A fukoidán terápiás hatásai: áttekintés a legújabb tanulmányokról

Absztrakt

A fukoidán egy poliszacharid, amely nagyrészt l-fukóz- és szulfátcsoportokból áll. A fucoidan világszerte kedvező, különösen az élelmiszer- és gyógyszeripar körében, ígéretes terápiás hatásainak köszönhetően. Dicséretes biológiai funkciói egyedi biológiai szerkezetének tulajdoníthatók. A fukoidánnal kapcsolatos klasszikus bioaktivitások közé tartoznak az antioxidánsok, a daganatellenesek, a véralvadásgátló, a trombotikus, az immunreguláló, a vírusellenes és a gyulladásgátló hatások. Újabban számos in vitro és in vivo vizsgálatot végeztek annak terápiás potenciáljának további kiemelésére. Ez az áttekintés a fukoidán és biológiai aktivitásainak megértése felé irányuló előrelépésekre összpontosít, amelyek jövőbeni terápiaként hasznosak lehetnek. Ezért összefoglaltuk az in vitro és in vivo vizsgálatokat, amelyeket a jelenlegi évtizedben végeztek. Arra számítunk, hogy ez a felülvizsgálat és számos más elméleti alapként hozzájárulhat a fukoidán megértéséhez és további termékfejlesztéshez.

1. Bemutatkozás

A tengeri környezet a kémiai és biológiai sokféleség gazdag forrása. Ezt a fajta sokféleséget a kozmetikumok, étrend-kiegészítők, agrokemikáliák és gyógyszerek kémiai vegyületeinek egyedülálló forrásaként tekintették [1]. A tengeri moszatok, például a zöld, a vörös és a barna alga különféle metabolitokat képes előállítani, amelyekre a biológiai aktivitások széles spektruma jellemző [2]. Számos vizsgálatot végeztek a táplálkozási és gyógyszerészeti tulajdonságaik tekintetében [3,4,5].

Körülbelül 2000 éven át a barna algákat, mint például a Sargassum spp., Hagyományos kínai orvoslásként (TCM) alkalmazták különböző betegségek, köztük a pajzsmirigybetegségek, például a golyvák kezelésére [6]. Ezenkívül hagyományosan scrofula, daganatok, ödéma, herefájdalom, duzzanat, szív- és érrendszeri betegségek, arteriosclerosis, fekély, vesebetegségek, ekcéma, rüh, pikkelysömör és asztma kezelésére is alkalmazzák [6]. Terápiás hatásukat tudományosan jóváhagyták, ezért in vivo és in vitro farmakológiai tevékenységekkel magyarázhatók, például rákellenes, gyulladáscsökkentő, baktériumellenes, vírusellenes, neuroprotektív és HIV elleni tevékenységek előidézésével.

Számos tanulmányt és áttekintést végeztek a múltban a fukoidán bioaktivitásáról, például antioxidáns, tumorellenes, immunregulációs, vírusellenes és antikoaguláns hatások előállításával [7]. Célunk, hogy a fukoidán bioaktivitásai mögött álló tényezők különböző szögeit lefedjük, mint például a forrás, a molekulatömeg (Mw), a szulfátcsoport és az extrakciós módszerek. Ezenkívül nyomon követtük bizonyos csoportok által végzett néhány tanulmányt azzal a céllal, hogy megfigyeljék és összehasonlítsák az előrehaladást korábbi tanulmányaik alapján.

2. Az irodalom összefoglalása

3. Fukoidán

A fukoidánt először 1913-ban vonták ki egy barna algafajból [8], mint például a Laminaria digitata, az Ascophyllum nodosum és a Fucus vesiculosus. A fukoidán negatív töltésű és nagyon higroszkópos poliszacharid [9]. Magas fucoidán-tartalom főleg az L. digitata, az A. nodosum, a Macrocystis pyrifera és a F. vesiculosus leveleiben található meg. A fukoidán vízben és savban egyaránt oldódik. Miután az első publikáció 1913-ban megtörtént, a fukoidánnal kapcsolatos publikált cikkek (tanulmányok) száma jelentősen megnőtt, különösen a modern korban. A vizsgálatok növekedésének oka az, hogy a fukoidán daganatellenes, antikoaguláns és antioxidáns aktivitással rendelkezik, valamint fontos szerepet játszik a glükóz és a koleszterin metabolizmusának szabályozásában [10]. Érdeklődést mutatott a fukoidán is, mivel képes védelmet nyújtani a májkárosodás és a húgyúti rendszer meghibásodása ellen. Nyilvánvaló, hogy a fukoidán kutatása fokozatosan virágzik, mivel ezeket a tevékenységeket végzik, és egyre több biotevékenysége és az egészséggel kapcsolatos előnye fedezhető fel, mivel a tanulmányok folyamatosan halmozódnak.

4. A fukoidán forrásai

A fukoidán egy szulfatált poliszacharid, amely számos tengeri forrás között megtalálható, köztük tengeri uborka [11] vagy barna alga [12]. Számos algát és gerinctelent állapítottak meg fukoidántartalmuk miatt, ideértve a Fucus vesiculosust, a Sargassum stenophyllumot, a Chorda filumot, az Ascophyllum nodosumot, a Dictyota menstrualist, a Fucus evanescenset, a Fucus serratusot, a Fucus distichust, a Cuizerpa Fascusiformát, a Caulerpa Pademususát, a Caulerpa racemosát Az 1. ábrán bemutatott crassifolia, Analipus japonicus és Laminaria hyperborea. Ezekben a forrásokban különböző típusú fukoidánok nyerhetők, és az alkalmazott extrakciós módszerek eltérőek, különösen, ha különböző vizsgálatokban beszámoltak róluk.

A fukoidán forrásai. 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. A Fucoidan szerkezete

A fukoidánt fukózzal dúsított és szulfatált poliszacharidként ismerik, amelyet elsősorban a barna algák extracelluláris mátrixából nyernek. A fukoidán l-fukózból, szulfátcsoportokból és egy vagy több kis xilóz-, mannóz-, galaktóz-, ramnóz-, arabinóz-, glükóz-, glükuronsav- és acetilcsoportból áll, különböző barna algákban [13,14,15]. Számos tanulmányban a kutatók a galaktofukánt is alkalmazták egyfajta fukoidán képviseletére. A galaktofukán monoszacharidként ismert, és a monoszacharid összetétele fukózzal kísért galaktóz, hasonló a ramnofukánhoz (ramnóz és fukóz) és a ramnogalaktofukánhoz (ramnóz, galaktóz és fukóz). A fukoidán szerkezete mellett a különböző tengeri moszattípusok között is van eltérés. Ennek ellenére a fukoidánnak általában kétféle homofukózja van (2. ábra). Az egyik (I) típus magában foglalja az ismételt (1 → 3) - l-fukopiranózt, a másik (II) típus pedig a váltakozó és ismétlődő (1 → 3) - és (1 → 4) - l-fukopiranózt [16].

I. és II. Típusú közös gerinclánc barna alga-fukoidánban. R lehet fukopiranóz-, glükuronsav- és szulfátcsoport, míg a galaktóz, mannóz, xilóz, ramnóz, arabinóz és glükóz elhelyezkedése többféle hínárfajban továbbra sem ismert.

A különböző algafajokból származó fukoidán szerkezetein alapuló jelentések a struktúrák szempontjából jobb kategorizálást eredményeztek. Szemléltetésképpen a Fucales-hez tartozó fajokból származó fukoidánok többségének (1 → 3) -α-l-fukóz és (1 → 4) -α-l-fukóz váltakozó kapcsolata van [17,18, 19,20,21]. Az Ascophyllum nodosum fucoidan [22] és az F. vesiculosus fucoidan szerkezete hasonlóságot mutat egymással, a különbség csak a szulfátminták és a glükuronsav jelenléte alapján szignifikáns. Számos Fucales faj, például a Fucus serratus, a Fucus distichus és a Pelvetia canaliculate hasonló fukoidán gerincet mutat, de az elágazásokban és a különféle monoszacharidok jelenlétében nagyobb változatosságot mutatnak [20,21,23]. Vannak azonban kivételek, például a Bifurcaria bifucardia és a Himanthalia megnyúlt fukoidánjai nem követik vagy tulajdonítják ezt a szerkezeti jellemzőt [24]. Ezért kihívást jelent a fukoidán szerkezetének azonosítása azon fajok alapján, amelyekhez tartoznak.

Egy másik fontos tény, amelyet érdemes megemlíteni, hogy a fukoidán szerkezete is nagymértékben függ a betakarítási szezontól. Ez az Undaria pinnafida fucoidan-on alapul, amely különálló jellemzőkkel és bioaktivitással rendelkezett, különösen akkor, ha különböző évszakokban szüretelték [25,26]. Ezenkívül meg kell jelölni, hogy a tisztítási módszer kritikus szerepet játszik a fukoidán szerkezetében is. Olyan mértékben, hogy az új tisztítási módszerek arra a megállapításra vezettek, hogy a fukoidánszerkezet több frakcióból áll [27]. Egy vizsgálat arról számolt be, hogy az A. nodosumból származó nyers fukoidán szerkezete a [→ (3) -α-l-Fuc (2SO3 -) - (1 → 4) -α-Fuc (2,3diSO3 -) domináns ismétlődését mutatta. - (1)] n [28]. Ugyanabból a fajból azonban egy tisztított frakció, amely elsősorban α- (1 → 3) -fukozil-maradékokat tartalmaz, ritka α- (1 → 4) kötéssel és erősen elágazónak bizonyult [29]. Ezért a különféle extrakciós módszerek alkalmazása eltérő struktúrákat eredményez. Például egy jelentés kimondja, hogy egy faj két különálló fukoidánszerkezetet termelt, különösen galaktofuktánokat és uronofukoidánokat [30]. Ezért hangsúlyozni kell, hogy a tisztítási technikák az egyik meghatározó tényező a szerkezet és a kapcsolódó bioaktivitások felé.

6. A fukoidán farmakokinetikai kutatása

A mai napig két klinikai vizsgálat van folyamatban, ezek a fukoidán biodisztribúciójára és toleranciájára összpontosítanak. Egészséges egyének vagy önkéntesek olyan vizsgálatokban vesznek részt, amelyek egy címkézett fukoidán biodisztribúcióját, biztonságosságát és dozimetriáját tartalmazzák (ClinicalTrials.gov, Identifier:> NCT03422055). Egy másik vizsgálatban a III-IV. Stádiumú nem kissejtes tüdőrákban (NSCLC) szenvedő betegeket vizsgálják (egy placebo-kontrollos vizsgálatban), ahol a kemoterápiás kezelésükhöz fukoidánt adnak annak meghatározása érdekében, hogy ez milyen hatással lenne a élet (ClinicalTrials.gov, Azonosító:> NCT03130829). Ezen vizsgálatok (klinikai vizsgálatok) eredményei fontos szerepet játszanak az ADME és az emberi fukoidán toxicitásának betekintésében.

7. Rákellenes kapacitás

11. Terápiás potenciál a HIV ellen

A HIV elleni gyógymód keresése világszerte számos tudós egyik középpontjában állt. Bár áttörést észleltek a vírus megszelídítésére jelenleg rendelkezésre álló (antiretrovirális gyógyszerek formájában) kezelés terén. A teljes felszámolására azonban továbbra is szükség van. A jelenlegi kezelés kihívása a mellékhatásokhoz kapcsolódik, különösen a kezdeti bevezetés során. A jelenlegi kezelések költségkímélőek is lehetnek, bár egyes országok támogatják az érintett személyeket. Ez viszont bizonyos korlátokat ró a kormányokra a túlzott kiadások tekintetében az emberek életének fenntartása céljából. Ezt figyelembe véve nagy szükség van új vegyületek kutatására az ilyen korlátok leküzdésére.

12. Cukorbetegség és metabolikus szindróma ellenőrzése

13. Antikoaguláns funkció

Az érrendszeri betegségek, mint például az iszkémiás szívbetegség, az érelmeszesedés és a mélyvénás trombózis, továbbra is világszerte a halálozás egyik vezető oka. Amint arról az Egészségügyi Világszervezet beszámolt, az ezekhez a betegségekhez kapcsolódó szövődmények az egész világon meghaladják a halál több mint negyedét [68]. A legtöbb esetben a trombotikus epizódokat általában antikoaguláns és antitrombotikus gyógyszerek segítségével kezelik, például heparint, a glikozaminoglikánok (CAG) családjába tartozó szulfátos glikánt [69]. Amint az várható volt, az ilyen terápiák általában nemkívánatosak, és súlyos vagy mérsékelt mellékhatásokkal járnak, amelyek elkerülhetetlenek [70]. A heparinnal kapcsolatos mellékhatások közé tartozik a trombocitopénia [71] és a vérzéses epizódok [72], ezért ezek korlátozhatják, legyőzhetik vagy akadályozhatják annak farmakológiai alkalmazását.

14. Módszerek

Elektronikus keresést folytattak azzal a céllal, hogy azonosítsák a szakirodalom szempontjából releváns cikkeket, a Web of Science online adatbázisból 2000-től 2019-ig. A keresés a „fukoidán szerkezete”, „farmakokinetika”, „fukoidán”, „tengeri moszat”, apoptózis ”és„ antivírusos ”. Az idéző listákat más kapcsolódó cikkek után manuálisan keresték. A kereséshez használt stratégiát az A. függelék ismerteti.

15. Következtetések és jövőbeli perspektívák

Köszönetnyilvánítás

Köszönetet mondunk Alan K Chang-nak (Wenzhou Egyetem) a hasznos beszélgetésért és a kézirat nyelvének felülvizsgálatáért. Köszönjük a Dél-afrikai Felsőoktatási és Képzési Minisztérium (DHET) pénzügyi hozzájárulását és általános támogatását. Köszönjük a Kínai Ösztöndíj Tanácsnak (CSC) a támogatást. Köszönetet mondunk A. Luthulinak, a Majesty Graphic Designs (MGD) munkatársának a hasznos tanácsokért és a grafikával kapcsolatos munkáért.