用。本小节中的证据来自体外癌细胞研究和选定的体内动物模型,模型类型如下所述。通过调节涉及线粒体和内质网的细胞器相关途径,MAPs影响了应激反应,保持了细胞器的稳定性,并影响了

MAPs调节细胞器稳态以支持宿主健康的机制

在讨论细胞器特异性效应之前,应注意的是,目前可用的证据并不支持MAPs在细胞内的单一通用作用模式。在一些实验系统中,据报道MAPs或其衍生物通过内吞途径进入细胞并定位于溶酶体或高尔基体等细胞内区室,而在许多其他研究中,观察到的对线粒体、内质网或溶酶体的影响似乎是由其他机制介导的

结构-活性关系

MAPs通过与细胞器相互作用并调节其功能来促进宿主健康。为了进一步探讨MAPs在调节宿主健康方面的结构-活性关系,需要更深入地了解它们的结构,包括其硫酸含量、分子量(Mw)、单糖组成和糖苷键。这些结构特征可能会影响多糖的生物活性,特别是它们与细胞器的相互作用及其

观点和局限性

MAPs的研究在制药和食品工业中显示出有希望的应用前景,这主要归功于它们广泛的生物活性,如抗氧化、抗炎和免疫调节作用(Jayawardena等人,2022年;Pereira & Valado,2025年)。尽管结果令人鼓舞,但MAPs的完整转化潜力尚未完全实现,当前研究中需要解决几个局限性以推进其实际应用(

结论

MAPs是多功能生物活性化合物,可能有助于调节细胞器功能,从而帮助维持细胞和生理稳态。通过调节涉及线粒体、内质网、溶酶体和高尔基体的细胞器相关途径,MAPs已被报道具有多种生物活性,包括抗氧化、抗炎、抗癌和免疫调节作用。它们影响细胞器相关途径的能力

作者声明

陈晓勇:概念化、研究、数据管理、资金获取、初稿撰写;王佳静:撰写-审阅与编辑;姚婉子:研究、数据管理、初稿撰写;孔正杰:项目管理、资金获取、概念化、撰写-审阅与编辑。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(32302062)、重庆市自然科学基金(CSTB2022NSCQ-MSX1600)、中央高校基本科研业务费(SWU-KQ22077)和重庆市现代农业产业技术体系(CQMAITS202307)的支持。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有