大型海藻多糖在环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠中调节免疫系统和肠道微生物群的比较效应

《International Immunopharmacology》：Comparative immunomodulatory and gut microbiota-regulating effects of macroalgal polysaccharides in cyclophosphamide-induced immunosuppressed mice

巨藻多糖免疫调节作用及肠道菌群调控机制研究。SP和UP在环磷酰胺免疫抑制小鼠模型中均能显著改善淋巴器官指数、恢复T/B细胞亚群、增强抗体和细胞因子水平，SP免疫刺激效果更优。二者均通过改善肠道菌群结构（增加乳酸杆菌、减少脱硫弧菌）和提升短链脂肪酸（尤其丁酸）产量来调节免疫。首次系统比较两种巨藻多糖的结构差异与免疫活性关联，证实其作为功能食品或免疫佐剂的潜力。

　　

黄伟豪|蔡品瑜|陈建莉|黄忠雄

台湾海洋大学食品科学系，基隆20224，台湾

摘要

来自大型海藻的多糖具有显著的免疫调节和肠道调节作用；然而，关于它们不同生物活性的全面比较仍然很少。本研究系统评估了从Sargassum fusiforme（SP）和Ulva lactuca（UP）中提取的结构不同的多糖在环磷酰胺（CTX）诱导的免疫抑制小鼠模型中的免疫调节潜力。结构分析显示，SP主要由岩藻糖（64.5%）和半乳糖（20.4%）组成，分子量分别为95.6 kDa和1.4 kDa，而UP主要由葡萄糖（60.4%）和鼠李糖（34.1%）组成，分子量分别为908.2 kDa、10.9 kDa和1.2 kDa。这两种多糖都表现出特征性的硫酸基吸收峰。口服给予SP或UP（浓度分别为125 mg/mL和250 mg/mL）14天后，显著缓解了CTX引起的胸腺和脾脏指数下降，并减轻了淋巴组织损伤。治疗恢复了脾细胞群体（包括CD8⁺ T细胞和B220⁺ B细胞），提高了血清IgG水平，并增强了脾细胞活力。SP和UP还促进了脂多糖（LPS）诱导的细胞因子产生，尤其是IL-2、IFN-γ、IL-6和TNF-α，其中SP在B细胞恢复和细胞因子分泌方面表现出更强的免疫刺激作用。肠道微生物群分析显示，这两种多糖通过丰富Lactobacillus、减少Desulfovibrio和增加短链脂肪酸（SCFA）水平，改善了CTX引起的菌群失调。总体而言，这些发现表明SP和UP能够增强免疫功能并调节免疫抑制小鼠的肠道微生物群，其中SP的作用更为显著。这项首次比较研究提供了机制上的见解，并支持它们作为功能性食品补充剂或免疫治疗辅助剂的潜力。

引言

免疫系统是多细胞生物体的第一道防线，能够抵御病原体入侵并维持体内平衡。它主要由两个相互关联的部分组成：先天免疫和适应性免疫。先天免疫通过巨噬细胞、树突状细胞和自然杀伤细胞等效应细胞提供快速而广泛的防护[1]。相比之下，适应性免疫以T细胞和B细胞驱动的抗原特异性反应为特征，提供持久的保护和免疫记忆[2]。这两个系统之间的协调对于有效的免疫调节和病原体清除至关重要。在临床环境中，免疫抑制剂被广泛用于器官移植、化疗和自身免疫性疾病的治疗。环磷酰胺（CTX）是一种常用的烷化免疫抑制剂，它通过干扰DNA复制发挥细胞毒性作用，导致骨髓抑制、淋巴组织萎缩以及肠道微生物群和黏膜屏障的破坏[3],[4]。CTX引起的菌群失调不仅与局部肠道炎症有关，还通过肠道-免疫轴导致全身性免疫抑制，最终削弱免疫重建和抗原反应性[5]。

最近，来自海洋环境的天然化合物因其广泛的治疗特性和生物相容性而受到广泛关注。从大型海藻中提取的硫酸化多糖被认为具有抗氧化损伤、抑制炎症和调节免疫功能的特性[6],[7]。其中，富含岩藻糖的Sargassum多糖已被证明能够激活脾细胞并促进T辅助1细胞因子的分泌，从而增强细胞免疫[8],[9]。同样，富含鼠李糖的Ulva多糖也显示出刺激淋巴细胞增殖、巨噬细胞吞噬作用和促炎细胞因子表达的能力[10]。此外，大型海藻多糖可以作为肠道微生物群的可发酵底物，影响微生物组成和生物活性代谢物的生成[11]。短链脂肪酸（SCFA）是调节黏膜免疫、促进调节性T细胞分化和维持肠道上皮完整性的关键代谢物[12],[13]。单糖如岩藻糖和鼠李糖被特定的益生菌选择性利用，有助于恢复肠道平衡和免疫功能[14]。

尽管已有研究评估了特定大型海藻多糖的个体效应，但在免疫抑制条件下对其对先天免疫和适应性免疫反应的综合比较研究仍然有限。因此，本研究旨在评估和对比从S. fusiforme（SP）和U. lactuca（UP）中提取的多糖在CTX诱导的免疫抑制小鼠模型中的免疫调节作用。我们的研究发现，SP和UP是结构不同的硫酸化杂多糖，它们通过恢复淋巴器官完整性、平衡脾细胞群体、增强抗体和细胞因子产生以及调节肠道微生物群组成（伴随SCFA产量的增加）有效缓解了免疫抑制。总体而言，这些结果突显了大型海藻多糖作为功能性免疫调节剂的潜力，特别是SP。

材料

除非另有说明，所有试剂和化学品均购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）和Panreac（西班牙巴塞罗那卡斯特利亚德尔瓦列斯）。U. lactuca多糖粉末由Sweet Town Enterprise Corp.（台湾花莲）提供。S. fusiforme新鲜样本由台湾海洋大学的张瑞生教授提供。

SP的制备

S. fusiforme用蒸馏水清洗以去除表面附生植物和盐分，随后进行冷冻干燥

SP和UP的单糖组成、分子量分布及官能团的表征

通过HPLC分析了SP和UP的单糖组成，结果如图1A和B所示。在SP中检测到四个主要峰，保留时间分别为17.1、18.3、19.3和20.7分钟。通过将这些保留时间与单糖标准品的校准曲线进行比较，确定岩藻糖是主要单糖，占总组成的64.5%，其次是半乳糖，占20.4%。葡萄糖和木糖的比例较低，分别为7.9%

讨论

从大型海藻中分离出的多糖因其广泛的生物功能而受到关注，包括抗凝、抗氧化和抗炎作用，在功能性食品、药品和化妆品领域具有广泛应用前景[33]。大型海藻多糖还表现出显著的免疫调节特性，可能刺激或调节免疫细胞活性[34]。然而，关于其免疫学效应的比较研究仍然不足

结论

本研究系统证明，大型海藻多糖SP和UP能有效缓解小鼠中的CTX诱导的免疫抑制。口服SP和UP恢复了免疫器官的形态，增强了细胞和体液免疫反应，并通过支持孤立淋巴滤泡的恢复促进了黏膜免疫。此外，它们通过增加有益细菌和提高SCFA的产生来调节肠道微生物群组成，特别是丁酸

作者贡献声明

黄伟豪：撰写——原始草稿、方法学、研究、数据分析、概念化。蔡品瑜：方法学、研究、数据分析。陈建莉：验证、数据分析。黄忠雄：撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、监督、项目管理、资金获取、概念化。

伦理批准和参与同意

所有动物实验均符合国家研究委员会关于实验室动物护理和使用的指南，并获得了台湾海洋大学机构动物护理和使用委员会（NTOU IACUC-111066）的批准。

资助

本研究得到了台湾国家科学技术委员会（NSTC 112–2320-B019–004和NSTC 113–2320-B019–004-MY3）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢台湾海洋大学海洋生物科学与生物技术中心的张瑞生教授提供S. fusiforme样本。