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多糖类化合物在自然界中分布广泛，是生命物质的重要组成成分。它不仅能够调节免疫细胞间信息的传递与感受，还具有控制细胞的分化、分裂，调节细胞的生长和衰老以及维持生命有机体的正常代谢等多种功能。大量的研究证明，从植物、真菌、细菌等提取的天然多糖，具有来源广泛、毒副作用低、安全性高、免疫增强功能广泛等优点，是一种理想的免疫增强剂。从海洋微藻中提取的海藻多糖，品种多、资源丰富，具有抗病毒、抗辐射、抗氧化等多种生物活性，成为近年来研究开发的热点。
1 海藻多糖
海藻多糖是一类多组分混合物，由不同的单糖基通过糖苷键（一般为C1,3-键和C1,4-键）相连而成，是海藻细胞间和细胞内所含的各种高分子碳水化合物的总称。一般为水溶性，大多含有硫酸基，多具高黏度或凝固能力。海藻多糖的种类很多，根据其来源不同，分为红藻多糖、绿藻多糖、褐藻多糖等，其中褐藻多糖的种类和数量最多（表1）。不同来源的海藻多糖，组成多糖的糖基单体也不相同。目前对其结构的研究主要集中于其所包含的糖单元及含量，如褐藻细胞壁中的多糖包括25%的L-岩藻糖、26%的D-木糖、19%的D-己四醇醛酸、13%的硫酸盐和12%的蛋白质；另一方面是侧重于其结构对活性的影响。由于海藻多糖具有多方面生物活性，其作用机制也受到了研究人员的普遍重视,并努力将一些活性不高的多糖通过化学修饰,得到活性较高的多糖。如法国科学家从褐藻中提取的高分子岩藻聚糖,利用其结构与抗凝血的低分子量的岩藻聚糖的关系,通过自由基降解和离子交换色谱法,制得具有抗凝血性的低分子量的岩藻聚糖。
2 生物活性
2.1 免疫调节作用
2.1.1 对免疫细胞和细胞因子的调节
海藻多糖能刺激各种免疫活性细胞（如巨噬细胞、Ｔ淋巴细胞、Ｂ淋巴细胞等）的分化、成熟、繁殖，使机体的免疫系统得到恢复和加强。Zhu Gefei等（2003）研究了λ-角叉菜胶的免疫调节作用，证实不同分子量的λ-角叉菜胶均能显著刺激免疫器官的生长和自然杀伤细胞的分泌，其中分子量为15kDa和9.3kDa的λ-角叉菜胶效果最好。魏文青等（2001）给小白鼠灌胃海藻多糖,研究其对正常和免疫功能低下（环磷酰胺）的小鼠的免疫调节作用，证实SPS（Sulfated Polysaccharide form Seaweed，海藻硫酸多糖）能增强正常小鼠腹腔巨噬细胞吞噬肌红细胞的能力。高剂量SPS（1.07g/kg）能增强小鼠碳粒轮廓清晰能力,高（1.07g/kg）、中剂量（0.53g/kg）SPS能提高小鼠血细胞凝集程度。SPS体外对Ｔ、Ｂ淋巴细胞有促增殖作用。对于环磷酰胺所致免疫低下小鼠, SPS可以通过调节血象、增加胸腺指数、提高Ｔ淋巴细胞和CD8+细胞数目，促进T、B淋巴细胞增殖来缓解小鼠免疫功能的低下。薛静波等（1999）研究了海带多糖对C57BL/6小鼠腹腔巨噬细胞的激活作用，结果表明，腹腔注射海带多糖（40mg/kg）不仅能够明显激活小鼠腹腔巨噬细胞,增强其细胞溶解作用，而且能在脂多糖（LPS）（10ng/ml）存在的条件下，体外释放肿瘤坏死因子。在C3H/HeJ小鼠中,海带多糖可导致腹膜巨噬细胞分泌细胞因子白介素-1α和释放（徐旭等，2004）。
螺旋藻多糖能够非常明显的促进小鼠脾细胞对丝裂原刀豆素的增殖反应，提高小鼠的免疫机能。极大螺旋藻胞外多糖可提高小鼠自然杀伤（NK）细胞的活力，促进白细胞介素产生，增强淋巴细胞和混合淋巴细胞的转化功能。用螺旋藻多糖（150×10-6～300×10-6）灌胃或腹腔注射，均能提高小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬率和吞噬指数，并且还能提高外周血中T淋巴细胞的百分数和血清溶血素的含量。用10mg/l 钝顶螺旋藻多糖（PSP）加入不同浓度的白细胞介素-Ⅱ 诱导淋巴因子激活杀伤细胞的培养体系中，显示PSP可提高病人LAK细胞活性（15.3%~30.5%），而且可减少rIL-2（脂质体）用量（曾航波等，2000）。由海带中提取的褐藻糖胶是一种酸性多糖，它是小鼠B淋巴细胞的有丝分裂原，对B细胞的增殖有激活作用，并能增强小鼠的体液免疫与腹腔巨噬细胞的吞噬功能，促进淋巴细胞转化，对大鼠红细胞凝集也有明显的促进作用。
2.1.2 对补体系统的作用
补体过度激活，不仅会消耗大量的补体成分，导致机体的抗感染能力下降，而且在激活过程中产生大量的具有生物活性的物质，引起机体发生过度的炎症反应而引起自身组织和细胞的损伤。而海带水溶性多糖对补体旁路有一定的作用。Zvyagintseva等（2000）研究发现20g/l的褐藻糖胶（海带多糖中的一种）对红细胞的溶解产生50%的抑制。
2.2 抗病毒
海藻多糖大多含有硫酸基，并且抗病毒作用与SO42-含量成正相关。天然硫酸酯化多糖的抗病毒活性与其硫酸基团及其含量、分子量的大小有关。海藻多糖钙配合物（CaSP）能选择性抑制病毒在宿主细胞中的复制和传播，而形成的钙离子螯合物和硫酸根是在宿主细胞中抗病毒效果所必需的。CaSP能够抑制少数有包膜病毒的复制，这些病毒包括单纯疱疹病毒Ⅰ型、人巨细胞病毒、麻疹病毒、流行性腮腺炎病毒、流行性感冒病毒和HIV-Ⅰ（王长海，2004）。太平洋裂膜藻中的硫酸多糖是HIV病毒逆转录酶的特异性抑制剂，其浓度为2 000IU/ml 时，对病毒逆转录酶活性的抑制率高达92%，而对宿主细胞DNA 和RNA的合成无影响。这一物质不仅可抑制HIV逆转录酶，而且对其它病毒的逆转录酶也有抑制作用（王安利等，2002）。耿美玉等（2001）采用体外细胞培养技术,证实海洋硫酸多糖911(简称911)可明显抑制HIV-Ⅰ对MT4细胞的急性感染和H9细胞的慢性感染。进一步研究显示：911体内外均可明显抑制HIV-Ⅰ病毒的复制,其作用机理与抑制病毒逆转录酶活性、干扰病毒与细胞吸附及增强机体免疫功能有关。
也有学者认为，硫酸多糖抑制病毒的机理主要是通过抑制病毒在宿主细胞上的吸附，使其不能进入细胞，而在细胞外液中被杀死。Zhu等（2004）从展枝马尾藻中提取到一种硫酸多糖，发现其浓度为100μg/ml时，抑制细胞吸附的活性高达94.9%，而细胞外杀死病毒的活性达到80%。于红等（2002）以不同剂量的钝顶螺旋藻多糖（PSP）作用于病毒复制周期的各个阶段,结果发现：PSP对Vero细胞毒性极低；对单纯疱疹病毒Ⅰ型（HSV-Ⅰ）无直接灭活作用,可干扰病毒向宿主细胞的吸附，且经PSP预处理的细胞,能明显阻滞病毒产生细胞病变；PSP可有效地抑制病毒复制,但不影响病毒的释放；PSP可明显抑制HSV-Ⅰ糖蛋白mRNA的表达。
褐藻胶也有很强的抗病毒活性，抑制程度随着褐藻胶浓度的增加而增强，且随着褐藻胶中含量的增加而增强。电镜分析表明，褐藻胶能使TMV形成“筏形”团聚物。团聚物的形成阻止了感染TMV细胞的脱荚膜过程，并阻止了TMV的RNA穿过细胞膜，从而防止感染。褐藻胶中的G含量决定着褐藻胶的黏度，古洛糖醛酸残基通过将糖链连接成网状，这是褐藻胶抗病毒活性与分子中G含量高低相关的原因。
2.3 抗氧化
过多的活性氧自由基对吞噬细胞本身及其它细胞、组织及生物大分子有破坏作用，而脂质过氧化加速又可造成正常细胞的破坏和死亡。海藻多糖不仅具有清除活性氧的作用，还能够显著降低脂质过氧化物（LPO）的含量，提高过氧化物酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，具有清除过多自由基与抗脂质过氧化的作用。钝顶螺旋藻多糖能显著增强机体抗氧化及抗自由基损伤的能力，其机制可能是通过促进机体对SOD、GSH-Px（谷胱甘肽过氧化物酶）及GSH等的生物合成而增强机体清除自由基的能力（左绍远等，1998）。低浓度的SPS（1～5g/l）对多形核白细胞（PMN）呼吸爆发产生的活性·O2-的作用是直接清除；而高浓度的SPS（10g/l）除直接清除PMN 呼吸爆发产生的·O2-外，尚能部分抑制PMN的活性，阻止·O2-的生成（周志刚，1997）。
鼠尾藻和铜藻多糖经远紫外线照射24h后，清除超氧阴离子的水平明显下降，但却能显著抑制氧自由基对过不饱和脂肪酸的氧化作用（王长海，2004）。田晓华等（1997）用ESR和自旋捕集技术观察到褐藻多糖（BSP）在体外具有较强的清除Fenton反应和光照H2O2产生的·OH 及次黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶和光照核黄素产生的·O2-的作用，是一种很好的抗氧化剂。同时它还能明显清除白细胞呼吸爆发时产生的·O2-，而且较大浓度时也能部分抑制白细胞呼吸爆发，抑制自由基对免疫系统的损伤，从而增强免疫功能。BSP可使体内SOD、GSH-Px活性增加，并使脂质过氧化程度降低，同时使移植瘤生长受到抑制。詹林盛等（1999）研究表明，100mg/l和200mg/l 的大分子量多糖（BSPh）和小分子量多糖（BSPs）都能明显降低H2O2对细胞DNA损伤程度，这表明BSP 能够清除自由基，降低氧化应激所致的细胞DNA损伤程度，有利于维护细胞的正常结构和功能。因此，BSP可作为一种预防性抗氧化营养素，用于预防氧化应激引起的疾病。刘恒等（1998）给南美白对虾口服海藻多糖，结果表明，添加海藻多糖后，其酚氧化酶活力，溶菌、抗菌活力和超氧化物歧化酶活力均高于对照组，促进了机体的抗氧化能力。石达友等（2004）给肉鸡注射海藻多糖（40g/l），证实其能显著提高血清超氧化物歧化酶活性（P<0.05），提高免疫器官指数。
2.4 抗肿瘤
研究证明，海藻多糖具有抗肿瘤作用。目前，已从海带、羊栖菜、海蒿子、螺旋藻、褐藻等多种生物中提取到具有抗肿瘤作用的多糖。海藻多糖抑制肿瘤的效果，不是直接作用于肿瘤细胞，而是通过提高生物机体对肿瘤细胞的防御能力和增强宿主免疫系统的功能来实现的。不同来源和不同分子量的海藻多糖，其抑瘤活性也不一样。
将从海带等褐藻中提取的高纯度U-岩藻多糖类物质注入人工培养的骨髓性白血病细胞和胃癌细胞后,这两种细胞内的染色体就会被自有酶所分解,而正常细胞不受影响（寿佩勤，2004)。王庭欣等（2000）研究证实，海带多糖能显著抑制对小鼠H22实体瘤细胞的生长，其抑瘤的最佳剂量为1 000mg/kg,抑瘤率为43.5%。而Zhu Gefei等（2003）报道λ-角叉菜胶（200mg/kg）对S180肉瘤和H22实体瘤的抑制率分别为66.15%、68.97%。数据不同的原因可能是多糖的来源不同。Itoh等（1993）报道，从鼠尾藻中分离的多糖GIV-A可抑制埃利希（EAC）腹水癌。曲显俊等（2000）在钝顶螺旋藻多糖体内外抗癌实验中发现,对B37乳腺癌细胞的抑瘤率最高可达68.0%,对Ｋ562白血病细胞抑瘤率为46.0%。螺旋藻多糖以300mg/kg、150mg/kg和75mg/kg灌胃给药时,对小鼠S180肉瘤的抑瘤率分别为55.2%、44.6%和33.8%，对EAC小鼠腹水癌的抑瘤率分别为56.95%、44.7%和22.8%，对荷瘤小鼠有明显提高脾指数和胸腺指数的作用。肺癌细胞、胃癌细胞、人白血病细胞HL-60在含有螺旋藻多糖、多糖蛋白的RPMI培养液中培养后,细胞形状变得不规则,细胞内出现空泡，并逐渐解体（张以芳等，2000）。施志仪等（2000）研究发现海带褐藻糖胶可抑制人肝癌细胞进入对数生长期，从而抑制了肿瘤的生长。当剂量达到250μl/ml时，加样24h后就表现出杀伤作用。从细胞形态来看，实验组细胞生长缓慢,细胞形态较小，多呈圆形，分布不均匀。Mishima等（1998）研究发现绿藻多糖的Ca2+螯合物能抑制黑色素瘤B16、BL6的浸润与转移。翟振国等（2004）通过建立lewis肺癌小鼠模型，研究海藻硫酸多糖（SPS)对肺癌增殖的抑制作用。结果表明，SPS连续灌服给药10d，对小鼠lewis肺癌的生长具有明显抑制作用（抑制率高达65.41%）。
2.5 与金属离子的络合作用
藻类的细胞壁主要有多糖、蛋白质和脂肪构成的网状结构，带有一定的负电荷，且有较大的表面积与黏性。此外，细胞膜是具有高度选择性的半透膜，这些结构决定了藻类可富集金属离子。尹平河等（2000）对9种大型海藻研究的结果表明，它们对Cu、Pb、Cd的吸附容量在0.8~1.6mmol/g之间，远高于其它生物种类。褐藻胶对两价以上的阳离子的亲和力非常强，可作为金属离子的结合剂和阻吸剂。傅德贤等（1995）利用半叶马尾藻与Fe2+、Zn2+等微量元素配合得到海藻多糖配合物，以300mg/kg的剂量饲喂小鼠，发现其能提高小鼠的血红蛋白和红细胞数量，且增强机体免疫功能的效果优于海藻多糖，其中Fe3+ 海藻多糖配合物效果最显著。Becher G等研究了在岩藻多糖存在的情况下，小鼠肠腔对铁、钴、锰、锌的吸收情况，结果表明，岩藻多糖可通过与重金属形成金属复合物来抑制肠腔对重金属的吸收（王长海，2004）。桑希斌（2002）研究了海藻硒多糖对小鼠免疫功能的影响，结果发现海藻硒多糖对小鼠各项免疫指标的影响均优于同剂量的无机硒和海藻多糖。褐藻胶对两价以上阳离子的亲和力非常活泼,为良好的离子交换剂。海带中的褐藻酸是以多种褐藻酸盐的形式存在,主要有镁、钾、钠、钙、锂、硼、锶等组成,占褐藻酸盐总量的96.96%。海带褐藻酸对高价重金属离子的富集倍数明显高于一般金属离子（钱凤云等，2003）。
2.6 抗菌、抗炎
海藻在海洋环境中生存会不断受到外界生物的侵袭，因此在长期的进化过程中可能产生对各种微生物有抗菌活性的化合物。目前，已经在鸭毛藻、孔石莼、酸藻和松节藻中分离得到具有抑制大肠杆菌活性较强的提取物，在鸭毛藻、酸藻、海黍子和松节藻小黏膜藻中分离到抗金黄色葡萄球菌活性较强的提取物。海藻中所含抗菌活性物质的活性有显著的季节性变化，一般在藻体生长发育旺盛季节里，其活性物质含量最高。Lee等（2000）利用海藻中的褐藻酸钠制备褐藻酸银，其抗菌活性通过测定600nm时液体培养液的光吸收值确定，实验菌为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，发现在pH值为7时生长旺盛，但当该盐的加入大于0.6%时生长被抑制。俞丽君等采用人白细胞弹性蛋白酶（HLE）体外筛选技术对39种海藻样品的甲醇提取物进行抗炎活性筛选，发现鸭毛藻、海头红、江蓠、细枝软骨藻和粗枝软骨藻的抑制活性最强（25μg/ml时抑制率为95.7%）（王长海，2004）。
3 小结
随着人们对海洋生物多糖所具有的生物活性的关注，多糖的开发利用也越来越多。畜牧生产实践中，已有将螺旋藻用作水产饲料的实验，并取得了良好的饲喂效果（王芳雨等，2005）。海藻多糖作为天然的免疫增强剂，不仅可以增强机体的免疫力和抵抗疾病的能力，而且能够减少机体耐性的产生，促进动物的生长。海藻多糖与矿物元素的络合，不仅能够提高矿物元素的利用率，减少残留，还能产生协同效应。目前海藻多糖提取物的研究已取得很大的进展，然而其结构、生物活性、作用机理等还不明确，也缺乏有效的检测手段，仍需做进一步探索。
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