张翼,李晓明,王斌贵

中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋研究所 青岛266071,中国科学院研究生院,北京100039 ,青岛266071 ,青岛266071

海藻;;生物活性物质;;生物技术

本文简要介绍了海藻来源的生物活性物质研究概况,并对生物技术在这一领域的应用前景做了初步的讨论与展望。作为海洋中有机物的原始生产者,海藻含有多种生物活性物质,包括抗肿瘤、抗病毒、抗菌活性物质、抗氧化剂、免疫调节剂、酶抑制剂等。而人工栽培、组织培养、细胞工程、基因工程等生物技术在海藻生物活性物质研究领域的应用将有可能为海藻生物活性物质的研究与开发提供高效费比的药源解决方案。

Review and Prospect of Seaweed Derived Bioactive Substances

ZHANG Yi~(1,2) LI Xiaoming~1 WANG Bingui~1(1.Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071;2.Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039)

The progress in the research of seaweed-derived bioactive substances was summarized and the application prospect of biotechnology in this field was also discussed in this review.As the primary producer of organic compounds in the marine environment,seaweeds have been proven to be a very rich source of various chemical constituents with interesting biological activities in antibiotic,antioxidant,antitumour,antiviral,immuno-modifying,and enzymatic inhibitory assays.The application of biotechnologies such as tissue culture,cell engineering,and gene engineering,might be employed for the cost-effective supplying for the research and development of marine algal-derived bioactive substances.

seaweed,bioactive substances,biotechnology

[1]吕惠敏,张侃.海藻的利用与开发.食品科技,1998,6:29~30 [2]严永绯,严丽娜.大、小叶海藻和伪品铁丁菜的区别.海峡药学,1996,3:56~57 [3]蔡慎初.海藻消瘿方治疗甲状腺腺瘤的疗效观察.中国中药杂志,1997,22(2):120~121 [4]张文科.海藻玉壶汤治疗前列腺增生98例临床观察.甘肃中医,2000,13(2):28~29 [5]何太清,乔淑兰.海藻玉壶汤治疗甲状腺机能亢进症46例.光明中医,1997,12(5):15~16 [6]杨素梅,宝永君,包树智.加减海藻玉壶丸治疗类风湿性关节炎125例临床观察.内蒙古中医药,1998,17(2):6~7 [7]张传儒,徐秀兰.应用海藻降脂方治疗高脂血症80例.江苏中医,1997,18(11):15~16 [8]苏镜娱等.海藻中的细胞毒活性及抗菌成分.天然产物研究与开发,1996,8(4):80~89 [9]岑颖洲,苏镜娱等.海藻生理活性物质的研究进展.暨南大学学报:自然科学与医学版,1998,19(5):78~86 [10]苏镜娱.海藻化学及药物学研究概况.中国海洋药物,1992,11(2):25~37 [11]Ana,R.D.,Juana R.,Jose,D.et al.Plocamenols A-C,Novel linearpolyhalohydroxylated monoterpenes from Plocamium cartilagineum.J.Nat.Prod.,2002,65:585~588 [12]Ana,R.D.,Mercedes,C.,Enrique,D.et al.New halogenatedmonoterpenes from the red alga Plocamium cartilagineum.Tetrahe-dron,2002,58:8539~8542 [13]Gabriele M.K,Anthony D.W,Anthony Linden.Plocamium hama-tum and its monoterpenes:chemical and biological investigations ofthe tropical marine red alga.Phytochemistry,1999,52:1047~1053 [14]Jon S.,Mynderse D.,John F.Violacene,a polyhalogenated mono-cyclic monoterpene from the red alga Plocamium violaceum.J.Am.Chem.Soc.,1974,96:6771~6772 [15]Albertus J.S.Medicinal and pharmaceutical uses of seaweed naturalproducts:A review.Journal of Applied Phycology,2004,16:245~262 [16]Horgen FD,delos Santos DB,Goetz G,Sakamoto B,Kan Y,NagaiH,Scheuer PJ.A new depsipeptide from the sacoglossan molluskElysia ornata and the green alga Bryopsis species.J.Nat.Prod.,2000,63:152~154 [17]Nuijen B,Bouma M,Talsma H,Manada C,Jimeno J M,Lopez-Lazaro L,Bult A,Beijnen JH.Development of a lyophilized par-enteral pharmaceutical formulation of the investigational polypeptidemarine anticancer agent kahalalide F.Drug Dev.Ind.Pharm.,2000,27:767~780 [18]Sparidans R W,Stokvis E,Jimeno JM,Lopez-Lazaro L,SchellensJH,Beijnen JH.Chemical and enzymatic stability of a cyclic dep-sipeptide,the novel,marine-derived,anti-cancer agent kahalalideF.Anticancer Drugs,2001,12:575~582 [19]Palermo JA,Flower BP,Seldes AM.Chondriamides A and B,newindolic metabolites from the red alga Chondria sp.TetrahedronLett.,1992,33:3097~3100 [20]崔征,李玉山.中药海藻及数种同属植物的药理作用.中国海洋药物,1997,16(3):5~8 [21]徐明芳,高孔荣,刘婉乔.海藻保健功能的研究进展.食品科学,1995,16(12):19~22 [22]王安利,胡俊荣.海藻多糖生物活性研究新进展.海洋科学,2002,26(9):36~39 [23]阮积惠.海藻主要药用成分的研究和展望.东海海洋,2001,19(2):1~9 [24]Spieler R.Seaweed compound’s anti-HIV efficacy will be testedin southern Africa.Lancet,2002,359:1675 [25]魏文青,王明霞,丛建波等.海藻硫酸多糖抗乙型肝炎病毒的实验研究.中华肝脏病杂志,2002,10(2):112~112 [26]王秉及.海洋药物的抗病毒研究.生物工程进展,1996,16(6):34~36 [27]王炳岩,季宇彬.海藻多糖对白血病L615小鼠LPO含量及GR、GSH—PX、CAT、SOD酶活性的影响.中医药信息,1994,11(5):43~45 [28]李妍,田晓华,丛建波等.海藻多糖抑制白细胞呼吸爆发作用研究.生物化学与生物物理进展,1999,26(2):162~164 [29]滕霞,丛建波,田晓华等.海藻硫酸多糖抗氧化与抗肿瘤作用的实验研究.营养学报,1998,20(1):48~52 [30]西泽一俊.海藻的生理活性物质.中国海洋药物,1993,12(1):47~51 [31]陈灼华,郑怡,庄惠如.10种红藻和褐藻抗细菌抗真菌活性的研究.福建师范大学学报(自然科学版),1994,10(4):75~79 [32]Kjelleberg S,Steinberg P.Surface warfare in the sea.MicrobiologyToday,2001,28:134~135 [33]师然新,徐祖洪.青岛沿海九种海藻的类脂及酚类抗菌活性的研究.中国海洋药物,1997,16(4):16~19 [34]徐年军,范晓,韩丽君.海藻乙醇提取物抗菌活性的研究.海洋与湖沼,2002,33(3):265~270 [35]张健,苏秀榕,张士达等.裙带菜降血脂及抗氧化活性的研究.辽宁师范大学学报(自然科学版),1998,21(2):148~151 [36]罗广华,王爱国,柯德森.海藻中清除自由基的物质.热带亚热带植物学报,1998,6(1):15~18 [37]吕志华,于广利,迟连利.海黍子多酚对亚油酸甲酯氧化的抑制作用.中国海洋药物,2001,20(6):25~28 [38]魏玉西,于曙光.两种褐藻乙醇提取物的抗氧化活性研究.海洋科学,2002,26(9):49~51 [39]黄海兰,赵祖亮,王斌贵.磷钼络合物法与β-胡萝卜素-亚油酸法测定海藻脂类成分抗氧化活性的比较.中国油脂,2005,30:32~35 [40]Hai-Lan Huang,Bin-Gui Wang.Antioxidant Capacity andLipophilic Content of Seaweeds Collected from the Qingdao Coast-line.Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,52:4993~4997 [41]汪开治.海藻含有免疫抑制物.生物学通报,1995,1:77 [42]姚福汉,蒋伯诚.海藻中具有免疫赋活作用的多糖.中国野生植物资源,1997,16(3):6~7 [43]Chen J,Gerwick WH,Shatzman R,Laney M.Isorawsonol and re-lated IMP dehydrogenase inhibitors from the tropical green algaAvrainvillea rawsonii.J.Nat.Prod.,1994,57:947~952 [44]杨汇芹.海藻中糖脂的研究进展.海洋科学,1998,22(2):23~26 [45]Mayer AMS,Paul VJ,Fenical W,Norris JM,de Carvalho MS,Ja-cobs RS.Phospholipase A2 inhibitors from marine algae.Hydrobi-ologia,1993,260/261:521~529 [46]Davies LP,Jamieson DD,Baird-Lambert JA,Kazlauskas R.Halo-genated pyrrolopyrimidine analogues of adenosine from marine or-ganisms:pharmacological activities and potent inhibition of adeno-sine kinase.Biochem.Pharmacol.,1984,33:347~355 [47]范晓,周永航.海藻中的甜菜碱及其类似物.海洋科学,1999,23(3):24~26 [48]王兵,黄巧娟.羊栖菜多糖降血糖作用的实验研究.中国海洋药物,2000,19(3):33~35 [49]吴寿金.降血糖植物多糖的研究概况.中草药,1992,23(10):549 [50]吴钟高,李其珍.褐藻精降血糖作用的实验研究.中国海洋药物,2000,19(4):35 [51]李八方,徐杰.3种海藻多糖调血脂作用比较研究.中国海洋药物,2002,22(3):62~65 [52]王常青,杨桂兰.两种海藻多糖对大鼠脂质代谢和血小板功能的比较.中华预防医学杂志,1997,31(6):342~345 [53]朱海波,耿美玉,管华诗.海洋硫酸多糖DPS对肾血管性高血压大鼠血清NO和血浆AngⅡ及ET—1含量的影响.青岛海洋大学学报:自然科学版,2001,31(2):179~184 [54]刘志峰,宫晓黎,魏淑贞.五种海藻多糖体外抗血小板聚集作用的观察.中国海洋药物,2001,20(2):36~38 [55]费修绠,鲍鹰.海藻载培—传统方式及其改造途径.海洋与湖沼,2000,31(5):575~580 [56]郑光植.植物次生代谢细胞工程研究的新进展:第六届国际植物组织与细胞培养会议评述.植物生理学通讯,1987,(2):75~79 [57]朱西儒,雷光富.药用植物细胞培养代谢全能性及产物检测技术的研究进展.广西科学院学报,1998,14(2):1~6 [58]王兴军,毕玉平.利用细胞培养进行药物生产的研究.生物技术,1997,7(1):1~3 [59]鲁明波,余斐,洪琦等.气升式反应器中红豆杉细胞培养动力学的研究.华中理工大学学报,1998,26(11):110~112 [60]李伯林.红豆杉细胞培养与紫杉醇形成的研究.广西师范大学学报(自然科学版),2001,19(2):84~87 [61]邢建民,赵德修,李茂寅.植物细胞培养生产黄酮类化合物研究进展.生物工程进展,2001,21(1):47~50 [62]徐礼根,阮积惠,徐程等.海洋植物组织和细胞培养研究进展.东海海洋,1999,17(2):1~9 [63]何培民.条斑紫菜细胞悬浮培养及其育苗.水产学报,1992,16(2):1 88 [64]张成武.微藻中的生物活性物质.中国海洋药物,1992,11(3):20~29 [65]王菊芳,梁世中.海洋微藻在医药上的应用.广东药学院学报,1999,15(4):303~306 [66]林丽玉.海洋微藻中若干活性物质的开发现状与展望.台湾海峡,1999,18(2):168~171 [67]展翔天.海洋微生物活性物质研究进展.中国海洋药物,2002,(21)2:44~52 [68]刘雪莉,钱伯初.日本海洋天然活性物质研究简况.中国海洋药物,1997,(16)1:45~49 [69]徐年军,范晓.藻类抗肿瘤活性物质的研究.中国海洋药物,2000,19(6):30~36 [70]郭跃伟.海洋天然产物的应用前景.中国海洋药物,2000,19(2):51~55 [71]严兴洪,王素娟.秋水仙碱对坛紫菜体细胞苗生长发育的影响.海洋科学,1990,1:23~28 [72]姜鹏,秦松.乙肝病毒表面抗原(HBsAg)基因在海带中的表达.科学通报,2002,47(14):1095~1097 [73]Louis J.N.,Michael M.Will natural products remain an importantsource of drug research for the future?Curr.Opin.Biotech.,1997,8:708~712 [74]McDaniel R,Ebert-Khosla S,Hopwood DA,Khosla C.Rational de-sign of aromatic polyketide natural products by recombinant assem-bly of enzymatic subunits.Nature,1995,375:549~554 [75]Rouhi M.DNA technology yields diverse drug leads.Chem EngNews,1995,9:2

1 海藻中的各类生物活性物质 1.1 抗肿瘤活性物质 1.2 抗病毒活性物质 1.3 抗细菌、真菌活性物质 1.4 抗氧化剂 1.5 免疫增强、抑制剂 1.6 酶抑制剂 1.7 心脑血管活性物质 2 生物技术——推动海藻生物活性物质开发的新动力 2.1 药用海藻的人工栽培技术 2.2 海藻组织培养和细胞大规模培养技术 2.3 生物工程育种技术

SCTA0512

0

世界科技研究与发展

World Sci-tech R & D

SJKF

2005

05

51-1468/N

1006-6055

SJKF200505009

62-69

Q946

A006;

D4;

广阔的海洋占地球面积的70%以上,蕴藏着丰富的生物资源。海藻是海洋生物资源的重要组成部分。在分类学上,海藻属于低等隐花植物,主要分为四大类———蓝藻、绿藻、红藻和褐藻,另外还包括硅藻、甲藻、金藻等微藻。估计全世界海洋中生长有15000余种海藻[1]。海藻是海洋中有机物的原始生产者和无机物的天然富集者(包括氯、溴、碘等卤素),它在海洋生态系统中处于金字塔的底层———被捕食者吞食的地位,海藻与附生、共生于其中的微生物还存在着复杂的拮抗、共生关系,所以海藻常能合成某些具有细胞毒、抗菌等活性的次级代谢产物来保护自己。这些化学生态学现象启示研究者们对海藻天然成分的生物活性进行深入的研究。众多报道表明很多海藻成第56页Vol.27 No.5www.globesci.com分具有良好的抗肿瘤、抗病毒、抗真菌、抗细菌、免疫增强或抑制、抗氧化、防治脑心血管疾病、抑制某些靶酶等生物活性。海藻与人类有着非常密切关系,它作为重要的药物资源在我国传统中医药中已有悠久的药用历史,在《神农本草经》、《本草纲目》等著作中早有收录,海带、昆布、羊栖菜、海蒿子等海藻[2]常用于治疗甲状腺肿、前列腺增生、淋巴结结核及恶性淋巴瘤、乳腺增生、炎症(如肥厚性咽炎、类风湿性关节炎、痛风);另外还用于治疗甲亢、眼病、不孕症、高脂血症等多种疾病[3~7]。从对海洋藻类生物活性物质研究取得的众多现代成果来看,海藻生物活性物质对于解决人类健康的新问题也具有重要的潜力和优势。1海藻中的各类生物活性物质1.1抗肿瘤活性物质萜类是海藻中报道较多的一类抗肿瘤活性成分。红藻中的次生物质以萜类最为丰富。松节藻科凹顶藻属Laurencia是萜类的“天然工厂”,富含各种具细胞毒活性的卤代三萜、二萜、倍半萜。如钝形凹顶藻L.obtusa中分离到两种具角鲨烯三萜骨架的溴代醚(图1),其对P388细胞株的ED50分别是0·0003和0·010μg/ml。L.brongniartii中发现了系列溴代吲哚生物碱也具活性。海头红科海头红属(Plocamium)含多种链状和环状多卤代单萜,具细胞毒、镇静等活性。从根叶藻科松香藻Portieriahornemannii中分离到的卤化单萜化合物Halomon(图2)及其类似物对通常不敏感的癌细胞系具有选择性细胞毒活性,目前已进入临床前药理评估阶段[8~14]。绿藻中的倍半萜和二萜多含1,4-二乙酰氧基丁二烯结构片断,这种共轭双烯乙酸酯代表着隐蔽的二醛,因此具有强细胞毒活性[8~10]。褐藻中含较多的二萜类,具有抗肿瘤及抗菌活性,其中尤以网地藻科Dictydaerae研究较多,包括网地藻属Dictyota、褐舌藻属Spatoglossum、棕叶藻属Stypopodium等;另外在喇叭藻Turbinaria ornata中发现了一种角鲨烯型三萜Turbinaric acid,对小鼠黑色素瘤及人结肠癌细胞具有细胞毒性[8,10]。从羽藻属绿藻Bryopsis sp.中分离到一种环缩肽Kahalalide F(图3),可控制肺癌、结肠癌、前列腺癌等多种肿瘤,作为候选肺癌治疗药物已申请专利,作为肝癌治疗药物已进入II期临床试验[15~18]。另外曾有报道从海藻Lissocilinum vareau中分离到的环状多硫化合物Varicin(图4),该化合物对肠癌细胞的毒性比5-氟尿嘧啶高一百倍[9]。从软骨藻Chondria atropurpurea中分离到了一种内酰胺Chondriamide A(图5),对人类鼻咽癌和结肠癌细胞具有体外抑制活性[15,19]。汤海峰等从东南海的叶托马尾藻中以稻瘟霉模型筛选抗有丝分裂、抗真菌活性物质,找到了两种具较广泛细胞毒活性的甾体化合物[8,9,20]。岩藻聚糖(Fucoidans,也叫褐藻糖胶)等海藻硫酸多糖也有抗肿瘤活性,药理研究表明海藻多糖的抗癌作用主要是通过增强病主的免疫系统实现的,包括刺激免疫细胞的增殖、激活吞噬细胞等,也有报道海带、马尾藻等褐藻中的岩藻聚糖可直接引起癌细胞凋亡(使其染色体被自有酶所降解,而正常细胞www.globesci.comVol.27 No.5第57页不受影响)[15,21,22]。除了各种对癌细胞具细胞毒活性的化合物外,在海藻中还发现了肿瘤诱导分化物质,如从大团扇藻Padina crassa中分离到的7α-羟基岩藻甾醇对白血病细胞具有明显分化诱导作用,现在正在寻找甾醇类物质使实体瘤及白血病细胞分化为近似正常细胞[23]。1.2抗病毒活性物质从沙菜属红藻Hypnea valendine中曾分离到了一种碘代核苷类抗病毒剂5′-脱氧-5-碘代杀结核菌素[9](图6)。从红藻Laurencia renuata中曾分离到一种具角鲨烯骨架的环醚类化合物venus-tariol(图7),具明显抗病毒活性[9]。许多海藻多糖(多数为硫酸多糖)也具有抗病毒活性。一种基于角叉菜胶的阴道消毒剂Carraguard可有效抑制HIV和其他性传播病原,已经在南非和博茨瓦纳进入了Ⅲ期临床试验[15,24]。鹿角菜(Pel-vetia siliquosa)和墨角藻属褐藻(Fucus distichus)中的岩藻聚糖可抑制呼吸道合胞病毒RSV、人乙肝病毒HBV、人类免疫缺陷病毒HIV及人单纯疱疹病毒HSVⅠ、Ⅱ等多种病毒[15]。墨角藻Fucusvesiculosus、印度洋中的一种红藻、石莼Ulva lactu-ca中都发现了抗HIV等病毒活性的多糖。除了常见褐、红藻外,太平洋裂膜藻(Schizyninia pacifica)中的硫酸多糖也可特异性抑制HIV病毒逆转录酶[25,26]。研究表明海藻多糖的抗病毒作用是主要通过增强免疫和阻止病毒吸附两种途径实现的[15,21,22]。另外其抗癌、抗病毒活性可能还与其可清除病理状态下白细胞呼吸爆发产生的过多活性氧(从而避免了正常生物大分子、细胞、组织、机体损伤)有关[27~29]。1.3抗细菌、真菌活性物质海藻中的抗菌活性物质多为结构独特的卤代化合物、胆碱、酚类、萜烯类、单宁、多烯脂肪酸等。如,海门冬属含有抗菌活性的卤代甲烷;在松节藻科中含有较多具抗菌活性的溴酚类化合物;马尾藻和某些红藻、绿藻均含有马尾藻素,为含硫、氮的酚类,活性极强,对很多微生物都有抑制作用;凹顶藻等中的卤代化合物,钙扇藻、网地藻等海藻中的萜类化合物常具有抗菌活性[30,31]。另据报道,在Delisea pul-chra中分离到的一种卤代呋喃酮(图8)具有良好的抗细菌活性,可阻止多种病原菌聚集形成菌落,将有可能用于治疗胆囊纤维化患者肺部的铜绿假单胞菌慢性感染[15,32]。关于海藻抗菌活性筛选的报道也很多,从这些研究报道可以发现海藻的抗菌活性顺序大致为褐藻>红藻>绿藻,且研究表明强抗菌活性海藻主要集中在褐藻门的网地藻目Dictyotales、墨角藻目Fu-cales和红藻门的仙菜目Ceramiales[31,33,34]。1.4抗氧化剂海藻中富含具有抗氧化活性的海藻多糖及超氧化物歧化酶(SOD),海藻多糖还可增强SOD的抗氧化活性[27,35,36],除此之外,海藻中的抗氧化成分还有褐藻多酚,如昆布、海黍子多酚。吕志华等对青岛的24种海藻作了对不饱和脂质氧化的抑制作用的筛选,发现海黍子较强;魏玉西等也发现鼠尾藻和海黍子的乙醇提取物有较强抗氧化能力,其成分也是多酚类[37,38]。海藻中的多不饱和脂肪酸也具有抗氧化活性[39,40]。1.5免疫增强、抑制剂日本石原会社产业公司曾在东南亚海域藻类中发现了一些种的提取物对小鼠细胞有免疫抑制作用,这有可能用于开发治疗自身免疫疾病的药物(如风湿性关节炎、红斑狼疮等)。另外据报道螺旋藻多糖、岩藻聚糖等海藻多糖可刺激实验动物及人类免疫细胞增殖,增强免疫力[21,41,42]。1.6酶抑制剂作为新药高通量筛选中应用广泛的分子靶点,酶抑制剂的筛选在药物发现中具有重要地位。海藻是酶抑制剂的一个新来源,如绿藻罗氏绒扇藻Avrainvillea rawsoni中的rawsonol(图9)是一种溴代双苯基甲烷衍生物,具有抑制HMG-CoA合成酶活性,而HMG-CoA是人体的甾类激素及酮体第58页Vol.27 No.5www.globesci.com代谢中的关键中间代谢物;这种化合物还可抑制单磷酸次黄嘌呤脱氢酶的活性,有可能用于开发广谱抗病毒药物[10,43]。又如藻类生物膜上含有的糖脂SQDG(图10)是α-D-葡萄糖苷酶的抑制剂,在生物学和病理学过程中起着较重要作用,美国NCI已将其作为进一步治疗AIDS的主要药物[44]。蕨藻Caulerpa prolifera、波纹藻Cymopolia barbata、棕叶藻Stypopodium zonale等多种海藻中的某些化合物具有抑制磷脂酶A2(PLA2)的活性,从而有可能用于开发新的抗炎药物[45]。从杉叶蕨藻Caulerpataxifolia中发现的卤代倍半萜可竞争性抑制胰脂肪酶的活性,口服可降低大鼠血液中的甘油三酯含量[15]。从沙菜中分离到的5′-脱氧-5-碘代杀结核菌素还可强烈抑制大鼠和豚鼠脑部的腺苷激酶,有望开发为新型镇痛解热药物[46]。另外一种提自Cladosiphon okamuranus的岩藻聚糖还被发现具有抑制胃蛋白酶活性,从而可能用于保护胃溃疡患者的胃粘膜[15]。1.7心脑血管活性物质一些特殊的甜菜碱如石莼甜菜碱能降低血浆胆固醇水平,褐藻氨酸及其二草酸盐具有明显的降压作用,且结构简单,原料易得,如昆布氨酸等。另外,从多种褐藻中可提取到岩藻甾醇,也具降血胆固醇作用[23,47]。某些海藻多糖类成分具有脑心血管活性,如褐藻酸盐、角叉菜胶、岩藻聚糖、海带多糖、紫菜多糖、石莼多糖等据报道多有降血脂、减少膳食胆固醇吸收、降肝脂、降血糖、降血压等功效[15,48~50]。据报道,海藻多糖降低过氧化脂质水平、预防动脉粥样硬化功能是通过抗氧化来实现的,防治高血压则是通过对NO及血管紧张素等因子产生释放的调节来实现的[35,51~53]。另外海藻酸钠、岩藻聚糖还可抑制血小板凝结(预防血栓),萱藻、鼠尾藻、海带、石莼多糖的体外抗血小板凝集作用也有报道[15,52,54]。综上所述,海藻中含有各类生物活性的代谢产物,很多海藻活性成分都有良好的药用前景,对海藻生物活性物质的研究对海藻资源的高价值利用、对开发新型海洋药物以改善人类的健康状况都具有重要意义。2生物技术———推动海藻生物活性物质开发的新动力尽管海藻中发现了众多具有抗肿瘤、抗真菌、抗细菌、抗病毒等生物活性的化学成分,但除了海藻多糖、高不饱和脂肪酸等含量大的成分以外,相当一部分海藻活性化合物在藻体中的含量是非常微小的,很多野生海藻在自然界中的生物量也是有限的,而这些化合物独特复杂的结构又使得化学合成技术难度大或不经济,对这些化合物的深入的药理研究及进一步的临床研究步履维艰,这可能也是目前进入市场的海藻药物或保健品主要集中在多糖及高不饱和脂肪酸方面的一个重要原因。怎样解决海藻生物活性物质开发所面临的药源问题,蓬勃发展的基因工程、细胞工程、发酵工程等生物技术可能给我们提供新的启示。结合国内外相关方面的研究概况及海藻本身的生物学特性,我们认为,对解决海藻药源问题最具潜力的生物技术可能是药用海藻的人工栽培技术、海藻组织培养和细胞大规模悬浮培养技术以及生物工程育种技术。2.1药用海藻的人工栽培技术由于野生海藻的生物量有限,如果完全靠自然采集将难以满足药用成分深入研究开发的需要,而且会造成对资源的不可逆破坏,在这种情况下开展海藻的人工栽培研究不失为一个好的选择。目前已经实现商业化或小规模栽培的大型海藻有3大类11个种属,包括褐藻类的海带、裙带菜、羊栖菜(Hizikia),红藻类的紫菜、江蓠、麒麟菜(Eu-cheuma)、卡巴藻(Kappaphycus),绿藻类的石莼、礁膜(Monostroma)、浒苔(Enteromorpha)、蕨藻(Caulerpa)等。但其中年产量超过10万吨鲜重的只有海带、裙带菜、紫菜、江蓠、麒麟菜、卡巴藻[55]。www.globesci.comVol.27 No.5第59页有必要对这些已经规模化养殖的海藻进行药用成分的深入研究和开发,同时应该对那些经研究报道具有良好药用前景的新的海藻种类进行生活习性、生活史的研究,进行人工栽培的探索试验,包括适宜的栽培方式(如适合类似海带的从孢子开始的全人工栽培方式还是类似江蓠的营养枝繁殖方式,适合室内或室外的水池式养殖,还是适合潮间、潮下带的阀式或海底固定栽培方式等),藻体生长的最适条件,有效成分富集的最适条件、最适收获阶段以及不同生长阶段培养工艺的优化组合等。2.2海藻组织培养和细胞大规模培养技术根据“植物培养细胞次级代谢全能性”的理论,即在适宜的人工培养条件下,任何植物离体细胞都具有亲本次级代谢物的合成能力。次级代谢物合成所必须的遗传的、生理的基础都存在于一个离体培养的细胞内。如果将植物细胞培养技术引入有用化学物质生产,把细胞作为一个“活的工厂”,便可改变依赖大面积栽培或野生资源来获得原料的传统习惯[56]。目前,关于陆生药用植物通过组织培养或大规模细胞悬浮培养获取次生代谢产物的研究报道非常多,据不完全统计,已经有20多种植物获得成功。例如,三七、云南萝芙木、盾叶薯芋、人参、延胡索、水仙、粗榧、水飞蓟等,其中人参、毛地黄、紫草、日本黄连等资源植物代谢物细胞工程研究已实现了工业生产,另外关于红豆杉悬浮细胞培养获取抗癌药紫杉醇的研究以及多种植物细胞悬浮培养生产黄酮类化合物的研究报道也很多[57~61]。目前关于大型海藻通过组织培养或细胞培养来获取次生代谢产物的研究尚未见报道,但海藻组织培养的生物学研究工作可以追溯到上世纪50年代,如何获得无菌的藻体组织及寻找海藻生长发育所需的培养基及激素成分这两大难题尽管尚未能理想的解决,但也在不断探索中逐渐有所收获(如某些藻体可以通过抗生素的应用获得无菌组织),自20世纪70年代以来,已经有许多海藻组织培养成功的报道,如昆布、海带、巨藻等属的一些海藻以及红翎菜、皱波角叉菜等都已经培养到愈伤组织,有些甚至培养出了成体植株[62]。关于大型海藻细胞大规模悬浮培养的研究较少,但也有报道。如,何培民等采用气升式生物反应器培养条斑紫菜细胞,另外还有体细胞固定化培养方面的报道[62,63]。结合陆生药用植物组织培养和细胞培养生产次生代谢产物的实践经验以及海藻组织和细胞培养方面的研究基础,应该说通过对有药理活性的大型海藻的组织培养、大规模细胞悬浮或固定化培养来生产目的次生代谢产物的研究还是很有希望的。当然,要实现这个目标并非简单,还有许多需要攻克的难关,包括愈伤组织的培养及高产稳产细胞株的筛选,培养基的选择与优化(如碳、氮源、维生素、植物激素等)、培养过程中理化条件的优化(如光照、温度、pH、剪切力等)、培养过程的优化、种质的保存等等。在这些方面,陆生药用植物的研究方法或许可以借鉴,如在目标次生代谢产物高产细胞系的筛选方面已经先后发展了放射免疫检测(RIA)及酶联免疫吸附检测(ELISA)等技术[64],又如植物细胞培养较多地采用两步法培养,即首先让植物细胞在生长培养基中进行细胞增殖,以达到较大的细胞生长量,然后将植物细胞转入合成培养基,使植物细胞在低增殖速率下,大量合成次级代谢产物。另外,海藻中有一个很大的低等门类,即微藻,主要包括蓝藻、硅藻、甲藻、金藻和某些低等绿藻,关于微藻的生物活性物质研究情况,张成武、王菊芳、林丽玉等都做过详细的综述,它们的活性主要涵盖了抗肿瘤、抗真菌、抗细菌、抗病毒、抗炎症、毒素作用等[57,65,66]。由于微藻本身即属单细胞生物,最适合用光生物反应器或异养发酵罐来实现大规模培养,相对大型海藻而言,微藻的规模化细胞培养技术也已经比较成熟。目前可人工培养的微藻已有1000多种[67],已进行大量培养的主要有以下几个属:小球藻属(Chlorella)、螺旋藻属(Spirulina)、杜氏藻属(Dunaliella)、栅列藻属(Scenedesmus)、尾丝藻属(Uronema)、眼虫藻属(Euglena)、颤藻属(Oscilla-toria)、衣藻属(Chlamydomonas)[65]。在它们中已经有很多进行人工大规模培养以收获有用生物活性化合物的报道。如从日本冲绳产的一种扁虫体内分离出一种前沟藻Amphidiniumsp.,其大量培养已获得成功,并从中提取到3个具抗肿瘤活性的前沟藻内酯amphidinolide A、B、C[68]。大田软海绵酸(Okadaic acid)也已经可以通过人工培养利马原甲藻(Prorocentrum lima)来获得[69]。美国Martek公司选育出硅藻Nilzschia alba作为EPA生产藻种,EPA的终产率为0·25克/(升.日);以隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)作为DHA生产藻种,DHA终产率为1·2克/(升.日),日本川第60页Vol.27 No.5www.globesci.com崎制铁公司也以C.cohnii作为DHA生产藻种[66]。盐生杜氏藻(Dunaliella salina)在适宜条件下能累积大量的胡萝卜素和虾青素,澳、中、美、以色列等国都通过敞开式培养来生产β-胡萝卜素;虾青素则还可通过大规模培养雨生红球藻来生产[66,70]。总而言之,通过对可产生药理活性化合物的微藻或大型海藻的规模化细胞培养,有可能是解决药源问题的一个大有可为的新途径。2.3生物工程育种技术目前关于利用细胞工程、基因重组等生物技术培育经济海藻新品种的研究方兴未艾,如利用原生质体融合技术培育新品种紫菜,利用转基因技术生产表达乙肝病毒表面抗原的新品种海带等[71,72]。在海藻次生代谢产物研究方面,除了利用紫外线等理化诱变剂产生突变体外,是否能够利用基因工程、细胞工程等新技术来培育目标产物的高产新品种?由于少见相关研究报道,这里仅提出我们的一些不成熟的设想:(1)在对某些次生代谢产物代谢途径或生物合成途径的研究比较清楚时,能否对控制生产该代谢产物的相关酶的基因进行修饰,如连接强启动子或增强子,增强该基因的表达,同时关闭那些消耗此产物的代谢途径的基因,从而大大提高该产物在藻体中的浓度。对于微藻来说,已有报道在培养液中加入适当、少量的有机溶剂(控制在不对藻体产生毒害的浓度下),还可以加速产物的外渗,从而减少产物对合成途径的反馈抑制,提高产量。(2)众所周知,聚酮类毒素是海藻中较具特色的天然产物。聚酮类化合物的生物合成酶基因已被克隆并重组到链霉菌中表达,并可通过组合生物合成获得新颖的化合物,其他门类的化合物也正在进行此类研究[73~75],这对我们也是一个有益的启示:某些海藻能产生活性好的目标产物,但生长缓慢,能否把与次生代谢相关的基因或基因簇转移到速生海藻或微藻中表达,从而培育出高产新品种呢?或者直接把相关基因转移到真菌、放线菌等微生物中发酵生产目标产物。(3)如果能产生有效成分的海藻本身不适宜进行悬浮细胞培养,对其代谢途径短时间内也未能研究透彻,那是否可以通过细胞融合技术将该海藻相关细胞与微藻细胞融合,培育适合发酵的新品种呢?(4)如果转基因操作有困难,染色体操作技术能否用于培育有效成分的高产新品种呢?如在基因(簇)定位明确的情况下能否用染色体转移技术;在基因(簇)定位不明确的情况下能否用染色体加倍技术来培育高产的多倍体品种呢?当然,上述设想是否具有可操作性以及需要攻克的技术难关都需要深入的研究,但不可否认的是,生物工程技术对于培育可产生有效成分的海藻高产新品种将会大有用武之地,海藻生物活性物质的研究借助生物技术这一先进手段也将大大加快发展速度,更多具有良好疗效的新颖海藻药物将会离我们的生活越来越近。海藻生物活性物质研究的回顾与展望@张翼$中国科学院海洋研究所!青岛266071,中国科学院研究生院,北京100039 @李晓明$中国科学院海洋研究所!青岛266071 @王斌贵$中国科学院海洋研究所!青岛266071海藻;;生物活性物质;;生物技术本文简要介绍了海藻来源的生物活性物质研究概况,并对生物技术在这一领域的应用前景做了初步的讨论与展望。作为海洋中有机物的原始生产者,海藻含有多种生物活性物质,包括抗肿瘤、抗病毒、抗菌活性物质、抗氧化剂、免疫调节剂、酶抑制剂等。而人工栽培、组织培养、细胞工程、基因工程等生物技术在海藻生物活性物质研究领域的应用将有可能为海藻生物活性物质的研究与开发提供高效费比的药源解决方案。[1]吕惠敏,张侃.海藻的利用与开发.食品科技,1998,6:29~30 [2]严永绯,严丽娜.大、小叶海藻和伪品铁丁菜的区别.海峡药学,1996,3:56~57 [3]蔡慎初.海藻消瘿方治疗甲状腺腺瘤的疗效观察.中国中药杂志,1997,22(2):120~121 [4]张文科.海藻玉壶汤治疗前列腺增生98例临床观察.甘肃中医,2000,13(2):28~29 [5]何太清,乔淑兰.海藻玉壶汤治疗甲状腺机能亢进症46例.光明中医,1997,12(5):15~16 [6]杨素梅,宝永君,包树智.加减海藻玉壶丸治疗类风湿性关节炎125例临床观察.内蒙古中医药,1998,17(2):6~7 [7]张传儒,徐秀兰.应用海藻降脂方治疗高脂血症80例.江苏中医,1997,18(11):15~16 [8]苏镜娱等.海藻中的细胞毒活性及抗菌成分.天然产物研究与开发,1996,8(4):80~89 [9]岑颖洲,苏镜娱等.海藻生理活性物质的研究进展.暨南大学学报:自然科学与医学版,1998,19(5):78~86 [10]苏镜娱.海藻化学及药物学研究概况.中国海洋药物,1992,11(2):25~37 [11]Ana,R.D.,Juana R.,Jose,D.et al.Plocamenols A-C,Novel linearpolyhalohydroxylated monoterpenes from Plocamium cartilagineum.J.Nat.Prod.,2002,65:585~588 [12]Ana,R.D.,Mercedes,C.,Enrique,D.et al.New halogenatedmonoterpenes from the red alga Plocamium cartilagineum.Tetrahe-dron,2002,58:8539~8542 [13]Gabriele M.K,Anthony D.W,Anthony Linden.Plocamium hama-tum and its monoterpenes:chemical and biological investigations ofthe tropical marine red alga.Phytochemistry,1999,52:1047~1053 [14]Jon S.,Mynderse D.,John F.Violacene,a polyhalogenated mono-cyclic monoterpene from the red alga Plocamium violaceum.J.Am.Chem.Soc.,1974,96:6771~6772 [15]Albertus J.S.Medicinal and pharmaceutical uses of seaweed naturalproducts:A review.Journal of Applied Phycology,2004,16:245~262 [16]Horgen FD,delos Santos DB,Goetz G,Sakamoto B,Kan Y,NagaiH,Scheuer PJ.A new depsipeptide from the sacoglossan molluskElysia ornata and the green alga Bryopsis species.J.Nat.Prod.,2000,63:152~154 [17]Nuijen B,Bouma M,Talsma H,Manada C,Jimeno J M,Lopez-Lazaro L,Bult A,Beijnen JH.Development of a lyophilized par-enteral pharmaceutical formulation of the investigational polypeptidemarine anticancer agent kahalalide F.Drug Dev.Ind.Pharm.,2000,27:767~780 [18]Sparidans R W,Stokvis E,Jimeno JM,Lopez-Lazaro L,SchellensJH,Beijnen JH.Chemical and enzymatic stability of a cyclic dep-sipeptide,the novel,marine-derived,anti-cancer agent kahalalideF.Anticancer Drugs,2001,12:575~582 [19]Palermo JA,Flower BP,Seldes AM.Chondriamides A and B,newindolic metabolites from the red alga Chondria sp.TetrahedronLett.,1992,33:3097~3100 [20]崔征,李玉山.中药海藻及数种同属植物的药理作用.中国海洋药物,1997,16(3):5~8 [21]徐明芳,高孔荣,刘婉乔.海藻保健功能的研究进展.食品科学,1995,16(12):19~22 [22]王安利,胡俊荣.海藻多糖生物活性研究新进展.海洋科学,2002,26(9):36~39 [23]阮积惠.海藻主要药用成分的研究和展望.东海海洋,2001,19(2):1~9 [24]Spieler R.Seaweed compound’s anti-HIV efficacy will be testedin southern Africa.Lancet,2002,359:1675 [25]魏文青,王明霞,丛建波等.海藻硫酸多糖抗乙型肝炎病毒的实验研究.中华肝脏病杂志,2002,10(2):112~112 [26]王秉及.海洋药物的抗病毒研究.生物工程进展,1996,16(6):34~36 [27]王炳岩,季宇彬.海藻多糖对白血病L615小鼠LPO含量及GR、GSH—PX、CAT、SOD酶活性的影响.中医药信息,1994,11(5):43~45 [28]李妍,田晓华,丛建波等.海藻多糖抑制白细胞呼吸爆发作用研究.生物化学与生物物理进展,1999,26(2):162~164 [29]滕霞,丛建波,田晓华等.海藻硫酸多糖抗氧化与抗肿瘤作用的实验研究.营养学报,1998,20(1):48~52 [30]西泽一俊.海藻的生理活性物质.中国海洋药物,1993,12(1):47~51 [31]陈灼华,郑怡,庄惠如.10种红藻和褐藻抗细菌抗真菌活性的研究.福建师范大学学报(自然科学版),1994,10(4):75~79 [32]Kjelleberg S,Steinberg P.Surface warfare in the sea.MicrobiologyToday,2001,28:134~135 [33]师然新,徐祖洪.青岛沿海九种海藻的类脂及酚类抗菌活性的研究.中国海洋药物,1997,16(4):16~19 [34]徐年军,范晓,韩丽君.海藻乙醇提取物抗菌活性的研究.海洋与湖沼,2002,33(3):265~270 [35]张健,苏秀榕,张士达等.裙带菜降血脂及抗氧化活性的研究.辽宁师范大学学报(自然科学版),1998,21(2):148~151 [36]罗广华,王爱国,柯德森.海藻中清除自由基的物质.热带亚热带植物学报,1998,6(1):15~18 [37]吕志华,于广利,迟连利.海黍子多酚对亚油酸甲酯氧化的抑制作用.中国海洋药物,2001,20(6):25~28 [38]魏玉西,于曙光.两种褐藻乙醇提取物的抗氧化活性研究.海洋科学,2002,26(9):49~51 [39]黄海兰,赵祖亮,王斌贵.磷钼络合物法与β-胡萝卜素-亚油酸法测定海藻脂类成分抗氧化活性的比较.中国油脂,2005,30:32~35 [40]Hai-Lan Huang,Bin-Gui Wang.Antioxidant Capacity andLipophilic Content of Seaweeds Collected from the Qingdao Coast-line.Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,52:4993~4997 [41]汪开治.海藻含有免疫抑制物.生物学通报,1995,1:77 [42]姚福汉,蒋伯诚.海藻中具有免疫赋活作用的多糖.中国野生植物资源,1997,16(3):6~7 [43]Chen J,Gerwick WH,Shatzman R,Laney M.Isorawsonol and re-lated IMP dehydrogenase inhibitors from the tropical green algaAvrainvillea rawsonii.J.Nat.Prod.,1994,57:947~952 [44]杨汇芹.海藻中糖脂的研究进展.海洋科学,1998,22(2):23~26 [45]Mayer AMS,Paul VJ,Fenical W,Norris JM,de Carvalho MS,Ja-cobs RS.Phospholipase A2 inhibitors from marine algae.Hydrobi-ologia,1993,260/261:521~529 [46]Davies LP,Jamieson DD,Baird-Lambert JA,Kazlauskas R.Halo-genated pyrrolopyrimidine analogues of adenosine from marine or-ganisms:pharmacological activities and potent inhibition of adeno-sine kinase.Biochem.Pharmacol.,1984,33:347~355 [47]范晓,周永航.海藻中的甜菜碱及其类似物.海洋科学,1999,23(3):24~26 [48]王兵,黄巧娟.羊栖菜多糖降血糖作用的实验研究.中国海洋药物,2000,19(3):33~35 [49]吴寿金.降血糖植物多糖的研究概况.中草药,1992,23(10):549 [50]吴钟高,李其珍.褐藻精降血糖作用的实验研究.中国海洋药物,2000,19(4):35 [51]李八方,徐杰.3种海藻多糖调血脂作用比较研究.中国海洋药物,2002,22(3):62~65 [52]王常青,杨桂兰.两种海藻多糖对大鼠脂质代谢和血小板功能的比较.中华预防医学杂志,1997,31(6):342~345 [53]朱海波,耿美玉,管华诗.海洋硫酸多糖DPS对肾血管性高血压大鼠血清NO和血浆AngⅡ及ET—1含量的影响.青岛海洋大学学报:自然科学版,2001,31(2):179~184 [54]刘志峰,宫晓黎,魏淑贞.五种海藻多糖体外抗血小板聚集作用的观察.中国海洋药物,2001,20(2):36~38 [55]费修绠,鲍鹰.海藻载培—传统方式及其改造途径.海洋与湖沼,2000,31(5):575~580 [56]郑光植.植物次生代谢细胞工程研究的新进展:第六届国际植物组织与细胞培养会议评述.植物生理学通讯,1987,(2):75~79 [57]朱西儒,雷光富.药用植物细胞培养代谢全能性及产物检测技术的研究进展.广西科学院学报,1998,14(2):1~6 [58]王兴军,毕玉平.利用细胞培养进行药物生产的研究.生物技术,1997,7(1):1~3 [59]鲁明波,余斐,洪琦等.气升式反应器中红豆杉细胞培养动力学的研究.华中理工大学学报,1998,26(11):110~112 [60]李伯林.红豆杉细胞培养与紫杉醇形成的研究.广西师范大学学报(自然科学版),2001,19(2):84~87 [61]邢建民,赵德修,李茂寅.植物细胞培养生产黄酮类化合物研究进展.生物工程进展,2001,21(1):47~50 [62]徐礼根,阮积惠,徐程等.海洋植物组织和细胞培养研究进展.东海海洋,1999,17(2):1~9 [63]何培民.条斑紫菜细胞悬浮培养及其育苗.水产学报,1992,16(2):1 88 [64]张成武.微藻中的生物活性物质.中国海洋药物,1992,11(3):20~29 [65]王菊芳,梁世中.海洋微藻在医药上的应用.广东药学院学报,1999,15(4):303~306 [66]林丽玉.海洋微藻中若干活性物质的开发现状与展望.台湾海峡,1999,18(2):168~171 [67]展翔天.海洋微生物活性物质研究进展.中国海洋药物,2002,(21)2:44~52 [68]刘雪莉,钱伯初.日本海洋天然活性物质研究简况.中国海洋药物,1997,(16)1:45~49 [69]徐年军,范晓.藻类抗肿瘤活性物质的研究.中国海洋药物,2000,19(6):30~36 [70]郭跃伟.海洋天然产物的应用前景.中国海洋药物,2000,19(2):51~55 [71]严兴洪,王素娟.秋水仙碱对坛紫菜体细胞苗生长发育的影响.海洋科学,1990,1:23~28 [72]姜鹏,秦松.乙肝病毒表面抗原(HBsAg)基因在海带中的表达.科学通报,2002,47(14):1095~1097 [73]Louis J.N.,Michael M.Will natural products remain an importantsource of drug research for the future?Curr.Opin.Biotech.,1997,8:708~712 [74]McDaniel R,Ebert-Khosla S,Hopwood DA,Khosla C.Rational de-sign of aromatic polyketide natural products by recombinant assem-bly of enzymatic subunits.Nature,1995,375:549~554 [75]Rouhi M.DNA technology yields diverse drug leads.Chem EngNews,1995,9:2

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张翼

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