基于转录组学分析葡萄藻磺酸化多糖SGP31的免疫刺激与抗氧化特性研究

《Journal of Agriculture and Food Research》：Transcriptomic and Functional Analysis of a Polysaccharide from Caulerpa lentillifera with Immunostimulatory and Antioxidant Properties

本研究针对化学合成免疫调节剂毒副作用大等问题，从可食性海藻Caulerpa lentillifera中提取磺酸化多糖SGP31，通过转录组测序和功能验证发现其能剂量依赖性激活RAW 264.7巨噬细胞的免疫相关基因（Tnf/Il6）和抗氧化通路（Hmox1/Txnrd1），显著提升一氧化氮产量且无细胞毒性，为开发天然免疫调节剂提供了新思路。

随着现代生活方式的改变，人类免疫系统功能紊乱现象日益普遍，导致对细菌感染乃至癌症等疾病的易感性增加。虽然化学合成免疫调节剂不断涌现，但长期或高剂量使用可能对肝肾造成损伤。海洋藻类作为天然生物活性物质的重要来源，其含有的多糖类物质因其独特的免疫调节和抗氧化特性备受关注。其中，葡萄藻（Caulerpa lentillifera）作为一种可食用海藻，其所含的磺酸化多糖具有开发为天然免疫调节剂的巨大潜力。

在这项发表于《Journal of Agriculture and Food Research》的研究中，泰国朱拉隆功大学的研究团队从葡萄藻中提取纯化得到磺酸化多糖SGP₃₁，通过多组学技术系统探究了其对巨噬细胞的免疫调节和抗氧化作用机制。研究发现SGP₃₁在50μg/mL浓度范围内对RAW 264.7巨噬细胞无毒性作用，并能剂量依赖性促进一氧化氮（NO）产生。转录组分析显示SGP₃₁处理可显著调节免疫相关基因（Tnf、Il6等）和抗氧化基因（Hmox1、Txnrd1等）表达，通路富集分析发现细胞因子-细胞因子受体相互作用、AGE-RAGE等信号通路被激活。qRT-PCR验证进一步证实了SGP₃₁对关键基因的调控作用。

研究采用的主要技术方法包括：通过MTT法评估细胞活性，Griess法检测一氧化氮产量，利用Illumina NovaSeq平台进行转录组测序（RNA-seq），通过NOISeq算法进行差异基因分析，结合KEGG和Reactome数据库进行通路富集，采用STRING数据库构建蛋白质相互作用网络，并通过qRT-PCR对关键基因表达进行验证。

3.1 SGP₃₁对RAW 264.7细胞活性和NO产生的影响

研究发现SGP₃₁在0.75-50μg/mL浓度范围内处理24小时后，细胞存活率均高于89%，表明其具有良好的生物相容性。同时，SGP₃₁能剂量依赖性促进巨噬细胞产生一氧化氮，在50μg/mL时NO产量达到17.975μM，虽低于LPS阳性对照（23.545μM），但显著高于未处理组。

3.2 RNA测序数据和比对

转录组测序共获得四个处理组（对照组C、LPS组L、低浓度SGP₃₁组P1（3.125μg/mL）、高浓度SGP₃₁组P2（50μg/mL））的数据，比对至小鼠参考基因组（GRCm39）的比例在53.89%-58.72%之间，数据质量可靠。

3.3 差异基因表达及关键免疫和抗氧化基因分析

差异表达分析发现，与对照组相比，L、P1、P2组分别有3256、2396、3518个差异表达基因。其中免疫相关基因Il6、Tnf等在P2组表达显著上调，抗氧化基因Hmox1、Txnrd1等也呈现剂量依赖性上调。KEGG通路分析显示细胞因子-细胞因子受体相互作用、TNF信号通路等免疫相关通路显著富集。蛋白质相互作用网络分析发现IL6处于网络核心位置，表明其在介导SGP₃₁免疫调节作用中的关键角色。

3.4 qRT-PCR验证免疫和抗氧化基因表达

通过qRT-PCR对Tnf、Il6、Hmox1、Nqo1等基因进行验证，发现SGP₃₁处理能显著抑制Tnf和Il6表达，同时上调Hmox1表达，而Nqo1表达则呈现剂量依赖性下降，这与转录组测序结果一致。

研究结论表明，葡萄藻来源的磺酸化多糖SGP₃₁能够通过调节多条信号通路，在确保细胞安全的前提下，有效激活巨噬细胞的免疫功能和抗氧化防御系统。其作用机制涉及细胞因子分泌调节、氧化应激反应调控等多个层面，特别是通过AGE-RAGE信号通路和NRF2通路发挥免疫调节和抗氧化作用。该研究不仅为海洋源天然免疫调节剂的开发提供了理论依据，也为深入理解多糖类物质的生物活性机制提供了新的视角。值得注意的是，SGP₃₁对不同抗氧化基因的差异化调节（上调Hmox1而下调Nqo1）提示其可能具有选择性调节氧化应激反应的能力，这一特性在肿瘤治疗联合用药方面具有潜在应用价值。

本研究系统阐明了SGP₃₁的免疫调节和抗氧化作用及其分子机制，为开发基于海洋多糖的天然免疫调节剂奠定了坚实基础，同时也为相关功能性食品和药物的开发提供了科学依据。未来研究可进一步探索SGP₃₁在动物模型中的效果及其与其他治疗方法的协同作用，推动其向临床应用转化。