Fortschritte in der Forschung zur Extraktion, chemischen Modifikation, hypoglykämischen Aktivität und zum Mechanismus von Fucoidan
Fucoidane (FU) werden hauptsächlich aus marinen Braunalgen wie Fucoidan, Algen, Schachtelhalm und wirbellosen Meerestieren wie Seegurke und Seeigel gewonnen. Es handelt sich um komplexe sulfatierte Polysaccharide, die auch als Fucoidan-Sulfate bezeichnet werden. Die Monosaccharid-Zusammensetzung von FU besteht hauptsächlich aus Fucose, mit geringen Mengen an Galaktose, Xylose, Rhamnose, Mannose, Arabinose, Glucuronsäure und einer großen Anzahl von Sulfatgruppen. Es handelt sich um ein polyanionisches Homotyp-Heteropolysaccharid. Es gibt zwei Arten von FUs-Skeletten: Typ-I-Kette und Typ-II-Kette (siehe Abbildung 1). Die Typ-I-Kette enthält wiederholte (1 → 3) - α-L-Pyranose-Fucose, während die Typ-II-Kette abwechselnd (1 → 3) und (1 → 4) - verknüpfte α-L-Pyranose-Fucose enthält, wobei die Monosaccharide durch α-1,2-, α-1,3- oder α-1,4-glykosidische Bindungen verbunden sind.
FU hat ein breites Spektrum an gesundheitlichen Vorteilen und therapeutischen Wirkungen, darunter Anti-Tumor-, Anti-Oxidations-, Anti-Müdigkeits-, Immunregulierungs-, antibakterielle, Anti-Leber-Verletzungen, lipidsenkende, antithrombotische, entzündungshemmende, antiangiogene, gerinnungshemmende, hypoglykämische, Anti-Allergie-, Anti-Strahlen- und wundheilungsfördernde Wirkungen; darüber hinaus hat FU auch die potenzielle Rolle eines Anti-Rovel-Coronavirus, das immer mehr Aufmerksamkeit auf sich zieht. Die chemische Zusammensetzung und Struktur von FU variiert aufgrund von Unterschieden in der geografischen Lage, der Spezies, der Jahreszeit und der Extraktionsverfahren erheblich. Das Molekulargewicht und der Sulfatgehalt haben einen erheblichen Einfluss auf die funktionelle Aktivität, und eine chemische Modifizierung kann die funktionelle Aktivität weiter verbessern. Daher konzentriert sich dieser Artikel auf eine Zusammenfassung der Extraktionsmethoden, der chemischen Modifikation, der hypoglykämischen Aktivität und des Mechanismus von FU, auf die Erkundung zukünftiger Forschungsrichtungen bei der Extraktion und chemischen Modifikation von FU und auf die Erforschung der Struktur-Aktivitäts-Beziehung zwischen der FU-Struktur und der hypoglykämischen und anderen biologischen Aktivitäten, die ebenfalls einen zukünftigen Forschungsschwerpunkt darstellt. Dieser Artikel kann neue Ideen für die Zubereitung von FU liefern, die für die effektive Nutzung natürlicher und modifizierter FU hilfreich sind, und als Referenz für die Entwicklung von hypoglykämischen funktionellen Lebensmitteln und Gesundheitsprodukten dienen.

Bei der herkömmlichen Extraktionsmethode für FU ist die Ausbeute im Allgemeinen gering, und die Ausbeute wird auch durch unterschiedliche Extraktionsmethoden und -bedingungen beeinflusst. Daher sind weitere Forschungen zu Extraktionsmethoden mit höherer Ausbeute erforderlich. Aktuellen Literaturberichten zufolge weist die Extraktionsmethode mit unterkritischem Wasser die höchste Ausbeute auf, mit einer FU-Ausbeute von 13,56%. Die Extraktionsmethode hat einen erheblichen Einfluss auf die Struktur des FU, daher können im eigentlichen Extraktionsprozess je nach Bedarf verschiedene Extraktionsmethoden angewandt werden. Um die vollständige FU-Struktur zu erhalten, ist zum Beispiel eine milde Extraktionsmethode erforderlich, um zu verhindern, dass die FU-Molekülkette gespalten wird.

Die Carboxymethylierung kann die Löslichkeit und Elektronegativität von Polysacchariden erhöhen, ihre biologische Aktivität steigern und sogar neue biologische Aktivitäten erzeugen. In den letzten Jahren wurde die Carboxymethylierung von Polysacchariden verstärkt erforscht. Carboxymethylierte Polysaccharide haben herausragende biologische Aktivitäten in den Bereichen Antitumor, Antioxidantien und Immunregulation. Es gibt zahlreiche Studien über die Methylierung/Carboxymethylierung, Pfropfcopolymerisation und Veresterung von Alginaten. Es gibt jedoch keine Berichte über die Methylierung/Carboxymethylierung und Pfropfcopolymerisation von FU, und die Veresterungsreaktion wurde noch nicht umfassend untersucht. Daher sind Methoden wie die Carboxymethylierung und Veresterung neue Forschungsrichtungen für die zukünftige Modifizierung von FU.

Sulfatierte Polysaccharide können bei pH-Werten oberhalb ihres isoelektrischen Punkts mit Proteinen interagieren und weisen eine gute Affinität zu Proteinen auf. Der negativ geladene FU bindet sich durch elektrostatische Wechselwirkungen an das teilweise positiv geladene Protein (Antithrombin). Die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen FU und einigen positiv geladenen Aminosäuren der Alpha-Amylase können deren Konformation verändern. Daher können die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den negativ geladenen Sulfatgruppen von FU und Alpha-Amylase an der Regulierung der Alpha-Amylase-Aktivität beteiligt sein, wodurch sich ihre katalytische Fähigkeit ändert. Die Sulfatgruppen in Fucoidan sind unweigerlich mit ihrer Hemmung der Alpha-Amylase-Aktivität verbunden. Der genaue Ort dieser elektrostatischen Wechselwirkung und der Mechanismus, durch den die Sulfatgruppe in FU die Alpha-Amylase-Aktivität hemmt, sind jedoch noch unklar. Die vorhandenen physikalischen und chemischen Methoden können eine bestimmte Polysaccharidstruktur und die Beziehung zwischen Polysaccharidstruktur und hypoglykämischer Aktivität nicht vollständig beschreiben. Die Funktion von FU steht in engem Zusammenhang mit seiner Struktur, und derzeit gibt es einen Mangel an Forschung über die molekulare Struktur von FU. Die Position der meisten Monosaccharide in der Polysaccharid-Hauptkette von FU ist noch nicht klar. Derzeit konzentrieren sich die meisten Forschungsarbeiten über FU auf die Analyse des Gehalts an funktionellen Gruppen im Zusammenhang mit ihrer Struktur, und es gibt relativ wenig Forschung über die übergeordnete Struktur und räumliche Konformation von FU. Daher wird der Schwerpunkt der künftigen Forschung auf der Einstufung und Isolierung der bioaktiven Komponenten von FU liegen, um deren Struktur und Beziehung zu hypoglykämischen und anderen verschiedenen biologischen Aktivitäten zu bestimmen.