《Carbohydrate Polymers》：Advances in fucoidan extraction and structure-bioactivity relationships
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岩藻多糖（fucoidan）的结构复杂性、提取方法优化及其与生物活性关联性是当前研究热点。本文系统综述了超声波、微波、酶辅助及超临界流体等新兴提取技术对产率、纯度和结构完整性的影响，并整合分子对接、多组学分析等先进方法解析其结构-活性关系。研究指出，方法学差异导致的数据不一致性亟待解决，需建立标准化流程以支撑临床应用与产业化发展。
埃马纽埃尔·奥福苏·门萨（Emmanuel Ofosu Mensah）|延斯·索默-克努森（Jens Sommer-Knudsen）|莫滕·泰森-安德森（Morten Thaysen-Andersen）|安瓦尔·苏纳（Anwar Sunna）
澳大利亚新南威尔士州悉尼麦考瑞大学（Macquarie University）自然科学学院，邮编2109
摘要
岩藻多糖（Fucoidan）是一种来自褐藻的硫酸化多糖，其复杂的结构和广泛的生物活性引发了大量研究。虽然岩藻多糖主要由岩藻糖（Fucose）组成，但其单糖组成（如半乳糖、木糖、甘露糖、葡萄糖醛酸）、骨架结构、分支方式以及硫酸化模式各不相同，这些特征受到物种、环境因素和提取条件的影响。由于提取方法可能会保留或破坏对生物活性至关重要的结构成分，因此方法上的差异导致了长期以来关于结构与生物活性关系的研究结果不一致。本文综述了岩藻多糖提取技术的最新进展，包括新兴的优化策略和顺序提取方法，并评估了这些方法对产量、纯度和结构完整性的影响。此外，还探讨了近年来在理解结构与生物活性关系方面的研究成果，重点介绍了基于分子对接（molecular docking）、多组学平台（multi-omics）和系统级分析（systems-level analysis）的见解。这些研究为岩藻多糖研究中提取条件、结构特征和生物功能之间的关系提供了统一的框架。
引言
海洋多糖是海藻中一类重要的生物活性化合物，根据物种和环境条件的不同，它们占海藻干生物量的25%到50%。大多数海洋多糖存在于细胞壁中，对维持细胞结构的完整性和抵抗环境压力起着重要作用（Deniaud-Bou?t等人，2017；Synytsya等人，2015）；而某些储存多糖（如层藻多糖Laminarin）则位于细胞液泡中，作为能量储备（Kadam等人，2015）。不同种类的海藻中都含有藻酸（Alginate）、岩藻多糖、层藻多糖、卡拉胶（Carrageenan）、乌尔万（Ulvan）等多糖。近年来，由于岩藻多糖在抗癌、高血压、心血管疾病、神经系统疾病以及氧化应激、炎症、血栓形成等多种疾病治疗中的潜在应用价值，相关研究显著增加（Mensah等人，2023；Wang等人，2019）。这些研究为岩藻多糖在制药、食品和化妆品行业的商业化奠定了基础。自20世纪70年代Sigma USA公司（全球高品质大规模岩藻多糖生产的领导者）实现岩藻多糖商业化以来，该产品逐渐进入全球市场，应用范围从研究领域扩展到膳食补充剂、功能性食品和治疗产品。截至2023年，岩藻多糖的全球市场价值为6575万美元，预计到2031年将达到1.479亿美元（Fonseca-Barahona等人，2025；Intellect，2024）。岩藻多糖市场的驱动力包括消费者对天然产品的兴趣、其生物活性的日益明确以及功能性食品需求的增长，因此其全球商业化和价值持续稳步增长。
岩藻多糖的独特性质主要源于其复杂的结构组成。岩藻多糖是一种带负电荷的多糖，含有重复的α-L-岩藻糖（α-Fucose）单元、硫酸酯和尿酸酯残基，这赋予了它强烈的阴离子特性。其结构高度异质，且因物种而异，常见于几种被广泛研究的褐藻中，例如Fucus vesiculosus、Ascophyllum nodosum、Undaria pinnatifida和Turbinaria decurrens（Jayawardena等人，2022）。在某些物种中，岩藻糖占单糖组成的大部分（40%至80%），而在其他物种中则含有较多的半乳糖，表明其多糖骨架存在结构多样性（Wang等人，2020c；Zayed等人，2022）。因此，岩藻多糖的骨架通常由岩藻糖或岩藻半乳糖构成（Usov等人，2022；Zayed等人，2022）。此外，一些岩藻多糖变体中还含有少量的甘露糖、木糖、葡萄糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸（Jayawardena等人，2022）。值得注意的是，岩藻多糖的结构和组成受多种因素影响，包括物种类型、环境条件以及预处理、提取和纯化方法。岩藻多糖组成的变化，尤其是硫酸化模式的变化，可能会影响其抗氧化、抗炎、抗癌、抗衰老和抗凝血等生物活性（Cho等人，2011；Mak等人，2013；Ummat等人，2024）。
在提取和纯化过程中保持岩藻多糖的结构完整性对于获得高生物活性至关重要。为此，许多研究探讨了各种提取技术，以在保持岩藻多糖天然结构和生物活性的同时获得理想的产量。特别是超声波提取、微波提取、酶辅助提取以及亚临界流体提取等替代方法，因具有降低环境影响和保持结构完整性的潜力而受到关注（Hans等人，2023a；Mensah等人，2023）。然而，这些方法也存在局限性，通常相对于传统的溶剂提取方法来说耗时且成本较高。此外，高压、超声波和微波能量等技术的使用可能导致酚类化合物、蛋白质和藻酸等杂质的共提取（Laeliocattleya等人，2025；Sasaki等人，2024）。因此，仍需要采用透析、超滤、离子交换和尺寸排阻色谱等纯化步骤，以环保的方式提高岩藻多糖的纯度和产量。需要注意的是，共提取的物质可能会增强或降低岩藻多糖的生物活性，从而增加了理解其结构与生物活性关系的复杂性（Wang等人，2020c；Zayed等人，2020）。
尽管有许多研究单独探讨了岩藻多糖的提取和纯化步骤，但同时考虑结构完整性、生物活性和产量的比较分析仍然有限。结构特征的报道方式及其与生物活性测试的相关性差异阻碍了标准化协议或生物活性预测模型的发展。随着岩藻多糖向临床应用和其他更广泛领域的应用发展，重现性和有效性变得尤为重要。因此，本文探讨了旨在在保持岩藻多糖结构的同时实现高纯度和生物活性的提取和纯化策略，重点关注关键提取参数的优化，包括提取时间、溶剂与固体比例、pH值、离子强度、温度和施加的能量，以及当前对结构与生物活性关系的理解。
岩藻多糖的结构组成
岩藻多糖是一种来自褐藻的阴离子多糖。其阴离子性质主要源于多糖骨架中硫酸基团和某些情况下的尿酸基团（以尿酸酯形式存在）（Mensah等人，2023）。岩藻多糖的结构具有高度异质性，通常由α-岩藻吡喃糖（α-Fucopyranose）骨架组成，这种骨架可以是α-(1→3)-连接的L-岩藻吡喃糖残基，也可以是α-(1→3)-和α-(1→4)-交替连接的残基。
岩藻多糖的提取和纯化方法
在褐藻中，岩藻多糖嵌入复杂的细胞壁基质中，该基质包含纤维素微纤维、藻酸、蛋白质和酚类化合物。由于这些紧密的非共价结合，分离岩藻多糖通常需要采用强力的提取方法。多年来，文献中报道了多种提取岩藻多糖的方法，从传统的热提取和溶剂提取方法到最近的创新非热提取方法（Jayawardena等人）
岩藻多糖的生物活性
由于物种来源、提取程序、分子量分布和分析方法的差异，不同研究中报道的岩藻多糖生物活性结果存在显著差异，这使得结果难以直接比较。岩藻多糖在体外和体内模型中均表现出多种生物活性，包括抗氧化、抗菌、抗凝血、抗糖尿病和抗炎等作用（图3）。
理解岩藻多糖结构与生物活性关系的方法
在前一节讨论生物活性的基础上，近期研究更多地关注识别具体决定岩藻多糖生物活性的结构因素，而不仅仅是依赖广泛的关联关系。为此，采用了更复杂和综合的方法，如分子对接、多组学和系统级分析，将岩藻多糖的明确结构特征与观察到的生物反应联系起来。
岩藻多糖的临床试验
如前所述，岩藻多糖在体外和体内研究中展现出多种生物活性，引起了科学界的广泛关注。因此，相关研究逐渐转向转化研究，特别是临床试验。近年来，尽管试验数量仍然有限且样本量较小，但含有岩藻多糖或基于岩藻多糖的临床试验数量有所增加。
结论
岩藻多糖因其有益的特性而在科学界和工业界受到了广泛关注。正如本文所综述的，其结构复杂性源于多种单糖单元和硫酸化模式的多样性，这些因素因物种、地理位置和提取方法的不同而有所差异。因此，了解提取和优化策略如何影响岩藻多糖的结构和组成仍然至关重要。
作者贡献声明
埃马纽埃尔·奥福苏·门萨（Emmanuel Ofosu Mensah）：撰写综述与编辑、初稿撰写、可视化处理、方法学设计、概念构建。
延斯·索默-克努森（Jens Sommer-Knudsen）：撰写综述与编辑。
莫滕·泰森-安德森（Morten Thaysen-Andersen）：撰写综述与编辑。
安瓦尔·苏纳（Anwar Sunna）：撰写综述与编辑、监督工作。
未引用的参考文献
Chen等人，2017
Kim和Kim，2023a
Li等人，2024b
Obluchinskaya、Pozharitskaya和Shikov，2022a
Tutor Ale和Meyer，2013
Wang等人，2020b
Wang等人，2024b
Wu、Xiong、Huang、Luo和Liu，2025
Zhang、Hawboldt、MacQuarrie、Thomas和Gebregiworgis，2024
Zheng、Jia、Tang、Song和Ai，2023a
利益冲突声明
作者声明以下可能的利益冲突：
J.S.是Algoz Solutions Pty Ltd的董事。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
