[生物医药论文精品]抗辐射的海藻活性物质研究概况.doc

抗辐射的海藻活性物质研究概况 摘要 辐射防护剂在放射治疗、太空探险甚至核战等辐射环境中的应用日益受到关注，但现今所使用的许多人工合成的辐射防护剂都不太理想，因此，许多研究者将目标转移到了丰富的天然药用植物资源上。为了减少新药筛选过程中的盲目性，作者对海藻抗辐射活性物质进行了整理，并对它们新近的研究进展进行了综述。关键词 海藻；活性物质；辐射防护剂；清除自由基随着二战后大量大规模的大气层核试验进行，人类生存环境中长寿命人工放射性核素的含量不断增加。而核动力事业的不断发展，在给人类带来效益的同时，也使环境中人工放射性核素的含量日趋增多。近年来核能在世界范围内的大规模应用，人们从放射性废物的长期处置中注意到，在放射性废物被贮存数百年后，超铀元素将成为对环境产生危害的主要来源1。研究显示辐射致癌是人类接受低剂量照射引起的并已得到确认的致死性健康危害2。危害源于射线直接将能量传递给生物分子导致其结构的改变和生物活性的丧失，以及通过水在辐解反应中产生的自由基所引起的损伤的间接作用3。辐射防护剂在由计划辐射(如放射治疗)和意外辐射(如核电站、天然背景辐射)所引起的辐射接触等方面具有潜在的利用价值4。过去，人们对辐射防护剂的研究主要集中在对化学合成药物进行筛选，如抗氧化剂、血管紧张素转化酶抑制剂、血管紧张素II受体拮抗剂、金属元素、免疫调节剂、酯多糖和前列腺素等5。氨磷汀是目前是唯一的一个经美国FDA认可的辐射防护药物，被用于缓解头颈癌症病人辐射治疗过程中的口腔干燥症状。最近几年，许多造血生长因子和细胞因子也被用于辐射伤害的治疗，如白细胞介素IL-7和IL-11、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、巨嗜细胞集落刺激因子(GM-CSF)、干细胞因子(SCF)和上皮细胞生长因子等，但它们在毒性、作用时效和用药的方便程度等方面都不太理想6。近年来国内外海洋生物活性物质的研究有了长足进步。许多国家均不同程度地开展了海洋生物活性物质抗肿瘤、抗病毒、抗真菌、抗心脑血管疾病、抗炎、抗艾滋病及提高机体免疫功能等方面的研究，发现了大批具有上述作用的新颖化学成分。海藻(Algae) 是海洋中的低等隐花植物，全世界约有3万余种，被人类广为利用的海藻主要是褐藻、红藻、绿藻和蓝藻，约百余种。目前的研究显示藻类植物含有多种具有抗辐射活性的物质。1 辐射伤害的直接保护研究显示褐藻酸钠能降低某些放射性元素在体内吸收，如褐藻酸钠具有阻止Sr90在动物肠道吸收并能使其很快排除体外的特殊功能7。服用褐藻酸钠，还可与放射性锶在胃肠道内形成一种不溶性的褐藻酸锶凝胶，使机体避免放射性锶的吸收与毒害。褐藻酸钠在对放射性锶吸附过程中，不影响人体对钾、钠、钙的吸收。褐藻酸钠亦能促进放射性元素Ra226、Ba140等在体内排出。褐藻胶中含有的卜古罗糖醛酸和卜甘露精醛酸，对Sr89和Sr90有较强吸附作用，可阻止其体内吸收达70%80%8。实验显示数种海南产马尾藻(Sargassum carpophyllum J.Agargh) 褐藻胶对大白鼠Sr85阻吸效果优于海带褐藻胶，尤以裂叶马尾藻阻吸效果显著。大叶藻(Padinacrassa) 和紫菜多糖亦能对抗Co60射线的辐射。类菌胞素氨基酸类(MAAs)化合物由于共轭双键和不同侧链上活性基团的存在，在310360nm 的紫外光区具有强的吸收能力。由于MAAs对紫外光(UV-A和UV-B)具有很高的摩尔吸收率(=2810050000·m-1·cm-1 )9，此类物质在光保护10、抗氧化功能11上具有不错的表现。对一系列南极冰藻的研究显示，从中能够获得具有较强的抗紫外辐射活性的类菌胞素氨基酸类(MAAs)化合物12,13。研究表明，海藻中的多糖类成分对辐射损伤细胞具有明显的保护作用。吴晓旻等14研究了海带多糖对大鼠的辐射防护作用，海带多糖各组能显著调节辐射损伤大鼠的免疫功能，脾淋巴细胞凋亡率显著低于模型组，并呈明显的量效关系。刘志辉等15- 18研究了海藻多糖对射线照射小鼠骨髓、腹腔巨噬细胞等放射性急性损伤的保护作用，实验结果显示海藻多糖对辐射所致的免疫功能损伤有明显的保护作用。吴显劲等19-21研究了琼枝麒麟菜多糖对射线照射小鼠胸腺细胞、小鼠腹腔巨噬细胞、小鼠脾细胞的影响，同样显示其对辐射损伤具有一定的保护作用。它们的抗辐射作用的机理可能与以下几个方面有关：首先,多糖是细胞膜的重要组分，海藻多糖的多糖成分可以强化巨噬细胞，抵御射线对细胞膜的损伤。其次，巨噬细胞膜上含有多糖受体，海藻多糖之与结合，使膜上相关分子活化,启动信号传导途径，从而增强巨噬细胞的活性与功能22。此外，由于多糖具有一定的清除自由基活性能力，使辐射所致的继发性氧化损伤得到降低23。另外,可能与淋巴细胞凋亡密切相关24。2抗氧化清除自由基实现辐射防护作用辐射可通过水的辐解反应产生自由基，自由基损伤主要表现为氧化作用。最近的研究中，发现不同的海藻提取物25-31具有抗氧化的能力，产生作用的原因：既可抑制自由基的产生，也可以直接对抗自由基对组织和细胞的损伤作用，或直接清楚自由基，还可增强机体本身抗氧化系统的功能，从多个环节阻断自由基的损伤作用。从红藻门凹顶藻属植物三列凹顶藻中，分离得到的凹顶藻萜类化合物是一种具有代表性的海洋天然活性物质。研究表明32，凹顶藻萜类化合物可增强酒精暴露大鼠体内抗氧化酶的活性，改善超微结构的病理损伤，对由于酒精引起的氧化损伤具有一定的保护效应。这可能与萜类化合物化学结构中含丰富的烯键，易于发生加成反应，具有较强的还原性有关。海藻中多酚类化合物在褐藻及某些其他藻类中含量丰富，结构主要有多羟基联苯(Fucols)型、多羟基苯醚(Phlorethols)型、混合多羟基联苯多苯醚( Fucop hlorethols)型、多(间、邻)羟基苯醚(Fuhalols) 型、二苯杂二氧和二苯呋喃( Eckols)型和卤代、硫酸酯化、烷基化多酚(Halogenated phlorotannins) 型。多酚是一种强抗氧化剂、自由基清除剂，它的抗氧化机制比较复杂,一般认为:清除自由基、酚羟基的离解、络合有催化作用的金属离子、吸收紫外光是起主要作用的因素。Kim Jin-Ah等33研究证实从昆布中提取的褐藻多酚抗氧化活性、清除自由基能力比黄烷醇类儿茶素、白藜芦醇、维生素C以及维生素E更强34，能有效清楚DPPH自由基(EC50,12-26mol/L)和超氧负离子(EC50,6.5-8.4mol/L)。马尾藻属的褐藻多酚和前者一样具有很好的抗氧化活性，甚至更强35。严小军等36证明马尾藻属海黍子中高分子量褐藻多酚能清除DPPH自由基、羟基自由基，抑制烷基自由基引发的亚油酸氧化。Hwang Hyejeong等37研究发现eckol类褐藻多酚能有效降低中波紫外线(UV-B)引起的氧化压力、阻止紫外线引起的皮肤炎症以及细胞增殖。Eunjin Park等38,39实验发现eckol类褐藻多酚能保护电离辐射造成的细胞损伤并对DNA有修复作用。此外，近来实验从红藻中得到溴代多酚40-42，清除DPPH自由基的能力明显高于对照组(丁羟甲苯)。Ke Li等43从红藻中得到一个特殊的溴代多酚Urceolatin，其清除DPPH自由基的能力比对照组(丁羟甲苯)高出10倍。Youngwan SEO等44和Jun MORI45等分别从不同的红藻中得到质体醌类化合物，具有明显的清除DPPH自由基的作用，同时具有潜在抑制ONOO产生的能力。Song Wang等46实验得到一系列苯甲醛类次生代谢产物，同样有明显的清除DPPH自由基的作用。郑洲等47从南极冰藻Berkeleya rutilans H-15中得到活性物质H-15-P-5，使用DPPH法发现其具有清除自由基的活性。钱晓婕等48 从坛紫菜中分离得到藻胆蛋白，能在一定浓度范围内提高血液中CAT、GSH-Px 和SOD活性,并降低MDA的含量,并且具有较好的清除体外自由基·OH 和O2-·的活性,可见其能以多种途径发挥抗氧化作用,以减少组织细胞损伤。综上所述，海藻中存在着具有对辐射伤害有防护作用活性物质，但是到目前为止，未进行过相关的临床试验。当今，随着人类向宇宙的进发，开发有效和可靠的辐射防护作用药物是非常有必要的。进一步的研究应该包括: 具有辐射防护作用活性成分的分离和纯化研究；需要一种能够对标准提取物的有效性进行系统评价的方法；配合使用多种辐射防护剂或添加活性增强剂，使抗辐射效果增强。当前大多数辐射防护剂基本上作为预防使用，因此，开发具有治疗作用的辐射防护剂是今后研究应该努力的方向。参考文献1 沙连茂. 环境中的超轴元素及其放射化学分析的进展J. 辐射防护, 1998, 18(3) : 205.2 UNSCEAR. UNSCEAR 1993 report, 1993.3 李钧. 辐射损伤及其致癌效应J. 国外医学放射医学核医学分册,1998,22(4) : 184.4 Coleman C N, BlakelyW F, Fike J R, et al. Molecular and cellular biology of moderate-dose (1-10 Gy) radiation and potentialmechanisms of radiation protection: report of a workshopJ. Radiat Res, 2003, 159 (61) : 812.5 Weiss J F, Landauer M R. Protection against ionizing radiation by antioxidant nutrients and phytochemicalsJ. Toxicology,2003, 189 (122) : 1.6 Herodin F J, Bourin P, Mayol J F, et al. Short-term injection of antiapop totic cytokine combi2nations soon after lethal gamma irradiation promotes survivalJ. Blood, 2003, 101 (7) : 2609.7 孙玉善. 海洋天然有机物资源化学(五) J. 中国海洋药物, 1988, (3) : 45.8 贾玉海. 中国海洋湖沼药物学M. 北京: 学苑出版社, 1996, 8: 324.9 陈小兰,邓国宾,刘开庆,等. 水生生物的紫外光防护剂类菌胞素氨基酸J. 植物学通报,2006 ,23 (1) :78.10 Conde FR,Churio MS,Previtali CM. The photoprotecor mechanism of mycosporine-like amino acids. Excited state properties and photo stability of porphyra-334 in aqueous solutionJ.Photochem Photobiol B Biol ,2000 ,56 :139.11 Plack PA ,Fraser NW ,Grant PT ,et al . Gadusol , an enolic derivative of cyclohexane 1,3-dione present in the roes of cod and ot her marine fishJ . Biochemistry, 1981 ,199 :741.12 Ryan KG, McMinn A, Mitchell KA, Trenerry L. Mycosporine-like amino acids in Antarctic sea ice algae, and their response to UVB radiationJ. Z Naturforsch, 2002 May-Jun;57(5-6):471-7.13 杜宁,高天翔,缪锦来,等. 4种南极冰藻中抗紫外辐射活性化合物类菌胞素类氨基酸(MAAs) 的初步研究J.中国海洋药物杂志,2007,26(4):5-10.14 吴晓旻,杨明亮,黄晓兰,等. 海带多糖的抗辐射作用与脾细胞凋亡J.武汉大学学报(医学版),2004,25(3) :239-241.15 刘志辉,孟庆勇. 海藻多糖对小鼠骨髓放射性急性损伤的保护作用J.广东医学院学报, 2002, 6:11-12. 16 刘志辉,孟庆勇,刘秋英,等.海藻多糖对射线照射小鼠免疫功能的影响J. 中国公共卫生, 2003, 2:47-48. 17 刘志辉,葛秀君,孟庆勇. 海藻多糖对射线照射小鼠腹腔巨噬细胞免疫功能的影响J. 现代中西医结合杂志, 2006,15(7):861-863.18 刘志辉,孟庆勇,葛季君. 海藻多糖对辐射小鼠骨髓造血功能的影响J. 中国公共卫生, 2006,8:104-105.19 吴显劲,孟庆勇,袁汉尧. 琼枝麒麟菜多糖对辐射损伤小鼠腹腔巨噬细胞的影响J. 中国职业医学, 2007,34(4):287-291 20 吴显劲,孟庆勇. 琼枝麒麟菜多糖对射线照射小鼠胸腺细胞周期及细胞增殖的影响J. 中国辐射卫生, 2005,4,6-8.21 吴显劲; 孟庆勇. 琼枝麒麟菜多糖对射线照射小鼠脾细胞周期及细胞增殖的影响J. 中国职业医学, 2006,2,12-14.22 侯军峰,张盈华. 中草药对造血和免疫系统放射损伤的防护作用及其机理探讨J. 中国中西医结合杂志,2000 ,20 (6) :469-472.23 Kim IT,Park HJ,Nam JH,et al. In-vitro and in-vivo anti-inflammatory and antinociceptive effects of the methanol extract of the roots of Morinda officinalisJ. J Pharm Pharmacol,2005 ,57 (5) :607 615.24 罗琼,吴晓旻,杨明亮,等. 海带多糖的抗辐射作用与淋巴细胞凋亡关系研究J. 营养学报,2004,26(6) :471-473.25 邵海艳,吉宏武,章超桦. 总状蕨藻水溶性成分的提取及其对羟自由基清除作用J. 食品研究与开发,2008,29(6):24-27.26 Yuan YV,Carrington MF,Walsh NA. Extracts from dulse (Palmaria palmata) are effective antioxidants and inhibitors of cell proliferation in vitroJ. Food Chem Toxicol. 2005,43(7):1073-81.27 Bulteau AL, Moreau M, Saunois A,et al. Algae extract-mediated stimulation and protection of proteasome activity within human keratinocytes exposed to UV-A and UV-B irradiationJ. Antioxid Redox Signal. 2006,8(1-2):136-43.28 Ganesan P, Kumar CS, Bhaskar N. Antioxidant properties of methanol extract and its solvent fractions obtained from selected Indian red seaweedsJ. Bioresour Technol. 2008,99(8):2717-23.29 Vijayavel K, Anbuselvam C, Balasubramanian MP. Antioxidant effect of the marine algae Chlorella vulgaris against naphthalene-induced oxidative stress in the albino ratsJ. Mol Cell Biochem. 2007,303(1-2):39-44.30 Kang KA, Bu HD, Park DS,et al. Antioxidant activity of ethanol extract of Callophyllis japonicaJ. Phytother Res. 2005 Jun;19(6):506-10.31 Park PJ, Heo SJ, Park EJ,et al. Reactive oxygen scavenging effect of enzymatic extracts from Sargassum thunbergiiJ. J Agric Food Chem. 2005 Aug 24;53(17):6666-72.32 逄丹,梁惠,贺娟,等. 海藻萜类化合物对酒精暴露大鼠抗氧化作用J. 中国公共卫生, 2008,24(4):464-6.33 Kim Jin-Ah,et al. The antioxidant activity and tyrosinase inhibitory activity of phlorotannins in Ecklonia cavaJ. Food Science and Biotechnology, 2004,13(4):476-480.34 Shibata Toshiyuki,et al.Antioxidant and radical scavenging activities of brown algal phlorotanninsJ.ITE Leters on Batteries,New Technologies&Medicine,2006,7(1):69-7.35 Nakamura Takashi,et al.Antioxidant activity phlorotannis isolated from the brown alga Eisenia BicyclisJ.Fisheries Science,1996,62(6):923-6.36 严小军等.高分子量褐藻多酚抗氧化性质研究J.海洋科学,1999,23(5):494-9.37 Hwang Hyejeong,et al. Photochemoprevention of UVB-induced skin carcinogenesis in SKH-1 mice by brown algae polyphenolsJ.International Journal of Cancer,2006,119(12):274238 Park E, Ahn GN, Lee NH,et al. Radioprotective properties of eckol against ionizing radiation in mice. FEBS Lett. 2008,582(6):925-30.39 Park E, Lee NH, Joo HG,et al. Modulation of apoptosis of eckol against ionizing radiation in mice. Biochem Biophys Res Commun. 2008,372(4):792-7.40 Li K, Li XM, Ji NY,et al. Bromophenols from the marine red alga Polysiphonia urceolata with DPPH radical scavenging activity. J Nat Prod. 2008,71(1):28-30.41 Li K, Li XM, Ji NY,et al. Natural bromophenols from the marine red alga Polysiphonia urceolata (Rhodomelaceae): structural elucidation and DPPH radical-scavenging activityJ. Bioorg Med Chem. 2007 ,15(21):6627-31.42 Duan XJ, Li XM, Wang BG. Highly brominated mono- and bis-phenols from the marine red alga Symphyocladia latiuscula with radical-scavenging activityJ. J Nat Prod. 2007,70(7):1210-3.43 Li K, Li XM, Ji NY,et al. Urceolatin, a structurally unique bromophenol from Polysiphonia urceolataJ. Org Lett. 2008,10(7):1429-32.44 Seo Y, Park KE, Kim YA,et al. Isolation of tetraprenyltoluquinols from the brown alga Sargassum thunbergiiJ. Chem Pharm Bull (Tokyo). 2006,54(12):1730-3.45 Mori J, Iwashima M, Wakasugi H,et al. New plastoquinones isolated from the brown alga, Sargassum micracanthumJ. Chem Pharm Bull (Tokyo). 2005 Sep;53(9):1159-63.46 Wang S, Li XM, Teuscher F,et al. Chaetopyranin, a benzaldehyde derivative, and other related metabolites from Chaetomium globosum, an endophytic fungus derived from the marine red alga Polysiphonia urceolataJ. J Nat Prod. 2006 ,69(11):1622-5.47 郑洲,缪锦来,陈豪,等. 南极冰藻Berkeleya rutilans H-15中清除自由基活性物质的分离纯化及其结构分析J. 中国海洋药物杂志,2008,27(1):8-12.48 钱晓婕, 陈舜胜,付杰. 坛紫菜中藻胆蛋白的提取及其抗氧化活性研究J. 中国海洋药物杂志,2008,27(2):42-45. Abstract The development of radioprotective agents has been the subject of intense research in view of their potential for use within a radiation environment, such as space exploration, radiotherapy and even nuclearwar. However, no ideal synthetic radiop rotectors are available at present, so the search for alternative sources, including seaweeds, has been on going for several decades. This articlereviews some of the most promising plants, and their radioprotection related activities. Key words seaweeds; active substance; radioprotector; Free radical scavengers