Fucoidan là gì?

Tổng quan về Fucoidan

Fucoidan, polysacarit chứa tỷ lệ phần trăm đáng kể của nhóm este l-fucose và sunfat, là thành phần của tảo nâu, rong biển và một số động vật không xương sống ở biển (như nhím biển và hải sâm). Polysacarit được đặt tên là “fucoidin” khi nó được Kylin phân lập lần đầu tiên từ tảo nâu biển vào năm 1913. Hiện nay nó được đặt tên là “Fucoidan” theo quy tắc của IUPAC, nhưng một số người còn gọi nó là fucan, fucosan hoặc fucan sunfat.

Trong thập kỷ qua, Fucoidan được phân lập từ các loài khác nhau đã được nghiên cứu rộng rãi do các hoạt động sinh học đa dạng của chúng, bao gồm chất chống đông máu và chống huyết khối, chống vi-rút, chống khối u và điều hòa miễn dịch, chống viêm, giảm lipid máu, đặc tính chống oxy hóa và chống bổ sung, hoạt động chống lại bệnh gan, bệnh tiết niệu và bệnh thận, tác dụng bảo vệ dạ dày và tiềm năng điều trị trong phẫu thuật.

Những lợi ích sức khỏe của chất này đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ trong y học cổ truyền Trung Quốc. Các nghiên cứu gần đây về y học phương Tây hỗ trợ việc sử dụng nó cho nhiều tình trạng khác nhau. Chúng bao gồm viêm khớp dạng thấp, huyết áp cao và tiểu đường.

So với các polysacarit sunfat khác, Fucoidan được cung cấp rộng rãi từ nhiều loại nguồn rẻ tiền, vì vậy ngày càng có nhiều Fucoidan được nghiên cứu trong những năm gần đây để phát triển thuốc hoặc thực phẩm chức năng.

Fucoidan được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt là thực phẩm “Được công nhận rộng rãi là an toàn”. Nhưng không có thuốc kê đơn hoặc thuốc không kê đơn. Người ta chỉ bán fucoidan như một chất bổ sung ngoài thực phẩm.

Đặc điểm cấu trúc của Fucoidan

Kể từ khi Kylin lần đầu tiên phân lập Fucoidan vào năm 1913, cấu trúc của Fucoidan từ các loại rong biển màu nâu khác nhau đã được nghiên cứu.

Fucoidan từ một số loài rong biển màu nâu, ví dụ Fucus vesiculosus, có thành phần hóa học đơn giản, chủ yếu bao gồm fucose và sunfat. Nhưng thành phần hóa học của hầu hết Fucoidan đều phức tạp.

Ngoài fucose và sunfat, chúng còn chứa các monosacarit khác (mannose, galactose, glucose, xyloza, v.v.) và axit uronic, thậm chí cả nhóm acetyl và protein. Hơn nữa, cấu trúc của Fucoidan từ các loại tảo nâu khác nhau khác nhau tùy theo loài. Bất chấp tất cả những điều đó, cấu trúc của một số Fucoidan hoặc khung cấu trúc của chúng đã được làm sáng tỏ.

Fucoidans chủ yếu bao gồm fucose và sunfat

Fucoidan được điều chế từ Fucus vesiculosus hiện có sẵn trên thị trường. Fucoidan bao gồm 44,1% fucose, 26,3% sunfat và 31,1% tro, cộng với một ít aminoglucose; [α]D của nó là -123°.

Trên cơ sở kết quả methyl hóa và xử lý kiềm, Conchie và O’Neill nhận thấy đơn vị thành phần chính là 1,2-α-fucose và hầu hết các nhóm sunfat đều nằm ở vị trí C-4 của các đơn vị fucose. Anno và cộng sự. l-fucose 4-sulfate được phân lập từ nó và phổ IR cho thấy nhóm sunfat được thay thế ở vị trí trục C-4 của l-fucospynanose.

Mô hình cấu trúc fucoidan của F. vesiculus do Conchie đề xuất đã được chấp nhận trong 40 năm.

Năm 1993, trên dữ liệu GC/MS của quá trình methyl hóa, Pankter và cộng sự đã sửa đổi mô hình cấu trúc này cho thấy rằng vùng lõi của Fucoidan chủ yếu là polyme của fucose liên kết α-(1→3) với các nhóm sunfat được thay thế ở vị trí C-4 trên một số dư lượng fucose; fucose cũng được gắn vào polyme này để tạo thành các điểm phân nhánh, cứ 2-3 gốc fucose thì có một điểm trong chuỗi (Hình 1).

Pankter cũng giải thích những lý do có thể dẫn đến những quan sát khác nhau của Conchie. Đầu tiên là sự khác biệt của phương pháp điều chế: fucoidan được phân tích trong nghiên cứu của Conchie được chiết xuất bằng nước nóng, thay vì chiết xuất bằng axit được Pankter sử dụng, vốn là cơ sở của chế phẩm thương mại trong những năm gần đây; thứ hai, phương pháp methyl hóa của chúng khác nhau; cuối cùng, Conchie đã phân tích cấu trúc theo đặc tính hóa học và sắc ký của các sản phẩm được methyl hóa và Pankter đã xác nhận các sản phẩm được methyl hóa bằng GC-EIMS.

Hình 1: Mô hình Pankter cho cấu trúc trung bình của Fucoidan.

Bilan và cộng sự đã báo cáo rằng fucoidan từ rong biển màu nâu F. evanescens C. Ag, F. distichus và F. serratus L. bao gồm fucose, sulfate và acetate.

Fucoidan của F. evanescens C. Ag. có một trục tuyến tính xen kẽ các gốc α-l-fucopyranose 2-sulfate liên kết 3- và 4 liên kết: →3)-α-l-Fucp(2SO3-)-(1→4)-α-l-Fucp(2SO3- )-(1→, với sunfat bổ sung chiếm vị trí 4 trong một phần của các gốc fucose liên kết 3, trong khi một phần của các nhóm hydroxyl còn lại được acetyl hóa ngẫu nhiên.

Fucoidan của F. distichus được tạo thành từ các đơn vị lặp đi lặp lại disacarit: →3)-α-l-Fucp-(2,4-di-SO3−)-(1→4)-α-l-Fucp-(2SO3−)-(1→. Cấu trúc thông thường có thể chỉ bị che khuất một chút bằng cách acetyl hóa ngẫu nhiên và undersulfation của một số đơn vị lặp đi lặp lại disacarit.

Fucoidan từ F. serratus l. có cấu trúc phân nhánh, xương sống của nó là →3)-α-l-Fucp-(1→4)- α-l-Fucp -(1→, khoảng một nửa số gốc liên kết 3 được thay thế ở C-4 bằng α-l-Fucp-(1→4)- α-l-Fucp-(1→3)-α-l-Fucp- (1→các đơn vị trifucoside.

Các nhóm sunfat chiếm chủ yếu là C-2 và đôi khi là C-4, mặc dù 3,4-diglycosyl hóa và một số gốc fucose cuối cùng có thể không được sunfat hóa.

Các nhóm axetat chiếm C-4 của Fuc liên kết 3 và C-3 của Fuc 4 liên kết theo tỷ lệ khoảng 7:3. Fucoidan cũng chứa một lượng nhỏ xyloza và galactose.

Fucan sunfat hóa từ Stoechospermum maratum có khung chính gồm các gốc (1→4)- và (1→3)-linked-α-l-fucopyranosyl được thay thế ở C-2 và C-3, và các gốc fucosyl đó chủ yếu được sunfat hóa tại C-2 và/hoặc C-4.

Cấu trúc siêu vi của Fucoidan có thể được nghiên cứu bằng nhiều kỹ thuật kính hiển vi điện tử. Fucan sunfat từ Padina gymnospora hình thành các siêu cấu trúc được tổ chức tốt và thể hiện các hạt có dạng đa giác với cấu trúc đa tinh thể. Trên thực tế, các hạt này được cấu thành bởi các phân tử fucan sunfat vì chúng được nhận biết bởi một lectin đặc hiệu cho dư lượng α-l-fucosyl.

Phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy S là một nguyên tố cấu thành, đúng như mong đợi đối với các nhóm sunfat.

Fucoidan từ các loại rong nâu khác

Thành phần hóa học của Fucoidan từ F. vesiculosus tương đối đơn giản hơn, nhưng hầu hết các Fucoidan đều có thành phần phức tạp. Năm 1962 Schweiger đã phân lập được một polysaccharide từ Macrocytis pyrifera và tỷ lệ fucose so với galactose là 18:1, sau đó ông lần đầu tiên báo cáo rằng Fucoidan không phải là fucan sunfat tinh khiết mà là chất dị trùng hợp của fucose, galactose và dấu vết xyloza. Do đó, các loại đường khác như mannose, glucose, xyloza và axit glucuronic (GlcA) đã được tìm thấy trong fucoidan từ các loại rong biển màu nâu khác nhau, làm tăng khó khăn trong phân tích cấu trúc.

Đặc điểm cấu trúc của fucopyranose liên kết 1→3 được thể hiện trong fucoidans của Ecklonia kurome và Chorda filum.

Một phần Fucoidan phân lập từ E. kurome có cấu trúc phân nhánh cao, xương sống của nó là (1→3)-l-fucosyl và các nhóm sunfat chủ yếu gắn vào C-4.

Fucoidan phân lập từ Chorda filum chứa xương sống poly-α-(1→3)-fucopyranoside với mức độ phân nhánh cao, chủ yếu là các đơn vị đơn lẻ α-(1→2)-fucopyranoside. Một số gốc fucopyranose bị sunfat hóa ở vị trí O-4 (chủ yếu) và O-2. Một số dư lượng α-(1→3)-fucose được NMR thể hiện là 2-O-acetyl hóa.

Tuy nhiên, fucopyranose liên kết 1→2 hoặc 1→4 cũng có thể được tìm thấy trong một số loài rong biển màu nâu. Fucoidan của Himanthalia lorea và Bifurcaria bifurcata có các gốc fucose liên kết với (1→2)- và (1→3) với quá trình sunfat hóa ở C-4. Dư lượng GlcA và xyloza được liên kết 1→4 và không bị sunfat hóa, chúng nằm ở ngoại vi của các phân tử phân nhánh cao.

GlcA, mannose và glucose trong Fucoidan của Padina pavonia cũng được liên kết 1→4 và fucose được liên kết 1→2.

Chevolot và cộng sự. báo cáo rằng cấu trúc lặp lại chiếm ưu thế của Fucoidan từ Ascophyllum nodosum là [→3)-α-l-Fuc(2SO3-)-(1→4)-α-l-Fuc(2,3diSO3-)-(1]n. Marais và cộng sự đã báo cáo rằng một phần Fucoidan được tinh chế từ A. nodosum bao gồm một vùng lõi phân nhánh cao với các dư lượng chủ yếu là α-(1→3)-fucosyl và một số liên kết α-(1→4). các điểm nằm ở vị trí 2 của các gốc bên trong →3)-fucosyl, trong khi các nhóm sunfat ở vị trí 2 và/hoặc 4.

Phần Fucoidan F32 chứa lõi không chứa fucose được phân lập từ Hizikia fusiforme. Thành phần đường của F32 chủ yếu là fucose, galactose, mannose, xyloza và GlcA, sunfat là 21,8% và Mw là 92,7 kDa. Lõi cấu trúc của nó bao gồm →2)-α-d-Man(1→ và →4)-β-d-GlcA(1→ xen kẽ nhau, trong khi một ít →4)-β-d-Gal(1→ được trộn lẫn trong chúng (xem Hình 2).

Các nhóm sunfat ở mức C-6 của →2,3)Man(1→, C-4 và C-6 của →2)Man(1→, C-3 của →6)Gal (1→, C-2, C-3 hoặc C-4 của fucose, trong khi một số fucose có hai nhóm sunfat. Không có nhóm sunfat trên GlcA và xyloza. F32 có 1,2% protein và đầu khử của đường liên kết chủ yếu với Thr và một ít với Ser thông qua liên kết O-glycosid.

Hình 2: Cấu trúc giả định của phần Fucoidan F32 từ Hizikia fusiforme.

Các oligosacarit có hàm lượng sunfat cao thu được bằng cách thủy phân một phần Fucoidan có thể được phân tích bằng ESI-MS, cung cấp thêm thông tin về cấu trúc của loại polysacarit có độ phức tạp cao này.

Vị trí của các nhóm sunfat

Vị trí của các nhóm sunfat rất quan trọng đối với hoạt động sinh học của polysacarit sunfat. Các phương pháp xác định vị trí sunfat bao gồm quang phổ hồng ngoại, khử lưu huỳnh, độ ổn định của este sunfat đến phân tích kiềm và methyl hóa, v.v.

Zvyagintseva và cộng sự. đã phân tích các polysacarit hòa tan trong nước của loài tảo nâu Viễn Đông phân bố chủ yếu (L. cichorioides, F. evanescens và L. japonica).

Phổ IR của fucoidan cho thấy hầu hết các nhóm sunfat đều ở vị trí trục và phần còn lại ở vị trí xích đạo theo một dải mạnh ở 842 cm-1 và vai ở 820 cm-1 trong quang phổ. Hồng ngoại là phương pháp thường được sử dụng để xác định vị trí sunfat. Tuy nhiên, có thể đưa ra kết luận sai nếu vị trí của nhóm sunfat chỉ được xác định bằng phổ hồng ngoại, vì ngoài dao động C-O-S trong vùng 820-850 cm-1 còn có dao động uốn C-H của đầu khử đường, ảnh hưởng đến nhận định về vị trí của nhóm sunfat.

Vì vậy cần phải so sánh kết quả quang phổ hồng ngoại với độ ổn định của este sunfat với phân tích kiềm và metyl hóa để xác định vị trí sunfat.

Phép đo phổ khối và NMR cũng có thể được sử dụng để xác định vị trí sunfat. Tissot và cộng sự. đã phân tích ba đồng phân fucose 2-O-, 3-O- và 4-O-sulfated bằng phương pháp quang phổ khối bẫy ion hóa phun điện tử (ESI-MS) và điện di mao quản. Kết quả cho thấy có thể phân biệt giữa ba đồng phân vị trí này của fucose sunfat dựa trên kiểu phân mảnh của chúng trong các thí nghiệm MS/MS.

Grachev và cộng sự. đã nghiên cứu ảnh hưởng của các nhóm sunfat ở C-2 và C-4 đến đặc tính hình dạng của các mảnh Fucoidan với xương sống được liên kết với homo-(1→3) bằng NMR. Người ta đã chứng minh rằng quá trình O-sulfation của các oligofucoside liên kết với (1→3) hạn chế tính linh hoạt về hình dạng của chúng và làm thay đổi trạng thái cân bằng về hình dạng nếu so sánh với các oligosacarit không được sunfat hóa ban đầu.

Fucosidase

Các phương pháp enzyme cụ thể có thể được sử dụng để đơn giản hóa cấu trúc của Fucoidan và giảm bớt khó khăn trong công việc phân tích. Các enzyme có khả năng phân hủy Fucoidan đã được phân lập từ một số loài sinh vật biển.

Một fucosidase được chiết xuất từ tuyến tiêu hóa của động vật thân mềm biển Pecten maximus đã được chứng minh là có hoạt tính phân hủy Fucoidan.

Hoạt động này có thể giải phóng l-fucose từ fucoidan của A. nodosum và làm giảm đáng kể kích thước phân tử của polysaccharide.

Fucoidan được phân hủy bằng enzyme đã cung cấp cái nhìn sâu sắc mới về cấu trúc của polysaccharide.

Fucoidan có cấu trúc được tổ chức ngẫu nhiên, bao gồm (1→3)- và (1→4) liên kết với các dư lượng không sunfat và 2-sulfated-α-l-fucose.

Kusaykin và cộng sự. so sánh tính đặc hiệu của fucoidanase từ vi sinh vật biển Pseudoalteromonas citrea KMM 3296 và nhuyễn thể biển Littorina kurila. Các enzyme này có đặc tính tương tự và xúc tác sự phân cắt các liên kết α-(1→3)-fucoside có thể tiếp cận được trong fucoidan với các α-(1→4; 1→3)-l-fucooligosaccharides có hàm lượng sunfat cao.

Mức độ sunfat hóa cao của dư lượng fucose trong fucoidans làm cho các liên kết α-(1→3)-l-fucoside không thể tiếp cận được đối với hoạt động của các enzym được nghiên cứu. Mức độ phân cắt tối đa của Fucoidan đạt được nhờ fucoidanase từ vi khuẩn biển.

Sự phức tạp của cấu trúc Fucoidan

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các fucoidan có trật tự có thể chứa một đường trục tuyến tính được tạo thành từ (1→3)-α-l-Fuc hoặc xen kẽ (1→3)-α-l-Fuc và (1→4)-α-l- Fuc, (1→2)-α-l-Fuc đôi khi hiện diện ở nhánh xương sống.

Các nhóm sunfat thường chiếm vị trí C-2 hoặc/và C-3, C-4 của fucose. Đối với Fucoidan chứa nhiều axit uronic (UA) và hexose, lõi cấu trúc có thể được xây dựng bằng UA-hexose xen kẽ, vì cấu trúc này rất ổn định và các loại đường khác có trong các nhánh của lõi, giống như cấu trúc ở Hình 2.

Tuy nhiên, lõi trung tâm bao gồm chủ yếu là 3-β-D-GlcA-1→ hoặc 4-β-D-GlcA-1→ đã được tìm thấy trong Fucoidan của Padina gymnospora.

Cấu trúc của Fucoidans bao gồm thành phần đường, hàm lượng và vị trí sunfat, trọng lượng phân tử, chế độ liên kết và trình tự của dư lượng đường…

Các nhóm sunfat sẽ làm ảnh hưởng đến tính chính xác của phân tích methyl hóa và loại liên kết của dư lượng axit uronic không thể được phân tích trong GC/MS, vì vậy quá trình khử lưu huỳnh và khử carboxy là cần thiết trong nghiên cứu cấu trúc.

Hơn nữa, đối với Fucoidan có trọng lượng phân tử lớn, quá trình thủy phân một phần cũng cần thiết trong phân tích NMR.

Các phương pháp xử lý trước ở trên có thể đơn giản hóa cấu trúc của Fucoidan nhưng cũng mang lại một số điểm không chắc chắn do các phương pháp xử lý này gây ra.

Một số lượng lớn các nghiên cứu về cấu trúc cho thấy thành phần hóa học và cấu trúc của Fucoidan từ tảo nâu rất phức tạp và cấu trúc của chúng khác nhau tùy theo loài. Sự khác biệt trong cấu trúc xương sống của Fucoidan có thể phản ánh sự khác biệt cơ bản trong quá trình sinh tổng hợp Fucoidan.

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về cấu trúc của fucoidan tảo, cấu trúc tinh tế của chúng vẫn chưa rõ ràng do thiếu sự đều đặn nghiêm ngặt, sự hiện diện của nhiều thành phần nhỏ trong một số chúng (pentose, hexsoe, axit uronic và đôi khi là thành phần protein) cũng như quá trình sunfat hóa và acetyl hóa ngẫu nhiên. Fucan sunfat phân lập từ động vật da gai thường có khung tuyến tính và kiểu sunfat hóa đều đặn dẫn đến sự hình thành các đơn vị lặp lại oligosacarit.

Cấu trúc của các đơn vị lặp lại này có thể được xác định rõ ràng, đặc biệt bằng cách sử dụng quang phổ NMR trường cao, và do đó, mối tương quan giữa cấu trúc và hoạt động sinh học của polysacarit có thể được nêu ra. Thật không may, cấu trúc của fucoidan tảo phức tạp hơn nhiều. Các polysacarit tảo thường không đồng nhất và phân nhánh, thường chỉ có thể thu được một phần thông tin về cấu trúc của chúng bằng phương pháp quang phổ NMR.

Dữ liệu gây tranh cãi có thể được tìm thấy trong tài liệu, thậm chí về cấu trúc của fucoidan được nghiên cứu cẩn thận nhất từ F. vesiculus.

Cùng một loại rong biển màu nâu cụ thể có thể sở hữu các fucoidan có cấu trúc khác nhau.

Duarte và cộng sự báo cáo rằng Sargassum stenophyllum đã sinh tổng hợp hai bộ Fucoidan khác nhau.

Một trong số chúng được đặc trưng bởi tỷ lệ phần trăm GlcA cao hơn và ít nhóm sunfat hơn, nằm trên các đơn vị đường khác nhau, fucose là thành phần chính nhưng các loại đường khác như galactose, mannose, GlcA, glucose và xyloza cũng có số lượng đáng kể.

Một Fucoidan khác chứa một lượng nhỏ GlcA và tỷ lệ phần trăm cao của các nhóm sunfat, tập trung ở dư lượng fucose, chỉ có fucose và galactose là thành phần chính.

Hơn nữa, cấu trúc cơ bản chung của một Fucoidan có sự tương đồng về mặt hình thức với cấu trúc của fucosylat chondroitin sulfate từ thành cơ thể của hải sâm, cụ thể là lõi tuyến tính (được hình thành bởi (1→6)-β-d-Gal và/hoặc ( Các đơn vị 1→2)-β-d-Man) với các chuỗi phân nhánh của “fucan” (được hình thành bởi (1→3) và/hoặc (1→4)-α-l-Fuc, (1→4)-α- d-GlcA, teminal β-d-Xyl và đôi khi, (1→4)-α-d-Glu).

Fucoidan được chiết xuất bằng các phương pháp khác nhau cũng có thể có cấu trúc khác nhau.

Ponce và cộng sự. báo cáo rằng Fucoidan của Adenocytis utricularis được chiết xuất ở nhiệt độ phòng bao gồm chủ yếu là fucose, galactose và este sunfat (“galactofucan”).

Fucoidan được chiết xuất ở 70°C bao gồm chủ yếu là fucose, kèm theo các monosacarit khác (chủ yếu là mannose, nhưng cũng có glucose, xyloza, rhamnose và galactose), một lượng đáng kể axit uronic và tỷ lệ este sunfat thấp, cụ thể là “uronofucoidan”.

Hoạt tính sinh học của Fucoidan

Hoạt tính chống đông máu và chống huyết khối

Fucoidan có nhiều hoạt tính sinh học khác nhau, nhưng tác dụng chống đông máu mạnh của chúng cho đến nay được nghiên cứu rộng rãi nhất.

Nishino và cộng sự. đã thử nghiệm hoạt tính chống đông máu của Fucoidan phân lập từ 9 loài rong biển nâu, bao gồm thời gian Thromboplastin từng phần được hoạt hóa (APTT), thời gian Thromboplastin (TT) và hoạt tính kháng yếu tố Xa so với giá trị của heparin (167 đơn vị/mg).

Tất cả Fucoidan đều thể hiện một số hoạt động TT (0-35 đơn vị/mg) và APTT (12-38 đơn vị/mg), trong khi hoạt động chống yếu tố Xa không đáng chú ý ở bất kỳ Fucoidan nào.

Trong số các Fucoidan được thử nghiệm, E. kurome có hoạt tính cao nhất đối với APTT (38 đơn vị/mg) và TT (35 đơn vị/mg), APTT và TT của H. fusiforme là 25 đơn vị/mg và 22 đơn vị/mg. tương ứng. Hoạt tính chống trombin của phần F-4 của Fucoidan từ L. angustata var. longissima là 200 đơn vị/mg, so với heparin (140 đơn vị/mg)

Cumashi và cộng sự đã nghiên cứu đặc tính chống đông máu của Fucoidan thu được từ 9 loài tảo nâu. Tất cả các fucoidan, ngoại trừ từ Cladosiphon okamuranus, mang hàm lượng đáng kể các nhánh 2-O-α-d-glucuronopyranosyl trong chuỗi poly-α-fucopyranoside liên kết tuyến tính (1→3), thể hiện hoạt tính chống đông máu được đo bằng APTT, trong khi chỉ có Fucoidans từ L. saccharina, L. Digitata, F. serratus, F. distichus và F. evanescens cho thấy hoạt động chống đông mạnh trong xét nghiệm kết tập tiểu cầu.

Nhiều nghiên cứu cho thấy hoạt tính chống đông máu của Fucoidan có thể có mối liên hệ nào đó với hàm lượng và vị trí sunfat, trọng lượng phân tử và thành phần đường. Hàm lượng nhóm sunfat cao hơn thường thể hiện hoạt tính chống đông máu cao hơn trong Fucoidan tự nhiên (E. kurome, H. fusiforme,…).

Tuy nhiên, sự gia tăng của tác dụng chống đông máu và chống huyết khối giảm dần khi tăng hàm lượng sunfat trong fucans.

Fucoidan quá sunfat được điều chế từ quá trình sunfat hóa học của Fucoidan tự nhiên cũng hỗ trợ điều này. Nishino và cộng sự đã điều chế ba loại fucan quá sunfat có hàm lượng sunfat khác nhau (tỷ lệ sunfat/đường, 1,38–1,98) bằng quá trình sunfat hóa học của fucan sunfat (tỷ lệ sunfat/đường, 1,28) được phân lập từ E. kurome.

Các hoạt động tương ứng (đối với APTT và TT) của fucan được sunfat hóa quá mức đã tăng lên 110–119% và hàm lượng sunfat của chúng tăng lên 108–140% so với giá trị ban đầu.

Hoạt tính chống đông máu đối với APTT (173 đơn vị/mg) của fucan quá sunfat (tỷ lệ sunfat/đường, 1,98) cao hơn so với (167 đơn vị/mg) của heparin được sử dụng làm tiêu chuẩn.

Hoạt tính antitrombin qua trung gian heparin cofactor II của fucans quá sunfat cũng tăng đáng kể khi hàm lượng sunfat tăng.

Qiu và cộng sự báo cáo rằng Fucoidan được sunfat hóa quá mức cho thấy hoạt tính chống đông máu cao gấp 4 lần trong việc tăng gấp đôi thời gian protrombin của huyết tương người được citrate bình thường so với Fucoidan tự nhiên.

Vị trí của các nhóm sunfat trên cặn đường cũng rất quan trọng đối với hoạt tính chống đông máu của Fucoidan. Hoạt động này liên quan đến nồng độ của C-2 sunfat và C-2,3 disulfate, hơn nữa cặn đường 2,3-disulfate là đặc điểm cấu trúc phổ biến trong fucoidans chống đông máu.

Duarte và cộng sự báo cáo rằng đặc tính chống đông máu của Fucoidan chủ yếu được xác định bởi chuỗi fucose sunfat, đặc biệt bởi các đơn vị fucosyl disulfate. Silva và cộng sự báo cáo rằng 3-O-sulfation ở C-3 của các đơn vị 4-α-l-fucose-1→ chịu trách nhiệm về hoạt động chống đông máu của Fucoidan từ Padina gymnospora.

Fucoidan yêu cầu một chuỗi đường đủ dài và một cấu trúc thoải mái để liên kết với trombin, do đó cần có trọng lượng phân tử lớn nhất định để đạt được hoạt tính chống đông máu.

Fucoidan tự nhiên (320.000MW) từ Lessonia vadosa (Phaeophyta) cho thấy hoạt động chống đông máu tốt, trong khi phần bị khử polyme triệt để (32.000MW) cho thấy hoạt động chống đông máu yếu.

Kích thước phân tử của fucan sunfat giảm nhẹ sẽ làm giảm đáng kể tác dụng của nó đối với sự bất hoạt trombin qua trung gian heparin cofactor II. Fucan sunfat với ~45 đơn vị lặp lại tetrasacarit liên kết với đồng yếu tố heparin II nhưng không thể liên kết hiệu quả chất ức chế huyết tương và trombin. Hiệu ứng cuối cùng này đòi hỏi các chuỗi có ~100 đơn vị lặp lại tetrasacarit trở lên. C

ơ chế khuôn mẫu có thể chiếm ưu thế hơn so với hiệu ứng allosteric trong trường hợp fucan sunfat tuyến tính bất hoạt trombin với sự có mặt của đồng yếu tố heparin II. Fucan sunfat tuyến tính đòi hỏi chuỗi dài hơn đáng kể so với glycosaminoglycan của động vật có vú để đạt được hoạt tính chống đông máu.

Fucoidan trọng lượng phân tử thấp (LMWF) thu được từ A. nodosum bằng phương pháp thủy phân axit, có cấu trúc lặp lại chủ yếu là [→3)-α-l-Fuc(2SO3-)-(1→4)-α-l-Fuc(2 ,3diSO3-)-(1]n và có Mw là 3.090 Da, có hoạt tính chống đông máu trong ống nghiệm, cho thấy rằng các cấu trúc phân nhánh không phải lúc nào cũng cần thiết cho hoạt động chống đông máu.

Mức độ sunfat hóa của LMWF là ba sunfat trên mỗi disacarit, tương đương nhau như đơn vị lặp lại chính của heparin, [4)-α-l-IdoA(2 SO3-)-(1→4)-β-d-Glc-(NSO3-,6 SO3-)-1→]_n.

Một số nghiên cứu cho thấy thành phần đường (fucose, galactose…) của Fucoidan có thể liên quan đến hoạt động chống đông máu. Nhưng chúng tôi suy đoán rằng không phải đường mà là sunfat trên những loại đường này có tác dụng chống đông máu.

Kết quả của Pereira et al. chỉ ra rằng α-l-galactan 2-sulfat, liên kết 3, nhưng không phải là α-l-fucan, là một chất ức chế trombin mạnh qua trung gian antitromin hoặc đồng yếu tố heparin II. Axit uronic không cần thiết cho hoạt động chống đông máu, nhưng nó có thể tăng cường hoạt động chống đông máu thông qua việc cải thiện tính linh hoạt của chuỗi đường.

Nhiều Fucoidan kéo dài APTT một cách rõ rệt, nhưng làm chậm TT một chút, điều này cho thấy hoạt động chống đông máu chủ yếu đến từ phương pháp đông máu nội sinh bị hạn chế bởi Fucoidans. Tuy nhiên, Fucoidan từ rong biển nâu lên men Sargassum fulvellum có khả năng ức chế cả con đường đông máu bên trong và bên ngoài.

Thrombin đóng vai trò quan trọng trong việc tạo huyết khối nên chất ức chế trombin trở thành nội dung chính trong các nghiên cứu về thuốc chống huyết khối. Rất nhiều nghiên cứu cho thấy hoạt động chống đông máu của Fucoidan chủ yếu được thực hiện qua trung gian ức chế trombin bởi heparin cofactor II. Nó cũng làm tăng tốc độ ức chế trombin và yếu tố Xa bằng antitrombin nhưng ở hiệu lực thấp hơn. Tuy nhiên, Kuznetsova và cộng sự. báo cáo rằng đặc tính chống đông máu của Fucoidan từ F. vesiculosus được xác định bằng sự ức chế trombin qua trung gian thông qua các thí nghiệm in vitro và in vivo antitrombin-III trong huyết tương, có hoạt tính chống đông máu tương tự như heparin.

Mourao đã tóm tắt các hoạt động chống đông máu và chống huyết khối của fucan sunfat. Fucans sunfat từ tảo và động vật không xương sống có hoạt tính chống đông máu mạnh, qua trung gian là antitrombin và/hoặc đồng yếu tố heparin II. Khía cạnh này đã được làm rõ khi các nghiên cứu được mở rộng sang các polysaccharide không xương sống.

Những điều này đã xác định rõ ràng rằng các α-l-fucan và α-l-galactans sunfat tuyến tính đều đặn, thể hiện hoạt tính chống đông máu, hoạt động này không chỉ đơn giản là một hàm của mật độ điện tích mà còn phụ thuộc rất nhiều vào mô hình của quá trình sunfat hóa và thành phần monosacarit.

Melo và cộng sự nghiên cứu các cơ chế hoạt động chống đông máu qua trung gian của galactan sunfat. Hoạt tính chống đông máu của polysacarit sunfat đạt được chủ yếu thông qua việc tăng cường các đồng yếu tố huyết tương, là chất ức chế tự nhiên của protease đông máu.

Kết quả của họ chỉ ra những điều sau:

• các yêu cầu về cấu trúc đối với sự tương tác của galactan sunfat với các chất ức chế đông máu và protease mục tiêu của chúng không chỉ đơn thuần là hệ quả của mật độ điện tích của chúng;
• cơ sở cấu trúc của tương tác này rất phức tạp vì nó liên quan đến các polysacarit không đồng nhất tự nhiên nhưng phụ thuộc vào sự phân bố của các nhóm sunfat và thành phần monosacarit;
• galactan sunfat cần chuỗi dài hơn đáng kể so với heparin để đạt được hoạt tính chống đông máu;
• có thể, chính cấu trúc lớn của galactan sunfat chứ không phải thành phần phụ cụ thể như trong heparin, quyết định sự tương tác của nó với antitrombin;
• galactan sunfat từ ~15 đến ~45 kDa liên kết với antitrombin nhưng không thể liên kết chất ức chế huyết tương và trombin. Hiệu ứng cuối cùng này đòi hỏi kích thước phân tử trên 45 kDa;
• galactan sunfat và heparin liên kết với các vị trí khác nhau trên antitrombin;
• galactan sunfat kém hiệu quả hơn heparin trong việc thúc đẩy hoạt hóa cấu trúc antitrombin.

Nhìn chung, những quan sát này chỉ ra rằng một cơ chế khác chiếm ưu thế trong việc kích hoạt hình dạng của antitrombin trong việc đảm bảo hoạt động chống đông máu qua trung gian antitrombin của các galactan sunfat. Có thể galactan sunfat kết nối antitrombin và trombin, giữ protease ở dạng không hoạt động. Sự kích hoạt hình dạng của antitrombin và sự hình thành phức hợp cộng hóa trị với trombin dường như ít quan trọng hơn đối với hoạt tính chống đông máu của galactan sunfat so với heparin.

Kết quả của họ chứng minh rằng mô hình tương tác heparin-antithrobin không thể được mở rộng sang các polysaccharide sunfat khác. Mỗi loại polysaccharide có thể tạo thành một phức hợp đặc biệt với chất ức chế huyết tương và protease mục tiêu.

Fucoidan cũng thể hiện hoạt động chống huyết khối khi thử nghiệm trên mô hình huyết khối tĩnh mạch và động mạch in vivo ở động vật thí nghiệm. Một galactofucan sunfat được phân lập từ tảo nâu Spatoglossum schroederi cho thấy không có hoạt tính chống đông máu trên một số thử nghiệm in vitro. Tuy nhiên, nó có hoạt tính chống huyết khối mạnh mẽ trên mô hình động vật bị huyết khối tĩnh mạch thực nghiệm. Tác dụng này phụ thuộc vào thời gian, đạt tối đa 8 giờ sau khi dùng so với tác dụng thoáng qua hơn của heparin.

Hiệu quả không được quan sát thấy với phân tử khử sunfat. Hơn nữa, galactofucan sunfat mạnh gấp 2 lần so với heparin trong việc kích thích sự tổng hợp heparan sunfat chống huyết khối bởi các tế bào nội mô. Một lần nữa, hành động này cũng bị bãi bỏ bằng cách khử polysaccharide.

* Fucoidans có thể có ứng dụng tiềm năng như thuốc chống đông máu, thuốc chống huyết khối hoặc thực phẩm chức năng và dược liệu sinh học với ít tác dụng phụ.

* Fucoidans cũng có thể đóng vai trò là thuốc thử nghiên cứu để điều tra và phân biệt giữa nhiều hiện tượng có liên quan với nhau, chẳng hạn như đông máu, chảy máu, huyết khối và kết tập tiểu cầu.

Hoạt tính kháng virus

Trong những năm gần đây, người ta đã chứng minh rằng polysaccharides sunfat (bao gồm Fucoidan) có hoạt tính kháng vi-rút cả in vivo và in vitro, đáng quan tâm vì độc tính tế bào thấp so với các loại thuốc chống vi-rút khác hiện đang được sử dụng trong y học lâm sàng.

Fucoidan của Laminaria japonica có chức năng kháng virus ARN và ADN.

Tác dụng chống virus của Fucoidan đối với sự lây nhiễm do virus bại liệt III, adenovirus III, virus ECHO6, virus coxsackie B3 và coxsackie A16 là rất đáng chú ý. Fucoidan có thể ức chế sự phát triển của hiệu ứng tế bào học (CPE) và bảo vệ các tế bào nuôi cấy khỏi bị nhiễm trùng do các loại virus trên gây ra.

Herpes là một bệnh nhiễm trùng do virus herpes simplex (HSV) gây ra. Fucoidans từ Adenocytis utricularis, Undaria pinnatifida (Mekabu), Stoechospermum Marginatum, Undaria pinnatifida, Cystoseira indica và Undaria pinnatifida cho thấy các hoạt động chống vi-rút chống lại HSV-1 và HSV- 2 không gây độc tế bào cho nuôi cấy tế bào Vero.

Hơn nữa, Fucoidan cho thấy hoạt động ức chế chống lại sự nhân lên của một số loại virus có vỏ bọc như suy giảm miễn dịch ở người và cytomegalovirus ở người.

Fucoidan không có tác dụng bất hoạt trực tiếp lên virion trong xét nghiệm diệt virus. Cơ chế hoạt động chống vi-rút của Fucoidan là ức chế sự hấp thu của vi-rút để ức chế sự hình thành hợp bào do vi-rút gây ra. Nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử về virus khảm thuốc lá trộn với Fucoidan thường cho thấy virion bị ngưng kết.

Việc sử dụng Fucoidan bằng đường uống có thể có tác dụng bảo vệ thông qua việc ức chế trực tiếp sự nhân lên của virus và kích thích cả chức năng phòng vệ miễn dịch bẩm sinh và thích ứng. Sulfate cần thiết cho hoạt động chống vi rút. Sulfate nằm ở C-4 của các đơn vị fucopyranosyl liên kết với (1→3) dường như rất quan trọng đối với hoạt động chống Herpetic của Fucoidan.

Không có mối tương quan giữa đặc tính kháng virus và chống đông máu. Một số Fucoidan có hoạt tính chống virus nhưng không có hoạt tính chống đông máu, và một số khác có cả hai hoạt động này.

Một số Fucoidan hiện diện với số lượng lớn trong các sản phẩm thực phẩm rong biển màu nâu, được ăn thường xuyên ở các nước châu Á. Doh-ura và cộng sự báo cáo rằng Fucoidan từ tảo nâu được ăn phổ biến có hoạt tính kháng prion và làm chậm sự khởi phát bệnh khi nó được ăn vào sau khi bị nhiễm prion đường ruột. Fucoidan rong biển trong chế độ ăn kiêng làm trì hoãn sự khởi phát bệnh của chuột bị nhiễm bệnh đường ruột bằng phế liệu khi được cho uống trong 6 ngày sau khi bị nhiễm bệnh, nhưng không được dùng trước khi bị nhiễm trùng. Việc hấp thụ Fucoidan hàng ngày có thể giúp phòng ngừa các bệnh prion do ăn phải các vật liệu bị nhiễm prion, mặc dù việc đánh giá thêm về dược lý của nó vẫn cần được thực hiện.

Hoạt tính chống khối u và điều hòa miễn dịch

Hoạt động chống ung thư của nhiều polysaccharide đã được báo cáo trong những năm gần đây. Fucoidan từ Eisenia bicycles và L. japonica có hiệu quả chống lại sarcoma 180. Fucoidan của L. japonica có thể ức chế tế bào ung thư gan QGY7703 chuyển sang giai đoạn logarit trong ống nghiệm, do đó hạn chế sự phát triển của khối u.

Fucoidan được phát hiện có tác dụng ức chế sự tăng sinh và gây ra sự chết theo chu trình (apoptosis) trong các dòng tế bào ung thư hạch HS-Sultan ở người. Fucoidans từ L. saccharina, L.digitata, F. serratus, F. distichus và F. vesiculosus đã ngăn chặn mạnh mẽ sự kết dính của tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA-MB-231 với tiểu cầu, một tác động có thể có ý nghĩa quan trọng trong sự di căn của khối u.

Alekseyenko và cộng sự đã nghiên cứu các hoạt động chống ung thư và chống di căn của Fucoidan từ Fucus evanescens ở chuột C57Bl/6 với ung thư biểu mô tuyến phổi Lewis được cấy ghép. Fucoidan sau khi dùng đơn lẻ và lặp lại với liều 10 mg/kg tạo ra tác dụng chống ung thư và chống di căn vừa phải và tăng cường hoạt động chống di căn nhưng không chống ung thư của cyclophosphamide. Fucoidan ở liều 25 mg/kg làm tăng tác dụng độc hại của cyclophosphamide.

Fucoidans ức chế sự kết dính của tế bào khối u với các chất nền khác nhau, nhưng cơ chế hoạt động của chúng vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

Dựa trên nghiên cứu về Fucoidan liên kết với fibronectin, Liu và cộng sự đưa ra giả thuyết rằng Fucoidan ức chế sự bám dính của tế bào MDA-MB-231 với fibronectin:

• bằng cách ngăn chặn các miền liên kết tế bào và heparin của protein
• bằng cách điều chỉnh sự tái tổ chức của tiểu đơn vị integrin alpha5
• bằng cách điều chỉnh giảm biểu hiện của vinculin

Bệnh bạch cầu tế bào T ở người trưởng thành (ATL) do vi rút gây bệnh bạch cầu tế bào T ở người loại 1 (HTLV-1) gây ra và vẫn chưa thể chữa khỏi. Fucoidan ức chế đáng kể sự phát triển của các tế bào đơn nhân máu ngoại vi của bệnh nhân ATL và các dòng tế bào T bị nhiễm HTLV-1 nhưng không phải là tế bào đơn nhân máu ngoại vi bình thường. Các con vật được cho ăn với chế độ ăn chứa 1% Fucoidan từ Mekabu (0,034±0,003 g/chuột/ngày) trong 10 ngày và tiêm dưới da (s. c.) tế bào ung thư bạch cầu A20. Sau đó, những con chuột được cho ăn chế độ ăn có chứa Fucoidan trong 40 ngày. Mekabu Fucoidan ức chế khối u tới 65,4%.

Fucoidan của L. japonica có thể khôi phục chức năng miễn dịch của chuột bị ức chế miễn dịch và nó là chất điều hòa miễn dịch tác động trực tiếp lên đại thực bào và tế bào lympho T. Nó cũng có thể thúc đẩy sự phục hồi chức năng miễn dịch ở chuột được chiếu xạ. Cơ chế này có liên quan đến việc ngăn chặn quá trình apoptosis của tế bào lympho bằng Fucoidan.

Fucoidan có thể tạo ra sự sản xuất interleukin-1 (IL-1) và interferon-γ (IFN-γ) trong ống nghiệm, tăng cường chức năng của tế bào lympho T, tế bào B, đại thực bào và tế bào tiêu diệt tự nhiên (tế bào NK) và thúc đẩy kháng thể chính phản ứng với tế bào hồng cầu cừu (SRBC) in vivo.

Fucoidan có trọng lượng phân tử cao được điều chế từ Okinawa mozuku (Cladosiphon okamuranus) thúc đẩy sự gia tăng tỷ lệ tế bào T gây độc tế bào ở chuột. Fucoidan từ F. vesiculosus có tác dụng kích thích miễn dịch và trưởng thành trên các tế bào đuôi gai (DC), là những tế bào trình diện kháng nguyên mạnh mẽ, thông qua con đường liên quan đến ít nhất là yếu tố hạt nhân-κB (NF-κB).

Nhiều polysaccharide thu được từ các nguồn tự nhiên được coi là chất điều chỉnh phản ứng sinh học (Biological Response Modifier) và đã được chứng minh là có tác dụng tăng cường các phản ứng miễn dịch khác nhau.

Choi và cộng sự đã nghiên cứu tác dụng điều hòa miễn dịch của arabinogalactan và Fucoidan trong ống nghiệm.

• Tế bào lympho lá lách của chuột trở nên gây độc tế bào đối với tế bào khối u sau khi nuôi cấy với AG và FU ở nồng độ 10–100 µg/mL. Ngoài ra, arabinogalactan và Fucoidan có khả năng phân bào trong tế bào lympho lá lách và đại thực bào ngoại vi.
• Các đại thực bào được điều trị bằng arabinogalactan và Fucoidan (10–100 µg/mL) thể hiện hoạt tính diệt khối u và tăng khả năng thực bào, hoạt động của enzyme lysosomal và sản xuất nitrite, H2O2, yếu tố hoại tử khối u (TNF)-α và interleukin (IL)-6.

Tuy nhiên, arabinogalactan và Fucoidan ít ảnh hưởng đến mức độ IL-1β. Do đó, tác dụng diệt khối u của các đại thực bào được kích hoạt bằng arabinogalactan và Fucoidan dường như chủ yếu được điều hòa bởi việc sản xuất các gốc tự do (NO và H2O2) và cytokine (TNF-α và IL-6).

Những dữ liệu này cho thấy arabinogalactan và Fucoidan là chất kích hoạt tế bào lympho và đại thực bào. Đặc tính này có thể góp phần vào hiệu quả của chúng trong việc ngăn ngừa miễn dịch ung thư.

Bên cạnh việc ức chế trực tiếp sự phát triển của tế bào khối u, Fucoidan còn có thể hạn chế sự phát triển và khuếch tán của tế bào khối u thông qua việc tăng cường các hoạt động điều hòa miễn dịch của cơ thể.

Fucoidan có thể tiêu diệt trực tiếp các tế bào khối u, nó có tác dụng chống ung thư trực tiếp lên tế bào HS-Sultan của con người thông qua con đường caspase và ERK. Fucoidan làm tăng số lượng đại thực bào và làm trung gian tiêu diệt khối u thông qua phản ứng của tế bào T-helper (Th1) loại 1 và tế bào NK.

Hoạt tính chống oxy hóa

Rất nhiều nghiên cứu cho thấy Fucoidan thể hiện hoạt động chống oxy hóa đáng kể trong các thí nghiệm in vitro.

• Fucoidan là một chất chống oxy hóa tự nhiên tuyệt vời và có tiềm năng lớn trong việc ngăn ngừa các bệnh qua trung gian gốc tự do.
• Fucoidan từ L. japonica có thể ngăn chặn sự gia tăng lipid peroxide (LPO) trong huyết thanh, gan và lá lách của chuột mắc bệnh tiểu đường một cách rõ ràng.

Tuy nhiên, không tìm thấy tác dụng ức chế nào đối với cả quá trình peroxid hóa lipid tự phát của các chất đồng nhất và do Cys/FeSO4 gây ra trong ống nghiệm. Fucoidan này có tác dụng thu dọn mạnh đối với gốc superoxide, tác dụng đối với gốc hydroxyl yếu; nó ít ảnh hưởng hơn đến 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl (DPPH). Nó có hiệu quả trong quá trình tan máu hồng cầu chuột do H2O2 gây ra và cho thấy tác dụng bảo vệ đáng kể đối với quá trình peroxid hóa lipid của chất đồng nhất ở gan ở chuột do axit FeSO4-ascorbic gây ra.

Micheline và cộng sự. báo cáo rằng Fucoidan (homofucan) từ F. vesiculosus và fucans (heterofucans) từ Padina gymnospora có tác dụng ức chế sự hình thành gốc hydroxyl và gốc superoxide. Fucan cho thấy hoạt động chống oxy hóa thấp so với Fucoidan.

Hoạt động chống oxy hóa liên quan đến trọng lượng phân tử và hàm lượng sunfat của Fucoidan. Các phân đoạn Fucoidan từ L. japonica có khả năng loại bỏ gốc superoxide và axit hypochlorous tuyệt vời, ngoại trừ phần L-B có hàm lượng sunfat cao. Trong hệ thống oxy hóa LDL, các phân đoạn trọng lượng phân tử thấp L-A và L-B thể hiện tác dụng ức chế lớn đối với quá trình oxy hóa LDL do Cu2+ gây ra, tuy nhiên F-A và F-B có ít tác dụng ức chế trong hệ thống này do trọng lượng phân tử lớn của chúng. Cả khối lượng phân tử và hàm lượng sunfat của Fucoidan đều đóng vai trò rất quan trọng trong tác động lên các gốc azo 2-2′-Azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride (AAPH) gây ra quá trình oxy hóa LDL. Mối tương quan giữa hàm lượng sunfat và khả năng thu hồi gốc superoxide là dương, tỷ lệ hàm lượng sunfat/fucose là chỉ tiêu hữu hiệu cho hoạt tính chống oxy hóa của các mẫu.

Hoạt tính giảm mỡ máu

Fucoidan là một loại hoạt chất tương tự như axit sialic, nó có thể tăng cường điện tích âm trên bề mặt tế bào để có tác dụng làm tăng cholesterol trong máu, từ đó làm giảm cholesterol trong huyết thanh.

Fucoidan của L. japonica làm giảm đáng kể cholesterol toàn phần, chất béo trung tính và LDL-C, đồng thời tăng HDL-C trong huyết thanh của chuột bị tăng cholesterol máu và chuột bị tăng lipid máu, đồng thời ngăn chặn hiệu quả sự hình thành chứng tăng cholesterol máu thực nghiệm ở chuột.

Fucoidan cũng có thể làm giảm đáng kể hàm lượng cholesterol và chất béo trung tính trong huyết thanh của bệnh nhân tăng lipid máu mà không có tác dụng phụ gây tổn thương gan và thận. Fucan sunfat phân tử thấp (trung bình Mw=8000 Da) được điều chế từ L. japonica có thể làm giảm rõ rệt lipid máu của chuột tăng lipid máu. Fucoidan oligosaccharides cho thấy tác dụng hạ huyết áp tốt trên chuột bị tăng huyết áp tái tạo mạch máu và một trong những cơ chế tạo ra tác dụng hạ huyết áp có thể là chúng có thể ức chế sản xuất angiorensin II huyết tương.

Hoạt tính chống bổ thể

Hệ thống bổ thể là thành phần chính của hệ miễn dịch và chủ yếu liên quan đến miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch thể dịch. Bổ thể cũng cho phép liên kết giữa khả năng miễn dịch bẩm sinh và khả năng phòng vệ thích ứng.

Việc kích hoạt không kiểm soát hệ thống này có thể gây hại cho cơ thể vật chủ, như được quan sát thấy trong các cú sốc do thiếu máu cục bộ và phản vệ hoặc đào thải xenograft. Tảo Fucoidan từ A. nodosum lần đầu tiên được mô tả là một phân tử chống bổ thể bởi Blondin và cộng sự.

Kể từ báo cáo đầu tiên này, các Fucoidan khác từ fucales (F. evanescens) và từ các loại tảo nâu khác thuộc bộ Laminariale cũng đã được mô tả là chất ức chế bổ thể. Tissot và cộng sự đã xem xét tiến độ nghiên cứu về hoạt động chống bổ thể của Fucoidan.

Tiềm năng điều trị trong phẫu thuật

Đặc điểm cấu trúc và anion của Fucoidan tương tự như heparin. Heparin kích thích sản xuất yếu tố tăng trưởng tế bào gan (HGF), có vai trò chính trong việc tái tạo mô.

Fucoidan và oligosaccharides có nguồn gốc từ Fucoidan có khả năng kích thích sản xuất HGF tương tự như heparin và oligosaccharides có nguồn gốc từ heparin.

Sự tạo ra HGF này bởi heparin hoặc Fucoidan và các dẫn xuất oligosaccharide của chúng xảy ra chủ yếu ở cấp độ dịch mã, có thể thông qua cơ chế tương tự. Do đó, Fucoidan có thể hữu ích để bảo vệ các mô và cơ quan khỏi các chấn thương và bệnh tật khác nhau thông qua các cơ chế liên quan đến HGF.

Trong những năm gần đây, liệu pháp tạo mạch đã được đề xuất trong điều trị thiếu máu cục bộ mãn tính. Ở động vật, người ta đã chứng minh rằng yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi cơ bản (FGF-2), có tác dụng phân bào đối với các tế bào nội mô mạch máu, nguyên bào sợi và tế bào cơ trơn, có thể tạo ra sự hình thành mạch trong cơ thể.

Fucoidan có trọng lượng phân tử cao (HMW) được biết là có khả năng liên kết các yếu tố tăng trưởng, chẳng hạn như FGF và bảo vệ chúng khỏi sự phân giải protein. Một phần Fucoidan có trọng lượng phân tử thấp (LMW) (7±2kDa) thu được bằng cách khử polyme triệt để chiết xuất HMW từ rong biển nâu và không có bất kỳ tác dụng chống đông máu trực tiếp nào.

Fucoidan LMW có thể thúc đẩy quá trình tái tạo mạch máu trong điều trị, tăng cường hoạt động FGF-2, huy động yếu tố có nguồn gốc từ mô đệm (SDF)-1 và tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành mạch máu trong mô hình chuột bị thiếu máu cục bộ nghiêm trọng ở chân sau. Hợp chất tự nhiên này có thể được quan tâm như một phương pháp thay thế cho phương pháp điều trị thông thường trong bệnh thiếu máu cục bộ nghiêm trọng. Hydrogel phức hợp chitosan/fucoidan có ái lực cao với FGF-2. Sự tương tác của FGF-2 với hydrogel phức hợp chitosan/fucoidan đã kéo dài đáng kể thời gian bán hủy sinh học của FGF-2. Nó cũng bảo vệ FGF-2 khỏi bị bất hoạt, ví dụ như do nhiệt và phân giải protein, đồng thời tăng cường hoạt động của FGF-2. Hydrogel phức hợp có thể kiểm soát sự giải phóng các phân tử FGF-2 có hoạt tính sinh học thông qua quá trình khuếch tán và phân hủy sinh học chậm và sau đó xảy ra hiện tượng tạo mạch. Ví dụ, khi hydrogel phức hợp chứa FGF-2 được tiêm dưới da vào lưng chuột, quá trình hình thành mô sợi và tân mạch đáng kể đã được tạo ra gần vị trí tiêm sau 1 tuần, và phức hợp hydrogel bị phân hủy sinh học và biến mất sau 4 tuần.

Vì vậy, micro complex-hydrogel chitosan/fucoidan chứa FGF-2 rất hữu ích và thuận tiện trong điều trị bệnh thiếu máu cục bộ.

Fucoidan có thể làm giảm sự tăng sinh tế bào cơ trơn chuột (SMC) trong ống nghiệm một cách chuyên sâu hơn heparin. Fucoidan LMW có ái lực cao với SMC và nồng độ duy trì trong huyết tương làm giảm rõ rệt tình trạng tăng sản nội mạc, cho thấy việc sử dụng nó để ngăn ngừa tái hẹp trong ống đỡ động mạch ở người.

Xơ cứng động mạch ghép (Transplant arteriosclerosis) là nguyên nhân chính gây ra thất bại lâu dài sau ghép tim. Thải ghép mạch máu được cho là do sự tăng sinh nội mạc xảy ra để đáp ứng với tổn thương qua trung gian miễn dịch của thành động mạch. Phương pháp điều trị bằng fucan trọng lượng phân tử thấp (LMWF) tỏ ra rất hiệu quả trong mô hình cấy ghép tim chuột đồng loại để ngăn ngừa các tổn thương động mạch và nhu mô xảy ra để đáp ứng với tổn thương miễn dịch dị loại. Tuy nhiên, tác dụng bảo vệ này dường như không phụ thuộc vào việc huy động các tế bào có nguồn gốc từ tủy xương. Điều trị LMWF ngăn ngừa đáng kể sự tăng sinh nội mô của mảnh ghép đồng loài, cho phép bình thường hóa tỷ lệ nội mạc/lớp giữa, giảm độ dày lớp nội mạc và gây ra sự hiện diện của lớp lót tế bào nội mô trong mảnh ghép mạch máu. Điều này có thể gợi ý một chiến lược điều trị mới trong việc ngăn ngừa xơ cứng động mạch do cấy ghép.

Việc chữa lành vết thương không bình thường, gây ra sẹo hoặc vết thương mãn tính, là nguyên nhân đáng kể gây bệnh tật. Do đó, có sự quan tâm đáng kể đến các tác nhân có thể điều chỉnh một số khía cạnh nhất định của quá trình chữa lành vết thương.

Chữa lành vết thương ở da bằng các chất cao phân tử như polyme tự nhiên là một trong những lĩnh vực nghiên cứu của công nghệ sinh học dược phẩm. Fucoidan đã được chứng minh là có khả năng điều chỉnh tác động của nhiều yếu tố tăng trưởng khác nhau thông qua các cơ chế được cho là tương tự như tác dụng của heparin. Fucoidan có những đặc tính có thể có lợi trong việc điều trị chữa lành vết thương. Màng Fucoidan-chitosan có thể thúc đẩy quá trình tái tạo biểu mô và co lại vùng vết thương. Khi thỏ bị bỏng bề mặt da được điều trị bằng gel Fucoidan-chitosan, quan sát thấy sự hình thành sợi và sẹo trên vết thương sau 7 ngày điều trị, sự hình thành nhú da tái tạo tốt nhất và vết thương mau lành nhất được quan sát thấy sau 14 ngày điều trị. Vì vậy công thức Fucoidan-chitosan hydrogel có thể phù hợp để điều trị bỏng da (dermal burns).

Hoạt tính chống viêm

Tất cả Fucoidan thu được từ 9 loài tảo nâu đều ức chế sự thu hút bạch cầu trong mô hình viêm ở chuột, và cả hàm lượng fucose và sunfat cũng như các đặc điểm cấu trúc khác của khung polysaccharide của chúng đều không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của Fucoidan trong mô hình này. Mekabu Fucoidan có thể làm giảm viêm phổi và giảm phản ứng do Th2 điều chỉnh, điều này có thể hữu ích trong điều trị viêm dị ứng.

Yang và cộng sự đã đánh giá tác dụng của Fucoidan đối với sự biểu hiện của enzyme tổng hợp oxit cảm ứng (iNOS) trong dòng tế bào đại thực bào, RAW264.7. Phạm vi nồng độ Fucoidan thấp (10 μg/ml) đã làm tăng mức độ biểu hiện cơ bản của iNOS trong các đại thực bào không hoạt động. Lần đầu tiên họ phát hiện ra rằng Fucoidan ức chế sự giải phóng oxit nitric (NO) trong tế bào RAW264.7 được kích thích bằng lipopolysacarit (LPS). Tác dụng ức chế hoạt hóa protein hoạt hóa 1 (AP-1) này của Fucoidan có thể liên quan đến tác dụng ngăn chặn NO và chống viêm của nó.

Bảo vệ dạ dày

Fucoidan từ Cladosiphon okamuranus tokida là một chất an toàn có khả năng bảo vệ dạ dày. Một chất chống loét và chất ức chế bám dính đối với Helicobacter pyroli bao gồm Fucoidan như một thành phần hoạt chất đã được cung cấp. Loại thuốc mới này có hiệu quả trong việc điều trị và ngăn ngừa loét trên niêm mạc dạ dày và ức chế sự bám dính của Helicobacter pyroli trên dạ dày. Fucoidan của Cladosiphon okamuranus cho thấy sự ức chế sự phát triển của tế bào ung thư dạ dày nhưng không cho thấy bất kỳ tác dụng nào đối với các tế bào bình thường. Hàm lượng sunfat và trọng lượng phân tử của Fucoidan lần lượt là 9,8% (w/w) và khoảng 3.200.000.

Ngăn ngừa tổn thương gan

Fucoidan ngăn ngừa tổn thương gan do concanavalin A gây ra bằng cách làm trung gian sản xuất interleukin nội sinh (IL)-10 và ức chế cytokine tiền viêm ở chuột. Chất xơ trong rong biển màu nâu ăn được (Laminaria sp., Sargassum fulvellum và Eisenia bicyclis) có tác dụng ức chế bệnh gan do D-galactosamine (D-GalN) gây ra và tác dụng bảo vệ ít nhất một phần là do Fucoidan gây ra.

Xơ gan là kết quả của tổn thương mãn tính ở gan kết hợp với sự tích tụ dần dần của các protein ma trận ngoại bào dạng sợi. Trên thế giới có hơn 100 triệu người mắc bệnh xơ gan. Sử dụng Fucoidan làm giảm suy gan cấp tính và mãn tính do CCl4 gây ra. Bệnh xơ gan do CCl4 gây ra cũng giảm bớt khi tiêm Fucoidan. Tổn thương tế bào gan và kích hoạt các tế bào hình sao ở gan là những sự kiện quan trọng trong bệnh xơ gan, và điều thú vị là việc điều trị tế bào gan bằng Fucoidan đã ngăn ngừa sự chết tế bào do CCl4 gây ra và ức chế sự tăng sinh của các tế bào hình sao ở gan. Vì vậy, Fucoidan có thể là một chất chống xơ hóa đầy hứa hẹn sở hữu chức năng kép, cụ thể là bảo vệ tế bào gan và ức chế sự tăng sinh tế bào hình sao ở gan.

Ngăn ngừa bệnh tiết niệu và bệnh thận

Oxalate, một trong những thành phần chính của sỏi thận, được biết là tạo ra các gốc tự do gây tổn thương màng thận. Biểu mô bị tổn thương có thể đóng vai trò là nidi tạo thành sỏi, làm trầm trọng thêm sự kết tủa canxi oxalate trong quá trình tăng oxy máu. Fucoidan từ F. vesiculosus có thể làm giảm tổn thương gốc tự do do oxalate gây ra.

Tổn thương ty thể là một sự kiện thiết yếu trong tình trạng tăng oxy máu, và Fucoidan có thể ngăn chặn nó một cách hiệu quả và do đó gây tổn thương thận trong tình trạng tăng oxy máu. Sử dụng Fucoidan có thể duy trì tính toàn vẹn của màng hồng cầu và giảm tổn thương hồng cầu trong tình trạng tăng oxy máu. Việc sử dụng Fucoidan đã nâng cao tình trạng chống oxy hóa, do đó ngăn ngừa tổn thương màng tế bào và giảm bớt môi trường vi mô thuận lợi cho sự hình thành sỏi. Sự hình thành tinh thể do quá bão hòa nước tiểu được coi là một trong những yếu tố chính cho quá trình sinh bệnh/tiến triển của quá trình tạo sỏi. Ở chuột tăng oxalat, có sự bài tiết gia tăng các tinh thể canxi oxalat monohydrat trong nước tiểu cùng với sự lắng đọng tinh thể trong mô thận; điều này đã được ngăn chặn bằng cách điều trị bằng Fucoidan.

Fucoidan có thể cải thiện sự chuyển tiếp biểu mô-trung mô và xơ hóa thận ở chuột bị suy thận mãn tính do adenine gây ra. Sự bài tiết protein qua nước tiểu và creatinine huyết tương tăng cao do gây ra viêm thận Heymann đã giảm đáng kể nhờ Fucoidan từ L. japonica bằng cách đặt nội khí quản bằng đường uống.

Điều này chỉ ra rằng Fucoidan có tác dụng bảo vệ đối với bệnh viêm thận Heymann đang hoạt động và là một tác nhân điều trị đầy hứa hẹn cho bệnh viêm thận (nephritis).

Tổng kết

Fucoidan của tảo nâu rất phức tạp và không đồng nhất, cho đến nay cấu trúc tinh tế của chúng vẫn chưa rõ ràng. Tuy nhiên, hoạt động sinh học của chúng hấp dẫn đến mức nhiều nghiên cứu đang được thực hiện về cấu trúc và hoạt tính sinh học của chúng hàng năm.

Bởi vì hầu hết các nghiên cứu về hoạt tính sinh học được thực hiện bằng cách sử dụng chế phẩm Fucoidan tương đối thô nên hiện tại không dễ để xác định mối quan hệ giữa hoạt động và cấu trúc. Nhưng rõ ràng là ít nhất một số hoạt động này không chỉ đơn thuần là tác động của mật độ điện tích cao mà còn có những đặc điểm cấu trúc riêng biệt. Các nghiên cứu về hình dạng trong tương lai về cấu trúc fucan được xác định rõ ràng sẽ giúp hiểu rõ hơn về các đặc tính sinh học của Fucoidan.

Tảo nâu có rất nhiều trên thế giới và một số loài (H. fusiforme, L. japonica, v.v.) đã được nuôi trồng với quy mô lớn. Hiện nay hầu hết tảo nâu được tiêu thụ dưới dạng thực phẩm hoặc phụ gia thực phẩm, trong khi một số trong số chúng đã được phát triển thành thuốc mới và thực phẩm chức năng. Thông qua biến đổi hóa học, ví dụ như sunfat hóa ở các vị trí đặc biệt, hoạt tính sinh học của một số Fucoidan đã được cải thiện đáng kể. Nghiên cứu sâu về cấu trúc của Fucoidan và khám phá hoạt động và cấu trúc mối quan hệ có thể cung cấp nền tảng lý thuyết cho việc phát triển và sử dụng nguồn tài nguyên tảo nâu.

Nguồn: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6245444/