综述：眼虫 β-葡聚糖的构效关系、改性策略及生物活性研究进展：综述

《Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre》：Research Progress on the Structure?Activity Relationship, Modification Strategies, and Biological Activities of Euglena β-Glucan: A review

　　

摘要

裸藻β-葡聚糖因其独特的分子结构和多样的生物活性，已成为功能性食品、生物医学和新材料等领域的研究热点。本综述整合了裸藻β-葡聚糖的分离、纯化方案及结构分析技术，为探索其结构 - 活性关系奠定了基础。该多糖主要由通过β-1,3-糖苷键线性连接的葡萄糖单元组成，形成三螺旋结晶结构。然而，其水不溶性直接限制了其应用。物理方法（辐射和超声）、化学修饰（羧甲基化和磺化）以及酶解可以有效提高裸藻β-葡聚糖的水溶性。其中，羧甲基化衍生物表现出优异的降糖和抗炎活性，而磺化衍生物则显示出抗 HIV 的潜力。然而，目前的研究面临瓶颈，包括缺乏水溶性裸藻β-葡聚糖衍生物的制备标准。这种缺乏使得难以准确解释生物活性与结构之间的关系。为了克服这些问题，本综述将裸藻β-葡聚糖的结构和活性与其修饰技术相关联，为功能性食品和药物开发的创新提供基础。

引言

裸藻是一种单细胞鞭毛虫，分类于裸藻科和裸藻属。它缺乏细胞壁；取而代之的是提供结构支撑和灵活性的表膜。它还含有叶绿体（Kottuparambil 等，2019）。它有一个作为光感受器的眼点和一个推动其游泳的鞭毛（Diehn，1973）。鉴于上述特征，裸藻可以在光自养、异养或混养等营养模式下生长（Gissibl 等，2019）。裸藻属包括各种物种，其中优雅裸藻已成为该属的模式生物。由于其营养丰富、生长迅速等优良特性，它被用于基础研究，并已得到大规模培养和加工（Zhang 等，2024）。

E. gracilis（优雅裸藻）富含 59 种营养成分，包括必需氨基酸、维生素、脂质和裸藻β-葡聚糖（Schwarzhans 等，2015）。E. gracilis中的营养成分不仅可以作为人类补充剂，还可以作为添加剂和工业原料生产高附加值产品，其中裸藻β-葡聚糖因其含量高和应用广泛而备受关注（Briand & Calvayrac，1980）。这些营养成分和活性物质展示了E. gracilis的应用价值，从而为其发展提供了可靠保障。

β-葡聚糖可以在裸藻细胞中大量积累，是裸藻的基本储能物质（Barsanti & Gualtieri，2019）。其结构与淀粉相似，是由β-1,3-糖苷键形成的无支链线性多糖（Zhang 等，2024）。它也被称为裸藻β-葡聚糖（副淀粉）。与淀粉不同，尽管结构相似，它不会形成蓝色碘 - 淀粉复合物。X 射线衍射（XRD）显示，裸藻β-葡聚糖是由三股螺旋葡聚糖链形成的，可溶于二甲基亚砜（DMSO）和 NaOH 溶液，不溶于水和许多其他有机溶剂（Shimada 等，2016）。已证实裸藻β-葡聚糖具有多种生理活性作用，包括抗病毒（Nakashima 等，2017）、抗肿瘤（Iida 等，2021）、抗氧化（Barsanti 等，2011）、保肝（Kusmic 等，2018）和调节血脂作用（Kuda 等，2009）等。裸藻β-葡聚糖的生物活性与其分子结构密切相关；例如，修饰的水溶性衍生物表现出更好的降糖和抗炎效果（Huang 等，2023；Motonari 等，2018；A. Nakashima 等，2018）。如图 1 所示，日本在裸藻β-葡聚糖方面的全球出版物数量最多，这充分反映了该国在该研究方向上的学术和技术成就（Gissibl 等，2019）。此外，欧盟（EU）、中国、美国和韩国等国家和地区也推动了裸藻β-葡聚糖的技术进步和产业化（Zhang 等，2024）。21 世纪以来，对裸藻β-葡聚糖的研究逐渐增加。特别是过去十年出版物数量呈指数增长，导致研究热度很高。这一趋势与医疗保健行业的快速扩展、多学科融合以及近年来工业应用和功能应用的增长密切相关，也反映了该领域的未来发展方向。

上述讨论总结了裸藻β-葡聚糖的生物学功能。基于对现有研究结果的系统综述，本综述作为参考，为开发适当且高效的大规模培养技术提供理论支持。它阐明了裸藻β-葡聚糖的生物活性与其分子结构和修饰方法之间的相关性，并总结和探索了裸藻β-葡聚糖在医疗、食品、化妆品等领域的潜在应用价值。

章节片段

单培养模式

光能自养培养对环境因素要求高，面临产量低和易受污染等问题。此外，由于E. gracilis（优雅裸藻）的生理机制，光能自养培养不适合生产裸藻β-葡聚糖（Yamada 等，2019；Zimorski 等，2017）。然而，异养培养是生产裸藻β-葡聚糖的理想选择。世界上只有少数公司开发了完整的生产线。这是

裸藻β-葡聚糖的分离与纯化

裸藻β-葡聚糖不溶于水，但溶于某些有机和无机溶剂，导致裸藻β-葡聚糖的提取方法相对单一。然而，这一特性也使其更容易实现大规模工业生产。目前，一般采用“细胞裂解 → 洗涤纯化 → 收集 → 干燥”的方法来提取裸藻β-葡聚糖（Zhang 等，2024）。首先，使用碱、酶、超声等裂解细胞。然后，

通过修饰策略调节水溶性

裸藻β-葡聚糖是一种高结晶度、三螺旋、无支链、线性、水不溶性多糖，由通过β-1,3-糖苷键连接的葡萄糖成分组成。关于水溶性裸藻多糖的分子结构，以裸藻β-葡聚糖为基础进行比较，总结水溶性裸藻β-葡聚糖的分子量、单糖组成和比例、糖苷键类型、空间构型及化学修饰可能发生的变化。

挑战与展望

如第 4.3 节所述，裸藻β-葡聚糖的生物活性与其分子结构密切相关，特定的结构修饰是实现有效生物活性的基础。因此，裸藻β-葡聚糖及相关衍生物产品的研发应紧密围绕“结构 - 功能 - 应用”的核心思想。通过深入理解... 可以促进产业的可持续创新和发展。

结论

总之，裸藻β-葡聚糖作为从E. gracilis（优雅裸藻）中提取的多糖，具有优异的生物活性，且在裸藻细胞中含量丰富。这些特性使得裸藻培养和裸藻β-葡聚糖的生产具有经济可行性和开发价值。为了进一步扩大裸藻β-葡聚糖的市场，并在医疗、食品、化妆品等领域最大化其应用，必须关注并改善其工业生产和

CRediT 作者贡献声明

Chengsong Wu: 验证，监督。 Bo Feng: 验证，监督。 Xiao Tan: 写作 - 审查与编辑，监督，调查。 Jian Gao: 写作 - 审查与编辑，调查。 Buwei Xie: 写作 - 初稿，可视化，调查，数据整理。 Aihua Zhang: 可视化，方法学，调查，概念化

未引用参考文献

Cortegoso Lopes 等，2022; de Moura 等，2011; Little 等，2006; J 等，2013; L 和 H, 2007; Zeng 等，2021; Zhang 等，2024。

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。

Aihua Zhang|Buwei Xie|Bo Feng|Chengsong Wu|Jian Gao|Xiao Tan

江苏省海洋生物资源可持续利用工程研究中心，河海大学海洋学院，中国南京 210024