分子速递 | 揭秘【卡拉胶】

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分子档案 | 卡拉胶   

分子信息：

图片来源：MolAid

结构信息：

图片来源：MolAid

分子解读：

卡拉胶，又名角叉菜胶、鹿角藻胶、爱尔兰苔菜胶，是由半乳糖及脱水半乳糖所组成的多糖类硫酸酯的钙、钾、钠、铵盐。由于其中硫酸酯结合形态的不同，产生了7种主要类型的卡拉胶：κ-型、ι-型、λ-型、γ-型、ν-型、ξ-型、μ-型。工业主要生产和使用的是前三种。

角叉菜胶是一组在红藻门红藻中发现的线性硫酸化多糖。至少有 10 种角叉菜胶是已知的, 此处显示的ι-形式主要存在于藻类Eucheuma denticulatum中。所有角叉菜胶聚合物均由吡喃半乳糖二糖的重复单元组成，每个重复单元包含零个、一个、两个或三个硫酸基团。阴离子角叉菜胶的抗衡离子通常是钠、钾或钙。ι-和κ-卡拉胶以双螺旋构象出现。1946 年，达尔豪西大学（新斯科舍省哈利法克斯）的 E. Gordon Young 和 FAH Rice 是最早在化学文献中描述角叉菜胶（当时称为角叉菜胶）的人之一，但其实他们早在 1844 年就引用了角叉菜胶的参考文献。与此同时，斯克里普斯海洋学研究所的 CK Tseng 还撰写了大量有关角叉胶和其他藻类衍生化合物的文章。

历史上，卡拉胶在从冰淇淋到啤酒的食品中被用作增稠剂、胶凝剂、乳化剂、稳定剂和澄清剂。它们也是牙膏、洗发水、空气清新剂和鞋油等常见家用产品的添加剂。三种主要的角叉菜胶具有截然不同的胶凝特性：ι-角叉菜胶形成软凝胶；κ-卡拉胶钾形成刚性凝胶；λ结构不胶凝。

在过去的十年中，科学家们研究了角叉菜胶，以寻找可能更为重要的用途：抗病毒药物。2020 年，在 COVID-10 大流行几个月后，科英布拉大学的 Leonel Pereira 和布雷顿角大学（新斯科舍省悉尼）的 Alan T. Critchley 提出了这样的问题：“海藻可以拯救吗？ ”并想知道为什么制药界没有研究利用卡拉胶和其他藻类分子已知的抗病毒特性来对抗 SARS-CoV-2（导致 COVID-19 的病毒）。

科学家们在这一疑问之上开始了新的探索。第二年，蒙特雷技术与高等教育学院的 Hafiz MN Iqbal、郑州大学的 Jingliang Xu 和及其课题组成员进一步表明角叉菜胶和其他藻类分子可以预防和治疗 SARS-CoV 的文献。在另一篇评论中，东国大学的 Manu Kumar 及其同事指出，角叉菜胶等硫酸化多糖紧密附着在 SARS-S 蛋白上，从而减少病毒感染。布宜诺斯艾利斯大学和塞萨尔·米尔斯坦科学技术研究所（布宜诺斯艾利斯）的 Andrea Vanesa Dugour 及其同事在 2021 年取得了突破性进展，发现ι -角叉菜胶可在体外阻止 SARS-CoV-2 在人体中的复制呼吸道上皮细胞系Calu-3。

应用方向：

2020年9月，阿根廷医生胡安·曼努埃尔·菲格罗亚进行的一项全新的多学科国际研究发现，鼻腔和鼻咽部是新冠病毒繁殖及复制的最初场所，卡拉胶在细胞培养物中能够抑制新冠病毒感染，因此鼻腔喷剂是一种适于抵御新冠病毒的剂型，近400名医院工作人员参与了此项研究。这一发现在世界医药界范围引起了广泛关注。

2021年4月，德国埃尔兰根-纽伦堡大学临床和分子病毒学研究所研究员乌利希・舒伯特教授在多项实验室测试中证实，Iota卡拉胶鼻喷剂中的活性成分在各种人类细胞系统中对SARS-CoV-2的抗病毒作用，并认为Iota卡拉胶鼻喷剂可针对SARS-CoV-2提供有效保护并预防感染，可将感染风险降低80%。此后德国的多项临床试验也证实，尽管卡拉胶在体外不会使 SARS-CoV-2 失活，但在体外会抑制病毒复制。在 3 项研究（n > 600）中，使用鼻腔喷雾剂显著减少了病程和出现由人鼻病毒、冠状病毒或甲型流感病毒引起的呼吸道感染症状的患者数量，治疗组的病毒载量明显低于安慰剂组。

Carragelose由德国Marinomed公司开发，是从红藻中提取的天然藻类线性I型卡拉胶（Iota-carrageenan）型多糖药物。一般来说，卡拉胶是多聚半乳糖（分子量大于100 kDa），含有各种硫代半乳糖和3,6-无水半乳糖重复单元，由α-(1,3)和β-(1,4)-糖苷连接。实验结果表明，I型卡拉胶抗甲型H3N2和H1N1流感病毒的IC₅₀值分别为0.04和0.20 μg/mL。机理研究显示，I型卡拉胶直接与病毒结合并阻止其附着在宿主细胞上，从而对多种病毒有效。基于这些生物活性特性，从I型卡拉胶多糖中开发出了Carragelose。[1]

参考文献

[1].  Acta Pharmaceutica Sinica B.  2022, 12, 3783-3821. doi: 10.1016/j.apsb.2022.05.020

来源：碳氢数科

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