《International Journal of Biological Macromolecules》：Sulfated polysaccharides and their utilization mechanisms by microorganisms: A review
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摘要硫酸化多糖（SPS）是一类携带大量负电荷的生物大分子，由于其结构复杂且具有多样化的生物活性，已成为糖科学研究的热点。本文聚焦于硫酸化多糖研究的最新进展，系统地讨论了天然来源和合成来源。探讨了四种典型硫酸化多糖（即肝素、硫酸软骨素、岩藻多糖和磺达肝癸钠）的结构组成及其生物活
摘要
硫酸化多糖（SPS）是一类携带大量负电荷的生物大分子，由于其结构复杂且具有多样化的生物活性，已成为糖科学研究的热点。本文聚焦于硫酸化多糖研究的最新进展，系统地讨论了天然来源和合成来源。探讨了四种典型硫酸化多糖（即肝素、硫酸软骨素、岩藻多糖和磺达肝癸钠）的结构组成及其生物活性，包括抗病毒、抗氧化、抗肿瘤、抗凝和免疫调节作用。随后，分析了这些多糖被各类微生物降解的机制，特别是肠道微生物对硫酸化多糖的降解，重点研究了拟杆菌门（Sus-like系统）、乳酸菌和微球菌对硫酸化多糖的降解策略，并进行了比较。分析了各种活性酶在降解过程中的作用，并讨论了微生物自身合成的硫酸化多糖在其存活和发育中的作用。硫酸化多糖的独特结构及其相应的生物活性使它们在合成生物学、代谢工程和医疗等领域具有巨大的应用潜力。
引言
硫酸化多糖（SPS），又称多糖硫酸酯，是由多个糖单元组成的多离子化合物。其分子结构中富含高度负电荷的硫酸基团[1]、[2]、[3]。硫酸化多糖在自然界中广泛存在于动物、植物和微生物中，也可通过人工方法经化学合成获得[4]、[5]、[6]。这些物质具有优异的物理化学稳定性和广谱生物活性。在生物体内，它们介导多种生理效应，包括免疫调节、病毒抑制、凝血控制、肿瘤抑制和抗氧化防御，在维持稳态方面发挥着关键的调节作用[7]、[8]、[9]、[10]。近年来，随着对微生物组的深入研究，揭示了硫酸化多糖作为不可消化的碳水化合物，其生物活性在很大程度上依赖于肠道微生物的代谢转化[11]。微生物通过特定的酶系统降解硫酸化多糖，产生具有生物活性的寡糖片段和代谢物，随后调节宿主的生理功能[12]、[13]、[14]。
在人体肠道中，微生物生态系统主要由两大门菌类主导：革兰氏阴性菌拟杆菌门和革兰氏阳性菌厚壁菌门[15]、[16]。属于拟杆菌门的微生物具有降解多种结构各异的多糖底物的能力，而厚壁菌门对特定类型的多糖底物表现出选择性代谢特征[12]。这两种细菌在人体肠道中的相对丰度受饮食组成和环境暴露因素的共同调节，在不同个体间表现出高度的异质性[17]。
肠道微生物通过碳水化合物活性酶（CAZymes）介导多糖的分解代谢。基因组分析表明，拟杆菌门平均携带137.1个CAZymes编码基因，而厚壁菌门仅含有39.6个。多糖底物必须被运输至细菌细胞表面才能启动水解，因此相应的糖苷水解酶（GHs）和多糖裂解酶（PLs）需要胞外分泌信号肽[12]。研究表明，拟杆菌门中超过一半的GHs/PLs含有此类信号肽，而厚壁菌门中这一比例急剧下降至20%[18]。
微生物利用硫酸化多糖的能力在自然界中呈现高度不均匀的分布。肠道微生物对硫酸化多糖的降解是最典型的例子，其中，拟杆菌门的细菌展现出卓越的硫酸化多糖降解能力，拟杆菌属物种能够通过高度特异性的多糖利用位点（PULs）系统识别、结合和降解具有多样化硫酸化模式的多糖[19]。
尽管在阐明硫酸化多糖的结构、生物活性以及单个降解酶方面已取得实质性进展，但当前对微生物硫酸化多糖利用的理解仍然碎片化。现有的综述主要关注硫酸化多糖的化学性质、生物医学功能或特定的降解酶，而对不同分类群和生态位间微生物利用策略的系统比较仍十分有限。此外，微生物与硫酸化多糖之间存在两种互补的相互作用方式：它们不仅降解和利用环境中的硫酸化多糖作为碳和硫的来源，还合成内源性硫酸化多糖，促进生物膜形成、环境适应、胁迫抵抗和生态互作。这两个方面通常被分别讨论，其内在关系尚未被全面整合到统一的框架中。因此，一篇从生态学、生物化学和功能角度系统总结微生物硫酸化多糖利用机制的综合综述既具有时代性，也是必要的。在本综述中，我们讨论了硫酸化多糖的结构多样性和生物学特性，比较了不同微生物分类群所采用的降解和利用策略，考察了微生物来源硫酸化多糖的生理作用，并强调了当前挑战和未来机遇，以促进对微生物硫酸化多糖代谢的理解和利用，应用于生态、生物医学和生物技术领域。
章节摘要
硫酸化多糖的来源
作为广泛存在于包括植物、动物和微生物在内的多种生命体中的关键生物大分子，多糖是构建各种生物组织不可或缺的物质基础。其结构特征深刻影响核心细胞功能，特别是在构建细胞框架和介导表面活性方面发挥中心作用，包括参与细胞分化过程、生物信号传导、分子
拟杆菌门中的Sus-like系统
拟杆菌门作为人体远端肠道中的优势微生物群落，由革兰氏阴性菌组成，其适应性代谢进化赋予了其高效降解复杂多糖的能力。该门内的特定菌株擅长降解宿主来源的多糖，典型底物包括：O-连接型黏蛋白聚糖、N-连接型糖蛋白复合物和高度硫酸化的氨基聚糖（如肝素和硫酸软骨素
微生物作为硫酸化多糖的生产者和利用者
前述章节主要关注微生物作为环境中硫酸化多糖的降解者和利用者。然而，微生物不仅仅是硫酸化多糖的用户；许多物种还合成结构各异的硫酸化多糖，作为胞外基质或细胞关联聚合物的功能分子。这些微生物来源的硫酸化多糖被微生物自身利用，以增强生物膜形成、胁迫耐受性、营养获取和生态竞争力。因此，了解
硫酸化多糖生物转化技术
酶法生物转化的最新进展已将微生物对硫酸化多糖的利用从简单的解聚推向高价值生物产品的可持续生产[124]。不同于完全矿化，利用协同的糖苷水解酶、多糖裂解酶和硫酸酯酶进行精确酶法转化，能够在保留决定生物活性的关键硫酸取代模式的同时，可控地生成结构明确的硫酸化寡糖[119]。与传统方法相比
CRediT作者贡献声明
李万爽：撰写——初稿。陈晓琳：撰写——审阅与编辑，概念化。林聪：调查研究。邢荣娥：可视化。刘松：数据整理。余华华：监督指导。
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