硫酸化修饰多糖抗肿瘤活性构效关系及分子机制研究进展_卢可可
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(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2. National Food Science and Engineering Experimental Teaching Center, Southwest University, Chongqing 400715, China; 3. Key Laboratory of Agricultural Products Quality
doi:10.7506/spkx1002-6630-201423058
多糖（polysaccharide）又称多聚糖，是由10 个以上 的单糖通过糖苷键聚合而成的天然高分子化合物。在自 然界高等植物、藻类、细菌及动物体内广泛存在，分布 极广泛[1]，具有增强免疫、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤、降 血糖、抗血栓和抗凝血等多种生物学功能[2]。科学研究 发现多糖的生物活性和药理学性质与分子结构有密切关 系，化学修饰和改性可以提高多糖的生物功能活性，从 而扩大多糖的应用范围[3-6]，而多糖的化学修饰主要有硫 酸化修饰、磷酸化修饰、乙酰化修饰等[7-8]。
2 硫酸化多糖抗肿瘤的构效关系
许多研究证实硫酸化多糖的生物活性和多糖某些结 构特性有关，如硫酸基团的存在、硫酸DS、硫酸化多糖 的分子质量、硫酸基团的位置、单糖类型以及主链和侧 链的结构等因素。 2.1 硫酸化多糖抗肿瘤活性与DS的关系
DS是影响硫酸化多糖的抗肿瘤活性的重要因素。有 文献报道，硫酸化修饰多糖DS＞1时具有抗肿瘤活性[38]， 但其抗肿瘤活性与DS之间的具体关系仍然不清楚。
收稿日期：2014-05-23 基金项目：国家自然科学基金面上项目（31271825） 作者简介：卢可可（1991—），女，硕士研究生，研究方向为食品化学与营养学。E-mail：lukeke8868@163.com *通信作者：明建（1972—），男，教授，博士，研究方向为食品化学与营养学。E-mail：mingjian1972@163.com
也有一些不足之处。首先由于硫酸化修饰反应时间比较 长，多糖要长时间处在强酸环境中，可能会导致多糖的 降解，导致原始活性的丧失；其次是多糖在有机溶剂中 的溶解性较低，可能会导致较低的硫酸基团DS。为解 决这些问题，在化学修饰时可添加催化剂以提高反应速 率、降低多糖降解率。另外，离子液体（ionic liquids， ILs）也被用到多糖修饰过程中。多糖溶解于离子液体 和水、有机溶剂形成的混溶体系中，修饰反应即在一 个均质系统中进行，有利于反应的进行。Wei Dongfeng 等 以 [37] 4-二甲基氨基吡啶（4-dimethylaminopyridine， DMAP）为催化剂，ILs氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓为溶 剂，用氯磺酸-吡啶法对红芪多糖进行修饰，并以未加催 化剂和ILs的反应作为对照，结果发现DMAP的加入可以 显著提高反应速率和降低多糖降解率；ILs的加入可以有 效提高多糖在反应体系中的溶解度。
※专题论述
食品科学
2014, Vol.35, No.23 297
硫酸化修饰多糖抗肿瘤活性构效关系及 分子机制研究进展
卢可可1，张月巧1，袁 娅1，明 * 建1,2,3,
（1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2.西南大学 国家食品科学与工程实验教学中心，重庆 3.农业部农产品贮藏保鲜质量安全与风险评估重点实验室，重庆 400715）
containing sulfate ions which have a variety of important biological functions such as antitumor activity. The antitumor
activity of sulfated polysaccharides is highly associated with their structural characteristics, such as degree of substitution,
2）加入适量多糖，恒温搅拌； 3）反应结束后，冷却至室温，NaOH 溶液中和，乙醇沉淀，
反应较温和、 操作方便
价格较高， 仅限于实验 室水平操作
[30-31]
沉淀溶于水透析，冷冻干燥得多糖硫酸化产物
浓硫酸法[36]
1）分别量取适量浓硫酸、正丁醇置于三颈瓶中， 再加入浓硫酸搅拌，冰浴冷却至0 ℃； 2）缓慢加入多糖，恒温水浴搅拌；
trends are discussed.
Key words: sulfated polysaccharide; structure-activity relationship; antitumor activity; molecular mechanisms
中图分类号：R282.7
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2014）23-0297-06
Table 1
表 1 常见多糖硫酸化修饰方法比较 Comparison of common methods for sulfated modification of
polysaccharides
修饰方法
一般步骤
优点
缺点 参考文献
氯磺酸吡啶法[34]
1）制备硫酸化试剂； 2）修饰反应：取适量溶剂溶解硫酸化试剂及多糖，
源自文库
molecular weight and the substitute positions for sulfate groups. In recent years, the molecular mechanisms of the antitumor
activity have become a research focus. This paper presents the current state of research on sulfated polysaccharides and
Safety and Risk Assessment during Storage, Ministry of Agriculture, Chongqing 400715, China)
Abstract: Sulfated polysaccharides is a class of macromolecular bioactive compounds with saccharide hydroxyl groups
reviews methods for sulfated modification of polysaccharides as well as the structure-antitumor activity relationship of the
modified polysaccharides and the molecular mechanisms involved in the antitumor activity. Additionally, future research
由于肿瘤的发生和发展与机体的免疫功能有密切 关系，因此增强机体的免疫功能可以提高硫酸化多糖的 抗肿瘤活性。Wang Junmin等[39]研究了不同DS的硫酸化 枸杞多糖，发现DS为1.5时具有最强的淋巴细胞增殖作 用，最能增强机体的免疫功能。Wang Li等[11]对9 种不 同DS的硫酸化脱脂米糠多糖抑制人类肝癌细胞株HepG2 增殖活性进行研究，体外实验发现DS在0.81～1.29，糖 含量在41.41%～78.56%时有较强的癌细胞抑制作用， 从而具有较强的抗肿瘤活性。Liu Yuhong等[22]研究不 同DS的硫酸化茶藨子木层孔菌多糖（sulfated Phellinus ribis polysaccharide，PRP-S）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ对HepG2 细胞的抑制程度。研究发现除了PRP-SⅠ外，另外3 种 硫酸化多糖都比未进行修饰的多糖（Phellinus ribis polysaccharide，PRP）对HepG2细胞的抑制作用明显，且 PRP-SⅢ具有最强的抑制率。而DS较低的PRP-SⅠ具有刺 激HepG2细胞增殖的作用，说明经硫酸化修饰的多糖抗 肿瘤活性并非全部增大，DS较低时可能促进肿瘤细胞的 增长，而DS较高或者处于比较合适范围内才能抑制肿瘤 细胞的增长。
400715；
摘 要：硫酸化修饰多糖是一类糖羟基上含有硫酸根的大分子生物活性物质，具有抗肿瘤等多种重要的生物功能活 性。硫酸化多糖的抗肿瘤活性与其结构有密切联系，如取代度、分子质量和硫酸基团的取代位置等，而引起其抗肿 瘤活性的分子机制也是近年来研究的热点。本文根据硫酸化修饰多糖的研究现状，对其硫酸化修饰的主要方法及抗 肿瘤活性的构效关系和分子机制进行综述，并对硫酸化多糖的深入研究做出展望。 关键词：硫酸化多糖；构效关系；抗肿瘤活性；分子机制
硫酸化多糖（sulfated polysaccharide）是指糖单元结构上的 羟基含有硫酸根的多糖，包括直接从植物中提取的硫酸 多糖、天然中性多糖的硫酸衍生物及人工合成的硫酸化 多糖[9]。多糖的生物活性与其结构和理化性质紧密相关，多 糖经硫酸化修饰后，由于羟基上所带硫酸基团的空间位阻和 静电排斥效应改变，糖链的屈伸度增加、水溶性提高，因此 生物活性也随之改变[10]。许多研究证实，硫酸化多糖比未进 行硫酸化修饰的多糖具有更强的生物特性[11]，具有明显的抗 凝血[12]、抗病毒[13]、抗氧化[14]及抗肿瘤[15]等生物学活性。
3）NaOH 中和反应液，醇沉，溶解透析醇沉物， 冷冻干燥后得到多糖硫酸化产物
方法简单、 成本较低
浓硫酸为强 酸，易引起 多糖降解
[32-33]
表1所列方法中，由于氯磺酸-吡啶法得率高、DS 高、原料廉价易得等因素，是应用最多的方法。但是鉴 于以上化学修饰方法都是用强酸或者强酸和有机溶剂混 合物作为反应体系，虽然常用于多糖的硫酸化修饰，但
298 2014, Vol.35, No.23
食品科学
※专题论述
肿瘤是威胁人类健康的主要疾病之一，全国每年都有 数千万人被诊断患有该病，目前化疗和放疗是治疗肿瘤的 主要方法，但是由于这些方法在杀死肿瘤细胞的同时对正 常细胞也有副作用，因此寻找天然无副作用的治疗肿瘤的 药物已成为人们关注的热点[16]。大量研究证明多糖作为一 种天然高分子化合物对不同肿瘤（肉瘤[17]、胃癌[18]、黑色 素瘤[19]、肝癌[20]、乳腺癌和宫颈癌[21]等）都有一定的抑制 作用，且经硫酸化修饰之后其抗肿瘤活性会增强[22]，而这 些活性和修饰后多糖的水溶性、硫酸基团取代度（degree of sulfate group，DS）、分子质量、硫酸基团的位置以及 多糖的分支结构有关[23-25]。本文对硫酸化多糖的制备、抗 肿瘤活性的构效关系及分子机制进行综述，以期深入了解 硫酸化多糖在防治肿瘤方面的重要作用，为进一步开发抗 肿瘤活性多糖保健食品或药品提供新的依据。
迅速放入水浴锅中，恒温搅拌；
3）反应结束后，冷却，用 NaOH 中和、乙醇沉淀，醇沉物 溶于水透析、冷冻干燥后即得多糖硫酸化产物
回收方便、 氯磺酸剧毒、
DS高、产 率较高、原
具有强氧化性 和刺激性，试
[28-29]
料廉价易得 剂需提前准备
1）将吡啶加入三颈瓶中，边搅拌边
三氧化硫吡啶法[35]
加入一定量的三氧化硫；
Progress in the Studies of the Structure-Antitumor Activity Relationship of Sulfated Polysaccharides and Its Molecular Mechanisms
LU Ke-ke1, ZHANG Yue-qiao1, YUAN Ya1, MING * Jian1,2,3,
1 多糖硫酸化修饰的主要方法
硫酸化多糖主要来自于天然提取和化学合成。天然 的硫酸化多糖常见于藻类，如Qi Xiaohui等[26]在一种海 洋绿藻中提取到了含硫酸基31.0%的硫酸多糖；GómezOrdóñez等[27]从红藻中分别用冷水、热水、酸和碱法提取 出了4 种硫酸化半乳聚糖。但天然的硫酸多糖较少，且以 藻类多糖为主，为提高多糖的生物活性，多糖的硫酸化 修饰已引起人们广泛关注，大多数硫酸化多糖是采用化 学合成方法得到，其原理为溶解于溶剂的多糖与硫酸化 试剂进行反应，或将硫酸基团添加到多糖的羟基上，常 见的硫酸化修饰方法有氯磺酸-吡啶法[28-29]、三氧化硫-吡 啶法[30-31]及浓硫酸法[32-33]等（表1）。
doi:10.7506/spkx1002-6630-201423058
多糖（polysaccharide）又称多聚糖，是由10 个以上 的单糖通过糖苷键聚合而成的天然高分子化合物。在自 然界高等植物、藻类、细菌及动物体内广泛存在，分布 极广泛[1]，具有增强免疫、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤、降 血糖、抗血栓和抗凝血等多种生物学功能[2]。科学研究 发现多糖的生物活性和药理学性质与分子结构有密切关 系，化学修饰和改性可以提高多糖的生物功能活性，从 而扩大多糖的应用范围[3-6]，而多糖的化学修饰主要有硫 酸化修饰、磷酸化修饰、乙酰化修饰等[7-8]。
2 硫酸化多糖抗肿瘤的构效关系
许多研究证实硫酸化多糖的生物活性和多糖某些结 构特性有关，如硫酸基团的存在、硫酸DS、硫酸化多糖 的分子质量、硫酸基团的位置、单糖类型以及主链和侧 链的结构等因素。 2.1 硫酸化多糖抗肿瘤活性与DS的关系
DS是影响硫酸化多糖的抗肿瘤活性的重要因素。有 文献报道，硫酸化修饰多糖DS＞1时具有抗肿瘤活性[38]， 但其抗肿瘤活性与DS之间的具体关系仍然不清楚。
收稿日期：2014-05-23 基金项目：国家自然科学基金面上项目（31271825） 作者简介：卢可可（1991—），女，硕士研究生，研究方向为食品化学与营养学。E-mail：lukeke8868@163.com *通信作者：明建（1972—），男，教授，博士，研究方向为食品化学与营养学。E-mail：mingjian1972@163.com
也有一些不足之处。首先由于硫酸化修饰反应时间比较 长，多糖要长时间处在强酸环境中，可能会导致多糖的 降解，导致原始活性的丧失；其次是多糖在有机溶剂中 的溶解性较低，可能会导致较低的硫酸基团DS。为解 决这些问题，在化学修饰时可添加催化剂以提高反应速 率、降低多糖降解率。另外，离子液体（ionic liquids， ILs）也被用到多糖修饰过程中。多糖溶解于离子液体 和水、有机溶剂形成的混溶体系中，修饰反应即在一 个均质系统中进行，有利于反应的进行。Wei Dongfeng 等 以 [37] 4-二甲基氨基吡啶（4-dimethylaminopyridine， DMAP）为催化剂，ILs氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓为溶 剂，用氯磺酸-吡啶法对红芪多糖进行修饰，并以未加催 化剂和ILs的反应作为对照，结果发现DMAP的加入可以 显著提高反应速率和降低多糖降解率；ILs的加入可以有 效提高多糖在反应体系中的溶解度。
※专题论述
食品科学
2014, Vol.35, No.23 297
硫酸化修饰多糖抗肿瘤活性构效关系及 分子机制研究进展
卢可可1，张月巧1，袁 娅1，明 * 建1,2,3,
（1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2.西南大学 国家食品科学与工程实验教学中心，重庆 3.农业部农产品贮藏保鲜质量安全与风险评估重点实验室，重庆 400715）
containing sulfate ions which have a variety of important biological functions such as antitumor activity. The antitumor
activity of sulfated polysaccharides is highly associated with their structural characteristics, such as degree of substitution,
2）加入适量多糖，恒温搅拌； 3）反应结束后，冷却至室温，NaOH 溶液中和，乙醇沉淀，
反应较温和、 操作方便
价格较高， 仅限于实验 室水平操作
[30-31]
沉淀溶于水透析，冷冻干燥得多糖硫酸化产物
浓硫酸法[36]
1）分别量取适量浓硫酸、正丁醇置于三颈瓶中， 再加入浓硫酸搅拌，冰浴冷却至0 ℃； 2）缓慢加入多糖，恒温水浴搅拌；
trends are discussed.
Key words: sulfated polysaccharide; structure-activity relationship; antitumor activity; molecular mechanisms
中图分类号：R282.7
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2014）23-0297-06
Table 1
表 1 常见多糖硫酸化修饰方法比较 Comparison of common methods for sulfated modification of
polysaccharides
修饰方法
一般步骤
优点
缺点 参考文献
氯磺酸吡啶法[34]
1）制备硫酸化试剂； 2）修饰反应：取适量溶剂溶解硫酸化试剂及多糖，
源自文库
molecular weight and the substitute positions for sulfate groups. In recent years, the molecular mechanisms of the antitumor
activity have become a research focus. This paper presents the current state of research on sulfated polysaccharides and
Safety and Risk Assessment during Storage, Ministry of Agriculture, Chongqing 400715, China)
Abstract: Sulfated polysaccharides is a class of macromolecular bioactive compounds with saccharide hydroxyl groups
reviews methods for sulfated modification of polysaccharides as well as the structure-antitumor activity relationship of the
modified polysaccharides and the molecular mechanisms involved in the antitumor activity. Additionally, future research
由于肿瘤的发生和发展与机体的免疫功能有密切 关系，因此增强机体的免疫功能可以提高硫酸化多糖的 抗肿瘤活性。Wang Junmin等[39]研究了不同DS的硫酸化 枸杞多糖，发现DS为1.5时具有最强的淋巴细胞增殖作 用，最能增强机体的免疫功能。Wang Li等[11]对9 种不 同DS的硫酸化脱脂米糠多糖抑制人类肝癌细胞株HepG2 增殖活性进行研究，体外实验发现DS在0.81～1.29，糖 含量在41.41%～78.56%时有较强的癌细胞抑制作用， 从而具有较强的抗肿瘤活性。Liu Yuhong等[22]研究不 同DS的硫酸化茶藨子木层孔菌多糖（sulfated Phellinus ribis polysaccharide，PRP-S）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ对HepG2 细胞的抑制程度。研究发现除了PRP-SⅠ外，另外3 种 硫酸化多糖都比未进行修饰的多糖（Phellinus ribis polysaccharide，PRP）对HepG2细胞的抑制作用明显，且 PRP-SⅢ具有最强的抑制率。而DS较低的PRP-SⅠ具有刺 激HepG2细胞增殖的作用，说明经硫酸化修饰的多糖抗 肿瘤活性并非全部增大，DS较低时可能促进肿瘤细胞的 增长，而DS较高或者处于比较合适范围内才能抑制肿瘤 细胞的增长。
400715；
摘 要：硫酸化修饰多糖是一类糖羟基上含有硫酸根的大分子生物活性物质，具有抗肿瘤等多种重要的生物功能活 性。硫酸化多糖的抗肿瘤活性与其结构有密切联系，如取代度、分子质量和硫酸基团的取代位置等，而引起其抗肿 瘤活性的分子机制也是近年来研究的热点。本文根据硫酸化修饰多糖的研究现状，对其硫酸化修饰的主要方法及抗 肿瘤活性的构效关系和分子机制进行综述，并对硫酸化多糖的深入研究做出展望。 关键词：硫酸化多糖；构效关系；抗肿瘤活性；分子机制
硫酸化多糖（sulfated polysaccharide）是指糖单元结构上的 羟基含有硫酸根的多糖，包括直接从植物中提取的硫酸 多糖、天然中性多糖的硫酸衍生物及人工合成的硫酸化 多糖[9]。多糖的生物活性与其结构和理化性质紧密相关，多 糖经硫酸化修饰后，由于羟基上所带硫酸基团的空间位阻和 静电排斥效应改变，糖链的屈伸度增加、水溶性提高，因此 生物活性也随之改变[10]。许多研究证实，硫酸化多糖比未进 行硫酸化修饰的多糖具有更强的生物特性[11]，具有明显的抗 凝血[12]、抗病毒[13]、抗氧化[14]及抗肿瘤[15]等生物学活性。
3）NaOH 中和反应液，醇沉，溶解透析醇沉物， 冷冻干燥后得到多糖硫酸化产物
方法简单、 成本较低
浓硫酸为强 酸，易引起 多糖降解
[32-33]
表1所列方法中，由于氯磺酸-吡啶法得率高、DS 高、原料廉价易得等因素，是应用最多的方法。但是鉴 于以上化学修饰方法都是用强酸或者强酸和有机溶剂混 合物作为反应体系，虽然常用于多糖的硫酸化修饰，但
298 2014, Vol.35, No.23
食品科学
※专题论述
肿瘤是威胁人类健康的主要疾病之一，全国每年都有 数千万人被诊断患有该病，目前化疗和放疗是治疗肿瘤的 主要方法，但是由于这些方法在杀死肿瘤细胞的同时对正 常细胞也有副作用，因此寻找天然无副作用的治疗肿瘤的 药物已成为人们关注的热点[16]。大量研究证明多糖作为一 种天然高分子化合物对不同肿瘤（肉瘤[17]、胃癌[18]、黑色 素瘤[19]、肝癌[20]、乳腺癌和宫颈癌[21]等）都有一定的抑制 作用，且经硫酸化修饰之后其抗肿瘤活性会增强[22]，而这 些活性和修饰后多糖的水溶性、硫酸基团取代度（degree of sulfate group，DS）、分子质量、硫酸基团的位置以及 多糖的分支结构有关[23-25]。本文对硫酸化多糖的制备、抗 肿瘤活性的构效关系及分子机制进行综述，以期深入了解 硫酸化多糖在防治肿瘤方面的重要作用，为进一步开发抗 肿瘤活性多糖保健食品或药品提供新的依据。
迅速放入水浴锅中，恒温搅拌；
3）反应结束后，冷却，用 NaOH 中和、乙醇沉淀，醇沉物 溶于水透析、冷冻干燥后即得多糖硫酸化产物
回收方便、 氯磺酸剧毒、
DS高、产 率较高、原
具有强氧化性 和刺激性，试
[28-29]
料廉价易得 剂需提前准备
1）将吡啶加入三颈瓶中，边搅拌边
三氧化硫吡啶法[35]
加入一定量的三氧化硫；
Progress in the Studies of the Structure-Antitumor Activity Relationship of Sulfated Polysaccharides and Its Molecular Mechanisms
LU Ke-ke1, ZHANG Yue-qiao1, YUAN Ya1, MING * Jian1,2,3,
1 多糖硫酸化修饰的主要方法
硫酸化多糖主要来自于天然提取和化学合成。天然 的硫酸化多糖常见于藻类，如Qi Xiaohui等[26]在一种海 洋绿藻中提取到了含硫酸基31.0%的硫酸多糖；GómezOrdóñez等[27]从红藻中分别用冷水、热水、酸和碱法提取 出了4 种硫酸化半乳聚糖。但天然的硫酸多糖较少，且以 藻类多糖为主，为提高多糖的生物活性，多糖的硫酸化 修饰已引起人们广泛关注，大多数硫酸化多糖是采用化 学合成方法得到，其原理为溶解于溶剂的多糖与硫酸化 试剂进行反应，或将硫酸基团添加到多糖的羟基上，常 见的硫酸化修饰方法有氯磺酸-吡啶法[28-29]、三氧化硫-吡 啶法[30-31]及浓硫酸法[32-33]等（表1）。