海参岩藻聚糖硫酸酯的可控酶解、结构分析及抗肿瘤活性研究

以浙江产海地瓜、海南产梅花参等低值海参为研究对象，采用现代生化分离技术，分离纯化海参岩藻聚糖硫酸酯（Fucoidan from sea cucumber，SC-FUC）；利用诱导筛选的特异性内切型岩藻聚糖硫酸酯酶对SC-FUC进行可控酶解，获得寡糖混合物，通过生化分离技术对其分离纯化；采用电喷雾电离质谱/质谱技术解析所得寡糖序列结构，并结合NMR、IR和甲基化技术确定SC-FUC结构；利用体外培养肿瘤细胞株及建立肿瘤动物模型，研究SC-FUC寡糖抗肿瘤生长和转移活性。在此基础上，以肿瘤细胞缺氧诱导因子-1α的基因转录及蛋白表达为切入点，阐明SC-FUC寡糖抗肿瘤的分子作用机制，进而确定其构效关系。通过本课题的研究，将建立酶法可控制备SC-FUC寡糖以及质谱法分析SC-FUC寡糖的基础理论，填补国内外研究空白；对SC-FUC寡糖抗肿瘤活性的深入研究，为低值海参的高值化开发利用提供了理论依据。

海参岩藻聚糖硫酸酯（Fucoidan from sea cucumber, SC-FUC）是一类主要由岩藻糖组成的直链硫酸多糖。目前，国外仅报道了花刺参（Ludwigothurea grisea）和日本刺参（Stichopus japonicus）SC-FUC的化学结构。在SC-FUC结构研究中，利用特异性岩藻聚糖硫酸酯酶制备系列保持多糖原始结构特征的SC-FUC寡糖，以及应用质谱技术解析SC-FUC寡糖序列，尚未见报道。项目的主要内容是利用自主筛选的特异性岩藻聚糖硫酸酯酶对SC-FUC进行可控酶解；利用质谱技术并结合NMR技术解析SC-CHS的完整结构，并研究其抗肿瘤活性。取得的重要成果有：优化了自主筛选的海洋细菌CZ1127产岩藻聚糖硫酸酯酶（FUCase）的发酵条件，系统研究了CZ1127 FUCase的酶学性质，并建立了SC-FUC可控酶解体系。首次利用质谱技术解析了SC-FUC寡糖序列，并结合核磁共振技术确定了SC-FUC 寡糖结构，进而解明了海地瓜SC-FUC的化学结构为[→3-α-L-fuc-2,4(OSO3)-1→3-α-L-fuc-1→3-α-L-fuc-1→3-α-L-fuc-1→]n。海地瓜SC-FUC寡糖和多糖的化学结构均为首次报道。利用体外培养肿瘤细胞株及建立肿瘤动物模型，证明了美国肉参SC-FUC具有显著的抗肿瘤转移作用。以肿瘤细胞缺氧诱导因子-1α为切入点，阐明了海地瓜SC-FUC的分子作用机制。证明了多种海参SC-FUC具有显著的降血糖和改善胰岛素抵抗作用，其作用机制与上调胰岛素介导的PI3K/PKB/Glut4信号转导通路有关。证明了海地瓜SC-FUC具有显著的防醉酒和抗胃溃疡作用，并对其构效关系进行了探讨。上述SC-FUC的生物活性均为首次报道。本研究填补了国内外海参多糖研究领域的多项空白，为低值海参的高值化开发利用提供了理论依据。