对五种褐藻中的岩藻多糖在伤口愈合和细胞保护方面的作用进行了深入评估：包括其生物活性分析及相关细胞机制的研究

《International Journal of Cardiology Congenital Heart Disease》：An in-depth evaluation of fucoidans from five brown seaweeds for wound healing and cytoprotection: analyses of bioactivities and cellular mechanisms

绿色化学策略：H2O2-CuSO4体系同步氧化降解藤黄Recursive多糖并调控生物活性

　　

费琳|吴志斌|罗芳|林振宇|王健|王武|李瑞|方冠华|邱斌

中国福建省福州市福州大学食品安全与生物学分析科学教育部重点实验室、福建省食品安全分析与检测重点实验室，350108

摘要

高分子量和惰性官能团限制了天然多糖（如Tremella fuciformis多糖，简称TFPs）的生物医学应用。在这项研究中，我们描述了一种由H₂O₂驱动的一步法，用于同时氧化和降解TFPs，使其分子量从1079.6 kDa降低到4.6 kDa，并引入了醛基（0%–0.99%）和羧基（1.22%–9.80%）。通过调整H₂O₂的浓度，我们获得了具有特定性质的氧化TFPs（OTFPs）：OTFP-1（13.5 kDa，0.36%醛基），表现出低细胞毒性（15 mg/mL时细胞存活率为73%）；OTFP-3（5.0 kDa，0.80%醛基），具有增强的抗氧化（DPPH/ABTS：83%/89%）、抗炎（IL-6/TNF-α减少：46%/53%）和紫外线B修复（36%恢复）活性；OTFP-4（4.6 kDa，0.99%醛基），显示出广谱抗菌活性（最小抑菌浓度：7–9 mg/mL）。醛基还通过动态Schiff碱键形成了可注射的自修复水凝胶。这种绿色策略将分子量调节和功能化分离开来，为定制生物活性材料提供了一个多功能平台。

引言

Tremella fuciformis来源的多糖（TFPs）由于其独特的结构特征和多样的生物活性而成为有前景的天然生物材料[[1], [2], [3]]。TFPs是高分子量酸性杂多糖，由甘露糖主链和木糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸及葡萄糖侧链组成[4]。它们具有显著的免疫调节、降血糖、保湿和抗氧化作用，被应用于功能性食品、化妆品和生物医学领域[[5], [6], [7]]。然而，TFPs的高分子量和有限的反应基团（如醛基）限制了其水溶性、生物利用度、抗菌性和凝胶化性能，因此需要化学修饰才能充分发挥其潜力[8,9]。

氧化和降解是改变多糖功能性的两种主要方法。氧化可以引入醛基和羧基，从而增强抗菌活性（通过破坏细菌膜或调节pH值）并通过与含氨基聚合物的Schiff碱反应形成水凝胶[10,11]。降解通过暴露隐藏的功能位点来降低分子量，从而提高溶解性和生物活性[12,13]；然而，大多数现有研究将氧化和降解分开进行，忽略了H₂O₂介导的一步法所具有的多功能优势[14,15]。

H₂O₂是一种环保的氧化剂，在多糖修饰方面具有独特优势。它能够在温和条件下同时实现氧化和降解，同时保持TFPs的核心结构完整性[16]。与传统氧化剂不同，H₂O₂选择性地氧化羟基生成醛基/羧基，同时诱导可控的糖苷键断裂，对富含甘露糖的主链损伤最小，这对保持其固有的生物活性至关重要[17]。这一温和的过程生成了低分子量的氧化TFPs（OTFPs），具有可调的官能团密度和分子大小，且唯一的副产物是水，符合绿色化学的原则[18]。

基于这些发现，我们旨在研究H₂O₂介导的氧化降解如何影响TFPs的结构特征和多功能性，以定制其生物活性。通过调节氧化降解的程度，我们制备了具有不同特性的OTFPs。适度氧化的OTFPs表现出较低的细胞毒性、增强的抗氧化能力和更好的紫外线损伤修复能力，而高度氧化的OTFPs对革兰氏阳性和阴性细菌均表现出强抗菌活性。此外，利用羧甲基壳聚糖形成的可注射自修复水凝胶进一步展示了OTFPs的多功能性，其膨胀性能可通过氧化程度进行调节。这种综合方法将分子量降低和功能化分离开来，为生物活性多糖在生物医学材料、功能性食品、抗菌防腐剂和智能包装中的应用提供了多功能平台。

材料

本研究中使用的Tremella fuciformis多糖（TFPs；CAS编号9075-53-0，纯度≥90%）购自上海Macklin生化有限公司。过氧化氢（H₂O₂，30% w/w）、盐酸羟胺、五水合硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）和乙二醛（40% w/w）购自Aladdin生化科技有限公司。2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH）、2,2'-偶氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）、醋酸钙（Ca(CH₃COO)₂·H₂O）等试剂也来自该公司。

反应温度和时间的影响

为了优化使用H₂O₂–CuSO₄系统对TFPs的氧化效果，系统地研究了反应温度和时间对OTFPs中羧基/醛基含量的影响（图1）。随着反应温度从室温升高到40°C，羧基和醛基含量显著增加；然而，将温度提高到45°C后，OTFPs的氧化程度降低了23%，这可能是由于热效应导致的

讨论

在多糖功能化过程中，基于氧化剂的方法受到了广泛关注。H₂O₂因其廉价且主要产生水作为副产物而常被使用；然而，以往的研究通常将氧化和降解视为独立过程。例如NaIO₄或H₂O₂–CuSO₄等氧化系统主要关注引入醛基和羧基，而很少考虑伴随的分子量损失[44,45]。相比之下，强调H₂O₂介导的方法

结论

我们提出了一种绿色的、一步法的H₂O₂–CuSO₄工艺，用于T. fuciformis多糖的功能修饰。通过精确调控H₂O₂的用量，我们可以同时控制氧化降解（分子量降低）和醛基/羧基的功能化。分子量的降低可以增加羟基的暴露，从而增强自由基清除能力和抗氧化能力。此外，引入羰基和羧基还可以增加酸度

CRediT作者贡献声明

费琳：撰写初稿、验证、实验研究、数据分析、概念构思。吴志斌：软件操作、数据分析。罗芳：数据分析。林振宇：验证。王健：撰写与编辑。王武：验证。李瑞：资源协调。方冠华：撰写与编辑、监督、项目管理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：邱斌表示获得了福建省科学技术基金会的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或可能影响研究结果的个人关系。

致谢

本项目得到了中国福建省科学技术基金会（项目编号2024J011249）和福建省专项财政项目（项目编号2024CZ025）的支持。