海星生物活性物质研究进展

海洋湖沼通报2006年TransactionsofOeanologyandLimnology№2文章编号:1003-6482(2006)02-0104-07海星生物活性物质研究进展韩力挥,袁文鹏2,丛日山2,樊廷俊2(1.中国海洋大学化学化工学院,青岛266003;2.中国海洋大学海洋生命学院海洋生物系,青岛266003)摘要:海星中含有蛋白、酶、甾类糖苷、神经节苷酯、生物碱等生物活性物质。在海星中已分离纯化出的物质具有多种生理活性。在这些提取物中,蛋白具有免疫活性,促细胞生长活性;甾类糖苷有细胞毒性、溶血、抗病毒、抗炎症、鱼毒素等活性;神经节苷酯类有抗肿瘤活性;生物碱类有细胞毒性、抗病毒、抗真菌活性关键词:海星;生物活性物质中图分类号:Q959.266文献标识码:A海星亦称星鱼,是海滨最常见的棘皮动物,属棘皮动物门( Echinodermata)、海星纲(Asteraided)。包括显带目( Phanerozonia),棘目( spinulosa),钳棘目( Forciplata)等。全世界的海洋中都有海星,它们生活在潮间带和近岸的平静海域。大多栖息在海岸下层或水较深的岸边。海星的种类很多,我国沿海有50~60种。海星为肉食性动物,可吞食各种软体动物、珊瑚、海胆等,且日昋食量大,对沿海的贝类养殖危害巨大。近来,海星体内的一些活性成分的相继发现,引起了国内外学者的广泛关注。到目前为止,海星体內及其卵细胞中已相继获得了十几类化合物,如甾类糖苷、甾醇、蛋白酶、氨基酸、多肽、蛋白多糖、脂类、生物碱等。这些化合物的生物活性也引起了研究者的极大兴趣,本文旨在对近年来海星中发现的具有生物活性的物质作一概述1蛋白质与酶类最早对海星提取物的研究,是从海星体内的蛋白质入手的。由于海星的免疫活性与脊椎动物的免疫活性具有同源性,因此,对海星免疫大分子的研究,可为进一步研究脊椎动物在免疫系统上的进化提供大量宝贵的资料1.1蛋白质分子在福氏海盘车( Asterias forbesi)体腔液中发现有和哺乳动物补体系统相似的活性。研究发现海星体腔液对非致敏的兔红细胞有溶血活性,但对非致敏或抗体包被的绵羊红细胞无此活性。海星体腔液溶血活性试验最适温度为25度,且遵循S型温度曲线。此溶血活性是二价阳离子依赖的(Ca2-,Mg2依赖)。体腔液的中国煤化工链酶聚酶、胰岛素和PMSF消耗掉。另外,腔细胞裂解液有杀死塔YHCNMHG生物活性基金项目:国家教育部留学回国人员基金资助项目(No.980418)资助第一作者简介:韩力挥(1963-),男,高级工程师**ERA:Tel:0532-82031637:Fax:0532-82031637:E-mail:tifan(@ouc.edu.cn收稿日期:2005-07-1海星生物活性物质研究进展105在海星体腔液中还发现了许多与免疫活性有关的蛋白分子(表1)。1996年, Legac e从海星中提纯了类IL2、TNF等具有免疫活性的蛋白分子8。1999年, Isabelle cande等人在福氏海星再生组织中提取出了一种肝磷脂结合蛋白分子( Heparin binding),此物质是一种生长因子,可刺激纤维原细胞、表皮细胞(3T2、3HK21、 Hella cells y的增殖,这种蛋白包含4种不同的多肽,均富含Lys、Ser、Ala、Gly,经电泳分析其分子量分别为28000,23000,17000,11000道尔顿表1海星体腔液中的免疫蛋白分子Table 1 Immune system proteins in the coelomic fluid of starfish分子量等电点免疫蛋白分子性(kDa)该蛋白在0.5mg/mL浓度下,能显著抑制T依赖抗体的分泌,而对非T依赖抗体的产生无显著作用,其作用机理是海星因子通过一种淋巴因子的分泌来阻碍T依赖抗体的克隆。另外,海星因子能有效扣制在伴刀豆球蛋白悬浊海星因子(SS液中培养的小鼠巨噬细胞Ia抗原的产生。体内试验也证明了海星因子可抑制Ia抗原表达,将海星因子进行李斯特菌属感染的小鼠腹膜內注射,结果发现小鼠腹膜內巨噬细胞分泌的la抗原减少了3/41当宿主发生炎症反应,细胞膜离子浓度会发生变化,这过程中铁蛋白起到了重要作用。2001年, Gregory Beck等人从福氏海星腔细胞cDNA文库中克隆出了一种铁蛋白急性期蛋白19.44.82分字,这种蛋白分子氮基酸序列与脊椎动物的铁蛋白分子(铁蛋白)有同源性。实验发现当福氏海星腔细胞被LPS刺激后,在细胞体外培养悬浊液中离子数量下降,此时腔细胞中铁蛋白mRNA表达升高,结果表明这种蛋白是一种急性期蛋白IL-1是一种主要的免疫调节分子,由巨噬细胞和其它相关细跑分泌产生,在抵御外来入侵中承担重要作用。这类分子与脊椎动物中IL-1有相似的活性。海星IL-1能够刺激类IL-1蛋白4.8小鼠胸腺细胞的增生,还能刺激纤维原细胞的增及纤维蛋白的合成。同时,海星ⅡL-1可激发腔细胞的吞噬作用。海星lL-1的活性受到人的IL-1抗体的抑制,这说明海星IL1与鼠和人的Il-1有相似之处61IL-6蛋白是一类炎症细胞因子,通过B9试验发现海星IL类IL-6蛋白5.5类6能中国煤化工抗血清所抑制CNMHG2酶分子Kishimur等人在海星 Asterina amurensis的幽门盲囊中提取了一种类似于羧肽酶A后最近又提取出了类似羧肽酶B的物质,此酶分子量约在34000,催化底物为苯甲酰一甘氨酸L一精氨酸酶的最佳条件是55CpH=7.5。此酶可被Cσ3激活,被Hg2-,EDIA所抑制。N106海洋湖沼通报2006年末端氨基酸序列为 ASFDYNVYHSYQEIMNWITN0。在海星( Asterina pectini fera)体壁中提取了一种脱氢酶(TaDH),此酶类似于膂椎动物中的烟酰胺腺嘌呤氧化还原酶(NAD),TaDH是一种单体蛋白,分子量在3200,PI为5.2在pH=8.7~9.2有催化活性。在福氏海星中还获得了一种羟化酶,催化胞苷一磷酸N乙酸神经氨酸唾液酸( CMP-Neu5Ac)酶的最适条件在25CpH=6.412。之后,在2000年,Naoko iriyama等人从这类海星卵巢中高度纯化岀一种唾液酸酶,海星唾液酸酶性质与人胎盘中的唾液酸酶具有惊人的相似之处,且此酶较哺乳类唾液酸酶稳定,更易于获得1。于是,有效地得到此种酶为更深入的研究哺乳类唾液酸酶的功能和结构提供了很好旳材料来源。有关海星分离纯化岀的酶的报道日渐增多,如谷胱甘肽过氧化物酶、抗氧化物酶、ATP二磷酸羟化酶、磷脂酶A210等据最新报道,由来自英国纽卡斯尔大学和牛津大学的科学家组成的小组,从海星中提取出了一种环相关激酶。该酶可对健康细胞的生长和分裂过程起到开关式的控制作用,在很多癌症的发病过程中起着关键作用。当该酶被激活时,细胞会产生分裂,相反则细胞分裂停止。研究发现,包括乳腺癌、肠癌和肺癌在內的癌症患者中有60%其控制环相关激酶旳基因都产生了变异结果导致该酶始终处于激活状态,造成细胞不受控制地分裂而形成肿瘤。因此,如能找到抑制环相关激酶的物质,则可阻止肿瘤细胞的分裂而起到抗癌效果,海星所产卵中环相关激酶含量尤为丰富,一只海星可产数以万计的含环相关激酶的卵,可为实验室提供大量该种酶,从而进行此酶的三维结构和性质的研究2甾类糖苷近几年来,许多研究倾向于海星提取物的药理学活性及其作用机理,其中研究最热成果最多的当属甾类糖苷化合物。海星中甾类糖苷化合物有多种生物活性,如细胞毒性、溶血活性、抗肿瘤活性、抗真菌活性、抗病毒活性、抗炎症活性、鱼毒素活性等,关于海星甾类糖苷化合物不同的生物学活性依赖于其所含的单糖残基数。从海星中提取的甾类糖苷根据其化学结构不同将其分为三类:硫酸酯甾类糖苷、多羟基甾类糖苷、环甾类糖苷凵2.1硫酸酯甾类糖苷主要分布在海星的体壁和性腺中,硫酸酯甾类糖苷其苷元部分为Δ羟基甾醇,C-3位上连有一个硫酸基团,C-6位上连接有寡糖链,寡糖部分通常由5~6个糖单位,C23位上连有含氧基团1。在南极海水领域不同种类的海星中( Halityle regularis, Cosinasterias tenuispina, Henricia laeviscula, Culcita novaeguineae, Oveaster reticulates Henriεindoαneνae)。分离岀?种硫酸酯甾类糖苷,13种多羟基甾类糖苷,14种多羟基甾醇,其中选岀了15种并对它们的生物活性进行了研究发现它们对体外培养的支气管肺癌细胞( NSCLO-N6)有细胞毒性,硫酸酯甾类糖苷类中国煤化工1812.2多羟基甾类糖苷CNMHG这类化合物,是在多羟基化的甾体糖基上连有一个或两个糖单位,糖的连接一般在C-3或C-26位上。多羟基甾类糖苷有硫酸化与非硫酸化两种存在形式。在南极海水领域不同种类的海星中提取的13种多羟基甾类糖苷,具有3B,4a,6aα,88,15B,26六羟基甾醇结构在C26位上有一个或两个单糖单位。在海星( Linckia laevigata)中发现了两种多羟基甾类糖苷,2期海星生物活性物质研究进展107命名为 Linckosides a, Linckosides b.它们的立体化学结构得到了鉴定,在C3,C29上有-单糖单位,这两类甾类糖苷对PCl2细胞显示岀了很强的神经元活性,且能增强神经生长因子对PC12细胞向神经元分化的诱导。尽管 Linckosides a同 Linckosides b在结构上只差一个糖单位,但活性上 Linckosides b明显高于 Linckosides a2.3环甾类糖苷此种甾类糖苷在海星中含量很少,在刺海星属的两类海星有所发现。其特点是分子中没有硫酸基团,但有葡萄糖醛酸,具有Δ-3β,6β二羟基甾体环,三糖部分与C3,C6环合连3脂类海星中磷脂的含量较高一般占总脂的35%~43%,主要是1-O-烷基-1-2-酰基磷脂酰乙醇胺和1,2-二酰基磷脂酰胆碱。还有报道,从海星中得到纯的磷脂成分α另外,在海星生殖腺中还发现含有两种不饱和脂肪酸EPA和DHA,这两种分子分别占总脂肪酸的11.34%和6.25%。EPA和DHA有降血脂、降血压、抑制血小板凝集、提高生物膜流动性、抗肿瘤、抗炎症等生物活性,因此可将其应用于医药、保健食品等生产中。从海星体内相继分离出了一系列的神经节苷酯类的化合物,在 Asterias pectinifera中得到了GP-2,发现此分子可提高体外培养的神经节细胞的存活率;在 Asterias amurensis中分离出了GAA-6和GAA-7,GAA-7能抑制鼠成神经细胞瘤细胞系的生长;从 Astropecten aterspinosus中提取的神经节苷酯LG-1和LG2,主要成分为LG-2,它有温和的抗肿瘤活性,对体外培养的L.1210细胞系有抑制用。另外, Higuchi等人在 Asterias amurensis中获得了6种脑苷酯。4生物碱生物碱是含负氧化态氮原子的存在于生物有机体中的环状化合物,主要分布于植物界,在动物中发现的生物碱极少。1986年有人从海星D. imbricata中分离得到一种结构独特的苯基四氢异喹啉生物碱类化合物2。1995年, Elio palagiano等人在 Froma monillis和 Celeri-na heffernan2种海星中发现了5种五轮列胍生物碱类分子,分别命名为 Ptilomycalin A,Crambesiadin800, Fromiamycalin4, Celetomycalin和 Compound5。这5种化合物的主要结构骨架是五轮列胍的亚精胺或羟亚精胺残基上连接了—个线性的w羟基脂肪酸,它们对被HIV-1感染的CEM4细胞有很强的细胞毒性。前3种的浓度为0.11g/mL、第4种的浓度为0.32μg/mL时,具有明显的细胞毒性,而化合物五的细胞毒性较弱,在浓度为2.7g/mL时才有细胞毒性。此外,这5种化合物的抗病毒、抗中国煤化工CNMHG5其它在海星体壁中还含有酸性粘多糖,经研究表明海星酸性粘多糖具有抗凝血、降低血清胆固醇、抑制红细胞凝聚及血栓形成、改善微循环等作用,是治疗微循环障碍及冠心病、脑血栓的良108海洋湖沼通报2006年好药物来源。在海星 Acanthaster planci毒液中提取了一种碱性糖蛋白,分子量约在2000025000道尔顿之间,糖链含量为3.5%,这种碱性糖蛋白具有溶血活性,对小鼠的半致死剂量为0.43mg/kg。另外,在海星中还提取出了一系列蒽醌化合物8,多胺类化合物等活性物质。近年来,一些学者倾向于对海星体內的毒素研究,如河豚毒素(TTX),而这些毒素是由海星体内寄生的微生物所分泌海星分布广泛,数量多,利于获得,且排卵量大,易于在实验室培养,因此是很好的实验室研究素材。海星富含蛋白,将其作为新的海洋蛋白源用于食品和功能性食品的硏究引起了关注,如研制岀海星明胶代血浆、海星黄等产品。更重要的是海星含有大量的活性物质,有些物质具有潜在的药用价值。最近对海星的报道日见增多,尤其是海星的细胞毒性,具有抗肿瘤的活性,为寻找新的抗癌药物提供了参考参考文献1]周鹏,顾谦群,王长云.海星皂甙及其他活性成分研究概况[].海洋科学,2000,24(2):35-37[2 Leonard LA, Strandberg JD, Winkelstein JA. Complement-like activity in the sea star, Asterias forbesi[3 Kerlin RL, Cebra JJ, Weinsteiet al. Sea star factor blocks development of T-dependent antibodcteting clones by preventing lymphokine secretion[J. Cell Immunol. 1994, 156(1):62-67.[4 Donnelly JJ, Vogel SN, Prendergast RA. Down-regulation of Ia expression on macrophages by sea starfactor[J. Cell Immunol, 1985, 90(2):408-415[5 Beck G, Ellis TW, Habicht GS. Evolution of the actue phase response: iron release by echinoderm ceolomocytes, and cloning of an echinoderm ferritin molecule[J]. Dev Comp Immunol, 2002, 26: 11-15[6 Beck G, Hbicht GS. Isolation and characterization of a primitive interleukin-1-like protein from an invertebrate, Asterias forbesi[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1986,83(19):7429-7433[7 Beck G, Habicht GS. Characterization of an IL-6-like molecule from an echinoderm (Asterias forbesi)1996,8(7):507-512[8 Legac E, Vaugier GL, Bousquet F, et al. Primitive cytokines and cytokine receptors in invertebratethe sea star Asterias rubens as a model of study[J]. Scand J Immunol, 1996, 44(4):375-380[9 Cancre I, Wormhoudt AV, Gal Y. Heparin-binding molecules with activity in regenerating-tissue ofstarfish Asterias rubens [J]. Com parative Biochemistry and Physiology, 1999, 123(3):285-292.[10 Kishimura H, Hayashi K. Isolation and characteristics of carboxypeptidase b from the pyloric ceca ofthe starfish Asterias amurensis [J]. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol,2002,133(2):183-18911] Kan-no N, Sato M, Yokoyama T, et al. Tauropine dehydrogenase from the starfish Asterina pectinif-era: presence of opine production pathway in a deuterostome invertebrateLJJ. Comp Biochem Physiol B[12] Gollub M, Schauer R, Shaw L. Cytidine morTYH作120(3):605-615[13 Iriyama N, Takeuchi N, Shiraishi T, et al. Enzymatic properties of sialidase from the ovary of the star-fish Asterina pectinifera LJ]. Com p Biochem Physiol B Biochem Mol Biol, 2000 Aug: 126(4): 561[14] Gamble SC, Goldfarv PS, Porte C, et al. Glutathine Peroxidase and other Antioxidant Enzyme function海星生物活性物质研究进展in Marine Invertebrates[J]. Marine Enviromental Research, 1995,19: 191-195[15] Mita M, Yoshimi M, Nagaham Y. Ecto-ATP diphosphohydrolasarian follicle cells of starfishAsterina pectinifera[]. [J] Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol,1998,119: 577-583[16] Kishimura H. Hayashi K. Isolation and Characteristics of Carboxypeptidase B from Pyloric Ceca of theStarfish Asterias amurensis [J]. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol, 2002, 133: 183-189[17] Gorshkov BA, Kapustina II, Kicha AA. Stimulatory effects of starfish sapogenins on molluscan heatLJ. Com parative Biochemistry and Physiology, 1998. 120: 235.[18] De Marino S, Iorizzi M, Zollo F, et al. Isolation, structure elucidation, and biological activity of thesteroid oligoglycosides and polyhydroxysteroids from the Antarctic starfish Acodontaster cons piculJ]. y Nat Prod,1997.60(10):959966[19] Kicha AA, Ivanchina NV, Gorshkova IA, et al. The distribution of free sterols, polyhydroxysteroidsand steroid glycosides in various body components of the starfish Patiria (=Asterina) pectini feralJCom p Biochem Physiol B Biochem Mol Biol, 2001, 128(1): 43-52[20] Roccatagliata AJ, Maier MS, Seldes AM. Starfish saponins, Part 2. Steroidal oligoglycosides from thestarfish Cosmasterias lurida[J]. J Nat Prod, 1994, 57(6): 747-754[21 Qi J, Ojika M, Sakagami Y. Linckosides A and B, two new neuritogenic steroid glycosides from theOkinawan starfish Linckia laevigata [J]. Bioorg Med Chem, 2002, 10(6):1961-1966[22] Riccio RD, Simone E, Dini A, et al. Starfish saponins VI-unique 22, 23-epoxysteroidal cyclic glyco-Dembitskii VM. Phospholipid and fatty composition of echinoderms. II. Class Asteroidea[J]prim Soedin,1988,3:3535-353[24 lorizzi M, Minale L, Riccio R. Starfish saponins, part 46. Steroidal glycosides and polyhroxysteroidsfrom the starfish Culcita novaeguineae LJ]. J Nat Prod,1991, 54(5):1254-126425 Higuchi R, Matsumoto S, Isobe R, et al. Structure Determination of the Major Component of the Starfish Ganglioside Molecular Species LG-2 by Tandem Mass Spectrometry[J]. Tetrahedron, 1995,51(33):8961-8968[26] Pathirana C, Andersen RJ. Imbricatine, an unusual benzylterahydroisoquinoline alkaloid isolated fromthe starfish Dermasterias imbricata[J]. J Am Che Soc, 1986, 108(26):8288-8289[27 Palagiano E, Marino SD, Minale LR. et al. Ptilomycalin A, Crambescidin 800 and Related New Higlly Cytotoxic Guanidine Alkaloids from the Starfishes Fromia monilis and Celerina hef fetnani [J]. Terrahedron,1995,51,12293-12300.[28 Iorizzi M. Starfish sapainis, 52. Chemical constituents from the starfish Echinaster bransiliensisLJ. JNat prod,1993,56(12):2149-2162[29 Lin SJ, Hwang DF. Possible source of terodotoxin in the starfish Astropecte scoparius[J]. Toricon001,39(4):573-579[30 Keesing JK, Halford AR, Hall KC. Large-scale laboratory culture of the crown-of-thorns starfishAcanthaster planci(L )(Echinodermata: A中国煤化工7,157(3):215226CNMHG110海洋湖沼通报2006年RESEARCH PROGRESS IN THE BIOACTIVE MATERIALSFROM STARFISHHAN Lihui, YUAN Wenpeng. CONG Rishan, FAn Tingjun(1. College of Chemistry and Chemical Engineering,, Ocean University of ChinaQingdao 266003, China; 2. Department of Marine Biology, College of Marine Life SciencesOcean University of China, Qingdao 266003, China)Abstract: Starfish contains different types of bioactive materials, such as proteins, enzymessteroidal glycosides, gangliosides, alkaloids etc. The extracts of the starfish show a varietyof pharmacological activities. Among the extracts, proteins show immunocompentence activity, and can stimulate the prolifertion of the cells. Steroidal glycosides have cytotoxic. hemolytic, antiviral, anti-inflammatory, and ichthyotoxic effects. And gangliosides have antitumor activity, while alkaloids have cytotoxic, antiviral, and antifungal activities.Key words: starfish; bioactive materials中国煤化工CNMHG