Резюме

Фукоидан е полизахарид, съставен в голяма степен от 1 -фукоза и сулфатни групи. Fucoidan е благоприятен в световен мащаб, особено сред хранително-вкусовата и фармацевтичната индустрия, в резултат на обещаващите терапевтични ефекти. Неговите аплодиращи биологични функции се приписват на уникалната му биологична структура. Класическата биоактивност, свързана с фукоидан, включва антиоксидант, антитумор, антикоагулант, антитромботичен, имунорегулаторен, антивирусен и противовъзпалителен ефект. Съвсем наскоро бяха проведени различни in vitro и in vivo проучвания за допълнително подчертаване на терапевтичните му възможности. Този преглед се фокусира върху напредъка към разбирането на фукоидан и неговите биологични дейности, което може да бъде от полза като бъдеща терапия. Следователно, ние обобщихме in vitro и in vivo проучвания, направени през текущото десетилетие. Очакваме този преглед и редица други могат да допринесат като теоретична основа за разбиране и да вдъхновят по-нататъшното разработване на продукта на фукоидан.

1. Въведение

Морската среда е известна като богат източник на химическо и биологично разнообразие. Този тип разнообразие се разглежда като уникален източник на химични съединения за козметика, хранителни добавки, агрохимикали и фармацевтични продукти [1]. Водораслите като зелени водорасли, червени водорасли и кафяви водорасли са способни да произвеждат различни метаболити, характеризиращи се с широк спектър от биологични дейности [2]. Проведени са редица проучвания за техните хранителни и фармацевтични свойства [3,4,5].

За около 2000 години кафявите водорасли, като Sargassum spp., Са използвани като традиционна китайска медицина (ТКМ) за лечение на различни заболявания, включително заболявания на щитовидната жлеза, като гуша [6]. В допълнение, той също се използва традиционно за лечение на скрофула, тумори, отоци, болки в тестисите, подуване, сърдечно-съдови заболявания, артериосклероза, язва, бъбречни проблеми, екзема, краста, псориазис и астма [6]. Техните терапевтични ефекти са научно одобрени и следователно могат да бъдат обяснени чрез in vivo и in vitro фармакологични дейности, като например създаване на противоракови, противовъзпалителни, антибактериални, антивирусни, невропротективни и анти-ХИВ дейности.

В миналото са направени няколко проучвания и рецензии относно биоактивността на фукоидан, например чрез производство на антиоксидант, анти-тумор, имунорегулация, антивирусни и антикоагулантни дейности [7]. Нашата цел е да обхванем различни ъгли на факторите, допринасящи за биоактивността на фукоидан, като техния източник, молекулно тегло (Mw), сулфатна група и методи за екстракция. Освен това направихме проследяване на някои изследвания, направени от определени групи, с цел да наблюдаваме и сравняваме напредъка въз основа на предишните им проучвания.

2. Резюме на литературата

3. Фукоидан

Първото извличане на фукоидан е през 1913 г. от вид кафяви водорасли [8], като Laminaria digitata, Ascophyllum nodosum и Fucus vesiculosus. Фукоидан е отрицателно зареден и силно хигроскопичен полизахарид [9]. Високо съдържание на фукоидан се открива главно в листата на L. digitata, A. nodosum, Macrocystis pyrifera и F. vesiculosus. Fucoidan е разтворим както във вода, така и в киселинни разтвори. След първата публикация през 1913 г., броят на публикуваните статии (изследвания) за фукоидан се е увеличил значително, особено в съвременната епоха. Причината за увеличаването на проучванията е, че фукоиданът има антитуморна, антикоагулантна и антиоксидантна активност, както и значението по отношение на регулирането на метаболизма на глюкозата и холестерола [10]. Също така е имало интерес към фукоидан поради потенциала му да осигури защита срещу увреждане на черния дроб и откази на пикочната система. Очевидно е, че изследванията върху фукоидан постепенно процъфтяват, тъй като тези дейности се извършват и се откриват повече от неговите биологични дейности и ползи, свързани със здравето, тъй като проучванията продължават да се натрупват.

4. Източници на Фукоидан

Фукоидан е сулфатиран полизахарид, който може да се намери сред редица морски източници, включително морски краставици [11] или кафяви водорасли [12]. Установен е голям брой водорасли и безгръбначни за съдържанието им на фукоидани, включително Fucus vesiculosus, Sargassum stenophyllum, Chorda filum, Ascophyllum nodosum, Dictyota menstrualis, Fucus evanescens, Fucus serratus, Fucus distichus, Caulerpa racemousnos, Hizikia Padme fimus, Hizikia Padma fimus crassifolia, Analipus japonicus и Laminaria hyperborea, изложени на Фигура 1. В тези източници могат да се получат различни видове фукоидан и използваните методи за екстракция са различни, особено когато те са докладвани в различни проучвания.

fucoidan

Източници на фукоидан. 1. Fucus vesiculosus, 2. Laminaria digitata, 3. Fucus evanescens, 4. Fucus serratus, 5. Ascophyllum nodosum, 6. Pelvetia canaliculata, 7. Cladosiphon okamuranus, 8. Sargassum fusiforme, 9. Laminaria japonica, 10. Sargassum horneri, 11. Nemacystus decipiens, 12. Padina gymnospora, 13. Laminaria hyperborea.

5. Структура на Фукоидан

Fucoidan е известен като обогатен с фукоза и сулфатиран полизахарид, който се произвежда главно от извънклетъчната матрица на кафявите водорасли. Фукоиданът се състои от 1 -фукоза, сулфатни групи и една или повече малки пропорции от ксилоза, маноза, галактоза, рамноза, арабиноза, глюкоза, глюкуронова киселина и ацетилови групи в различни кафяви водорасли [13,14,15]. В редица проучвания изследователите също са използвали галактофукан, за да представят един вид фукоидан. Галактофуканът е известен като монозахарид, а съставът на монозахарида е галактоза, придружена от фукоза, подобно на рамнофукан (рамноза и фукоза) и рамногалактофукан (рамноза, галактоза и фукоза). В допълнение към структурата на фукоидан, има и вариация между различните видове водорасли. Независимо от това, фукоиданът обикновено има два вида хомофукоза (Фигура 2). Единият тип (I) обхваща повтаряща се (1 → 3) - l-фукопираноза, а другият тип (II) включва редуващи се и повтарящи се (1 → 3) - и (1 → 4) - l-фукопираноза [16].

Тип I и тип II от често срещани вериги в кафяви водорасли фукоидан. R може да бъде фукопираноза, глюкуронова киселина и сулфатни групи, докато местоположението на галактоза, маноза, ксилоза, рамноза, арабиноза и глюкоза в няколко вида водорасли остава неизвестно.

Докладите, базирани на структури от фукоидан, произхождащи от различни видове кафяви водорасли, доведоха до подобрена категоризация по отношение на структурите. Като илюстрация повечето фукоидани, произхождащи от видове, принадлежащи към Fucales, имат променлива връзка между (1 → 3) -α- l-фукоза и (1 → 4) -α- l-фукоза [17,18, 19,20,21]. Структурите на Ascophyllum nodosum fucoidan [22] и F. vesiculosus fucoidan показват сходство помежду си, разликата е значителна само въз основа на сулфатните модели и наличието на глюкуронова киселина. Редица видове Fucales, като Fucus serratus, Fucus distichus и Pelvetia canaliculate, представят подобен фукоиданов гръбнак, но показват по-голямо разнообразие в разклоняването и наличието на различни монозахариди [20,21,23]. Въпреки това съществуват изключения, например фукоиданите от Bifurcaria bifucardia и Himanthalia продълговати не следват или приписват на такава структурна характеристика [24]. Следователно идентифицирането на структурата на фукоидана въз основа на видовете, към които принадлежат, представлява предизвикателство.

Друг важен факт, който заслужава да се спомене, е, че структурата на фукоидан също е силно зависима от сезона на реколтата. Това се основава на Undaria pinnafida fucoidan, който показва различни характеристики и биоактивност, особено когато е добит през различни сезони [25,26]. Освен това трябва да се посочи, че методът на пречистване също играе критична роля в структурата на фукоидан. До такава степен, че новите методи за пречистване доведоха до разкритието, че фукоидановата структура се състои от множество фракции [27]. Разследване съобщава, че структурата на суров фукоидан, произхождащ от A. nodosum, показва преобладаващо повторение на [→ (3) -α- l -Fuc (2SO3 -) - (1 → 4) -α-Fuc (2,3diSO3 -) - (1)] n [28]. Обаче от същия вид пречистена фракция, състояща се предимно от α- (1 → 3) -фукозилови остатъци с оскъдна връзка на α- (1 → 4) и беше установено, че е силно разклонена [29]. Следователно, използването на различни методи за добив води до различни структури. Например, в доклад се посочва, че един вид е произвел две различни фукоиданови структури, особено галактофуктани и уронофукоидани [30]. Следователно трябва да се подчертае, че техниките за пречистване са един от определящите фактори за структурата и свързаната с нея биоактивност.

6. Фармакокинетични изследвания на Fucoidan

Към днешна дата са в ход две клинични изпитвания, като такива са фокусирани върху биоразпределението и поносимостта на фукоидан. Здрави индивиди или доброволци участват в тестове, които включват биоразпределение, безопасност и дозиметрия на етикетиран фукоидан (ClinicalTrials.gov, Идентификатор:> NCT03422055). В друго проучване се изследват пациенти с недребноклетъчен рак на белия дроб в стадий III-IV (в плацебо-контролирано проучване), при което фукоидан се добавя към тяхното химиотерапевтично лечение, за да се определи въздействието, което би оказало върху качеството им живот (ClinicalTrials.gov, Идентификатор:> NCT03130829). Резултатите от тези проучвания (клинични изпитвания) ще играят важна роля за придобиване на представа за ADME и токсичността на фукоидан при хора.

7. Капацитет против рак

11. Терапевтичен потенциал срещу ХИВ

Търсенето на лек срещу ХИВ е една от фокусните точки на редица учени по целия свят. Въпреки това е отбелязан пробив по отношение на наличното в момента лечение (под формата на антиретровирусни средства) за укротяване на вируса. Въпреки това все още съществува необходимостта от пълното му изкореняване. Предизвикателството при настоящото лечение е свързано със странични ефекти, особено по време на първоначалното въвеждане. Настоящото лечение също може да бъде непосилно за разходите, въпреки че някои държави субсидират засегнатите лица. Това от своя страна поставя някои ограничения пред правителствата по отношение на прекомерни разходи с цел поддържане на живота на хората. Като се има предвид това, отчаяно са необходими изследвания за нови съединения, за да се преодолеят такива ограничения.

12. Контрол на диабетичния и метаболитния синдром

13. Антикоагулантна функция

Съдови заболявания, като исхемична болест на сърцето, атеросклероза и дълбока венозна тромбоза, все още са сред водещите причини за смърт в световен мащаб. Както съобщава Световната здравна организация, усложненията, свързани с тези заболявания, представляват над една четвърт от смъртните случаи в целия свят [68]. В повечето случаи свързаните с тромбоза епизоди обикновено се управляват чрез използване на антикоагуланти и антитромботични лекарства, като хепарин, сулфатиран гликан, принадлежащ към семейството на гликозаминогликаните (CAGs) [69]. Както би могло да се очаква, такива терапии са склонни да се проявяват с нежелани и да идват с тежки до умерени странични ефекти, които са неизбежни [70]. Страничните ефекти, свързани с хепарин, включват тромбоцитопения [71] и хеморагични епизоди [72], поради което това може да ограничи, да победи или да възпрепятства фармакологичните му приложения.

14. Методи

Проведено е електронно търсене с цел идентифициране на статии, имащи отношение към тази литература, от онлайн базата данни Web of Science от 2000 г. до 2019 г. Търсенето включва „структура на фукоидан“, „фармакокинетика“, „фукоидан“, „водорасли“, „ апоптоза "и„ антивирусен ". Списъците с цитати са търсени ръчно за други свързани статии. Стратегията, използвана за търсене, е обяснена в допълнение А.

15. Заключения и бъдещи перспективи

Благодарности

Благодарим на Алън К Чанг (Университет Уенжоу) за полезна дискусия и за преразглеждане на езика на ръкописа. Благодарим на Министерството на висшето образование и обучение (DHET) на Южна Африка за техния финансов принос и обща подкрепа. Благодарим на Китайския съвет за стипендии (CSC) за подкрепата. Благодарим също на A. Luthuli от Majesty Graphic Designs (MGD) за полезните съвети и работата по графики.