海参硫酸多糖与肠道菌群的相互作用及其调节糖脂代谢的研究进展.pdf
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1、专题论述 食品科学 2023,Vol.44,No.17 321海参硫酸多糖与肠道菌群的相互作用 及其调节糖脂代谢的研究进展桑 雪1,2,3,4,李 莹1,2,5,童 瑶1,于 双1,宋志远1,2,李双双6,赵前程1,2,3,4,*(1.大连海洋大学食品科学与工程学院,辽宁 大连 116023;2.大连市特色海洋功效成分开发与高值化利用重点实验室,辽宁 大连 116023;3.辽宁省海洋健康食品工程研究中心,辽宁 大连 116000;4.大连工业大学,海洋食品精深 加工关键技术省部共建协同创新中心,辽宁 大连 116034;5.大连民族大学生物技术与资源利用教育部重点实验室,辽宁 大连 1166
2、50;6.大连鑫玉龙海洋生物种业科技股份有限公司,辽宁 大连 116200)摘 要:海参作为重要的海洋食品和药物资源,其所含多糖是最重要的功效活性物质之一。硫酸基团在多糖的生物活性中发挥着重要的作用,海参硫酸多糖由于其不同的化学结构而可能特定影响某种肠道微生物的生长及相关代谢物的产生,而这有助于发挥多种健康作用。肠道菌群作为人体的一个复杂生态系统,在营养代谢等生命活动中发挥着不可替代的作用,而海参硫酸多糖可以作为益生元通过调节肠道菌群组成来改善菌群紊乱导致的疾病。本文在介绍海参硫酸多糖结构的基础上,重点阐述了其通过与肠道菌群相互作用影响糖脂代谢的最新相关研究进展。这些研究将有助于更好地理解海参
3、硫酸多糖的健康作用机理,并为其作为功能性食品的应用提供科学依据。关键词:海参硫酸多糖;结构特征;肠道菌群;糖脂代谢Research Progress on Interaction between Sulfated Polysaccharides from Sea Cucumber and Gut Microbiota and Its Regulatory Effect on Glycolipid MetabolismSANG Xue1,2,3,4,LI Ying1,2,5,TONG Yao1,YU Shuang1,SONG Zhiyuan1,2,LI Shuangshuang6,ZHAO Qi
4、ancheng1,2,3,4,*(1.College of Food Science and Engineering,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Dalian Key Laboratory of Marine Bioactive Substances Development and High Value Utilization,Dalian 116023,China;3.Liaoning Provincial Marine Healthy Food Engineering Research Centre,Dalian 116000
5、,China;4.Collaborative Innovation Center of Provincial and Ministerial Co-construction for Marine Food Deep Processing,Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,China;5.Key Laboratory of Biotechnology and Bioresources Utilization,Dalian Minzu University,Dalian 116650,China;6.Dalian Xinyulong Marin
6、e Organisms Seed Industry Technology Co.,Ltd.,Dalian 116200,China)Abstract:Sea cucumber,an important marine food and medicinal resource,contains polysaccharides,which are one of the most important active substances in it.Sulfate groups play an important role in the biological activity of polysacchar
7、ides,and sea cucumber sulfated polysaccharides may specifically affect the growth of certain intestinal microorganisms and the production of related metabolites due to their different chemical structures,which contribute to the variable health promoting effects.As a complex ecosystem of the human bo
8、dy,the intestinal flora plays an irreplaceable role in life activities such as nutritional metabolism.Sea cucumber sulfated polysaccharides can be used as prebiotics to alleviate diseases caused by intestinal flora disorder by regulating its composition.This review article summarizes the structures
9、of sea cucumber sulfated polysaccharides,with a focus on the latest progress in research on their influence on glycolipid metabolism through the gut 收稿日期:2022-05-30基金项目:大连市中央引导地方科技发展资金自由探索基础研究项目;辽宁省自然科学基金计划项目(2022-BS-275);辽宁省教育厅青年项目(LJKQZ20222401);辽宁省科技重大专项计划项目(2020JH1/10200001);国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”专项
10、(2018YFD0901004);生物技术与资源利用教育部重点实验室开放课题(KF2022007)第一作者简介:桑雪(1990)(ORCID:0000-0002-6472-5508),女,讲师,博士,研究方向为食品营养与安全。E-mail:*通信作者简介:赵前程(1966)(ORCID:0000-0003-3751-4235),男,教授,博士,研究方向为食品营养与安全。E-mail:322 2023,Vol.44,No.17 食品科学 专题论述microbiota.These studies will contribute to a better understanding of the he
11、alth promoting mechanism of sea cucumber sulfated polysaccharides and provide a scientific basis for their application in functional foods.Keywords:sulfated polysaccharides from sea cucumber;structural characteristics;gut microbiota;glycolipid metabolismDOI:10.7506/spkx1002-6630-20220530-358中图分类号:TS
12、254.1 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2023)17-0321-11引文格式:桑雪,李莹,童瑶,等.海参硫酸多糖与肠道菌群的相互作用及其调节糖脂代谢的研究进展J.食品科学,2023,44(17):321-331.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220530-358.http:/SANG Xue,LI Ying,TONG Yao,et al.Research progress on interaction between sulfated polysaccharides from sea cucumber and gut microbiota and
13、its regulatory effect on glycolipid metabolismJ.Food Science,2023,44(17):321-331.(in Chinese with English astract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220530-358.http:/随着市场上对海参食用和药用价值需求的日益增 长1,中国海参产业迅速发展,据2022年渔业年鉴报告,中国海参总产量为22.27万 t2。海参的保健功能一直备受关注,特别是近年来大规模疫情爆发之后更是得到广泛认可,其正逐渐从传统食材向健康机能性食品过渡。海参中含有多种功能性食品成分,海
14、参多糖在含量上仅次于蛋白,是海参中最重要的功效活性物质之一。因此,对海参多糖的深入研究,可为海参营养和食疗价值提供科学依据,并为海参产业的健康发展提供理 论依据。硫酸多糖是多糖中单糖分子上某个或某些羟基被硫酸基团取代而形成的一类化学结构复杂、生物活性多样、构效关系鲜明的多糖类物质。海参硫酸多糖(sulfated polysaccharides from sea cucumber,SC-SPs)因其结构的高度重复性及其所蕴藏的巨大生物活性潜力,引发广大科研工作者的研究兴趣。近年来,越来越多的研究表明,SC-SPs能够调节机体能量代谢、缓解营养过剩导致的糖脂代谢疾病。本文在综述SC-SPs结构的基
15、础上,探讨了对肠道菌群变化与SC-SPs驱动健康益处之间的相关性,以及 SC-SPs对肠道菌群和代谢产物生长的影响。1 海参硫酸多糖的结构与性质海参体壁是主要的食用和药用部位,而海参多糖是海参体壁的重要成分。国内外研究表明,海参体壁多糖的两种主要形式为海参岩藻聚糖硫酸酯(sea cucumber fucoidan,SC-FUC)和海参岩藻糖基硫酸软骨素(sea cucumber fucosyl chondroitin sulfate,SC-FCS),两者均为硫酸多糖并且结构特性(如分子质量、单糖组成、一级结构及链构象(高级结构)间存在显著差异。目前已经有大量的文献报道了这两类SC-SPs的结构
16、与活性(图1和表1)。SC-FUC?N-?(1 3)?FUCFCSnn?(1 3)(1 4)?FUC.岩藻聚糖硫酸酯(fucoidan);FCS.岩藻糖基硫酸软骨素(fucosyl chondroitin sulfate)。图 1 海参硫酸多糖的结构特性及主要生物活性3-4Fig.1 Structural characteristics and major biological activities of sulfated polysaccharides from sea cucumber3-4专题论述 食品科学 2023,Vol.44,No.17 323FUC是一类以岩藻糖为主要单糖组成,部
17、分羟基被硫酸根取代的酸性多糖,从藻类中提取的FUC不仅含有岩藻糖,也含有其他单糖如木糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖、鼠李糖等。与藻类FUC不同的是,从海洋动物中提取的FUC单糖组成较为单一,基本只含有岩藻糖29。从海参中提取的FUC通常具有重复的四糖结构序列,SC-FUC的结构不同之处取决于它们的硫酸根含量以及取代位点。如表1所示,从不同种类海参中提取的SC-FUC的一级结构均不同,它们具有不同的硫酸基岩藻糖重复单元、连接方式或硫酸化模式。硫酸软骨素是一种存在于各种动物组织中的酸性黏多糖,是软骨素中硫酸基在不同位置的取代产物。硫酸软骨素是由糖醛酸(葡糖醛酸(glucuronic acid,GlcA
18、)/艾 杜糖醛酸(iduronic acid,IdoA)、N-乙酰氨基半乳糖(N-acetyl-D-galactosamine,GalNAc)及不同含量硫酸基组成。SC-FCS主链由-D-GalNAc和-D-GlcA构成二糖重复单元;而在SC-FCS中-D-GlcA上的3 位支链由具有不同聚合度的L-岩藻糖构成30,大多数N-乙酰-D-氨基半乳糖上出现4位和6位的双硫酸基取代结构29。岩藻糖支链会以1-2、1-3、1-4等键连方式与主链连接。岩藻糖支链往往存在不同硫酸根取代位点(2-O、3-O、4-O),且硫酸根取代个数也各不相同29。随着研究的不断深入,学者们发现不同海参来源SC-SPs的化
19、学组成差异 较大。SPs根据单糖组成类型、糖苷键类型、分子质量以及重要的硫酸基团位置和程度而变化,结构上的差异主要是由于SPs的来源不同。然而,即使来自同一物种的FCS结构也不同。例如,Guan Ruowei等19测定的仿刺参(Apostichopus japonicus)FCS分子质量为76.4 kDa,而Ustyuzhanina等18测定相同物种的FCS分子质量仅为26.98 kDa。此外,Zhu Zhenjun等24提出刺参(Stichopus japonicus)的FCS有硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)-E和CS-A,而Guan Ruowei等19发现刺参的
20、FCS仅有CS-E,因此,结构特征的差异不仅限于SPs来源,表 1 海参硫酸多糖的来源及其结构、分子质量和硫酸根含量Table 1 Sources of sea cucumber sulfated polysaccharides and their structures,molecular masses and sulfate contents硫酸多糖海参品种结构分子质量/kDa硫酸根相对含量/%参考文献SC-FUC海地瓜(Acaudina molpadioides)3)Fuc(13)Fuc2S4S(13)Fuc(13)Fuc(11 614.126.35格皮式海参(Pearsonothuria
21、 graeffei)3)Fuc2S4S(13)Fuc(13)Fuc4S(13)Fuc(1310.030.46美国肉参(Isostichopus badionotus)3)Fuc2S4S(13)Fuc2S(13)Fuc2S(13)Fuc(1450.032.97绿刺参(Stichopus chloronotus)3)-L-Fuc2S-(1778.735.78糙刺参(Stichopus horrens)3)-L-Fuc2S-(2487.940.29象鼻参(Holothuria fuscopunctata)4)-L-Fuc3S-(136.845.1梅花参(Thelenota ananas)4)-L-F
22、uc2S-(161.241.2仿刺参(Apostichopus japonicus)-L-Fuc2S-13,-L-Fuc-14-L-Fuc-1)4-L-Fuc2S-13-L-Fuc2S-11 970.026.410白腹海参(Holothuria albiventer)3-L-Fucp2,4(OSO3)-13-L-Fucp2,4(OSO3)-13-L-Fucp4(R)-13-L-Fucp2(OSO3)-13-L-Fucp-13-L-Fucp-12 000.015.611大西洋参(Holothuria coluber)-L-Fucp3(OSO3)-1-L-Fucp3(OSO3)-1-L-Fucp3
23、(OSO3)-1-L-Fucp3(-L-Fucp4(OSO3)-1)-164.632.012白斑海参(Holothuria polii)3-L-Fucp-13-L-Fucp2(OSO3)-13-L-Fucp2(OSO3)-13-L-Fucp2,4(OSO3)-1103.139.513大乌爪参(Holothuria tubulosa)3-L-Fucp2(OSO3)-13-L-Fucp2,4(OSO3)-13-L-Fucp-13-L-Fucp2(OSO3)-11 567.631.214糙刺参(Holothuria scabra Jaeger)/1 194.013.415巴西海参(Ludwigoth
24、urea grisea)3-L-Fucp2,4(OSO3)-13-L-Fucp-13-L-Fucp2(OSO3)-13-L-Fucp 2(OSO3)-1/16SC-FCS 海地瓜(Acaudina molpadioides)4)GlcA(13)GalNAc4S6S(1with branch Fuc(2S4S,3S4S or 4S)p(13)GlcA21.527.817白底辐肛参(Actinopyga mauritiana)3)-D-GalNAc-(14)-D-GlcA-(126.533.018仿刺参(Apostichopus japonicus)4)GlcA(13)GalNAc4S6S(1wi
25、th branch Fuc(2S4S,3S4S or 4S)p(13)GlcA27.033.0194)GlcA(13)GalNAc4S6S(176.4/大乌爪参(Holothuria tubulosa)/54.029.320小乌爪参(Holothuria stellati)/46.433.6糙海参(Holothuria scabra)4)GlcA(13)GalNAc6S(1with branch Fuc(2S4S,4S)p(13)GlcA69.121.812硬瓜参(Eupentacta fraudatrix)4)GlcA(13)GalNAc(4S6S or 4S)(1 with branch
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- 海参 硫酸 多糖 肠道 相互作用 及其 调节 糖脂 代谢 研究进展
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