多糖的生物活性及在醫(yī)藥領域的研究進展

劉紅萍，許琪林，秦葉穎，張 濤*

(1.遵義醫(yī)科大學附屬醫(yī)院 醫(yī)學檢驗科, 貴州 遵義 563006; 2.遂寧市中心醫(yī)院 醫(yī)學檢驗科, 四川 遂寧 629000)

多糖是一種天然高分子聚合物，由10個以上的單糖通過糖苷鍵以線性直鏈或支鏈的形式存在，相對分子質(zhì)量從數(shù)萬到數(shù)百萬，它廣泛存在于植物、微生物和動物中.多糖與蛋白質(zhì)、核苷酸一樣，是生命活動中必不可少的大分子，在細胞的通訊、粘附和分子識別中發(fā)揮重要作用[1].近年來，從植物、動物、微生物等自然資源中分離得到的多糖因其具有抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗炎等多種藥理活性而受到越來越多的關注[2-4].生物活性多糖一直是相關領域的研究熱點，其應用可分為兩大類：一類是利用多糖易形成凝膠，且具有高滲透壓、高黏度和吸水等獨特的物理化學性質(zhì)來制備藥物材料、藥物釋放劑和血漿代用品；二是利用多糖的生物學活性，包括其抗原性、抗腫瘤等用于制備疫苗或新藥.本文綜述了多糖的生物學活性及其在生物醫(yī)藥領域的應用進展.

1 多糖的生物學活性

1.1 抗腫瘤活性

癌癥是發(fā)病率和死亡率最高的疾病之一，已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)人類死亡的主要原因[5-6].近年來越來越多的研究表明，從天然產(chǎn)物中提取的多糖具有抗腫瘤活性[7-9].多糖主要通過以下三個方面發(fā)揮抗腫瘤作用：①誘導腫瘤細胞凋亡或者抑制癌基因的表達.在細胞實驗中，800 mg/L的枸杞多糖可通過誘導細胞凋亡和阻滯細胞周期來發(fā)揮抗腫瘤活性，可以抑制人膀胱癌細胞系BIU87的生長，誘導BIU87細胞凋亡[10]；BALB/c移植瘤模型小鼠在50 mg/kg和100 mg/kg的給藥劑量下，口服白花蛇舌草多糖可通過提高Bax/Bcl-2蛋白表達，使細胞色素C從線粒體釋放到胞漿中，誘導A549肺癌細胞凋亡，可作為一種有效的抗肺癌藥物[11].黑色素瘤移植模型小鼠在200 mg/kg的給藥劑量下，腹腔注射海洋細菌多糖EPS11通過阻斷細胞粘附和減弱絲狀結構形式來抑制肝癌細胞的生長，它作為一種靶向抑制腫瘤細胞轉移的抗癌藥物，在未來的發(fā)展中具有廣闊的應用前景[12].②提高機體的免疫功能間接發(fā)揮抗腫瘤功能.在細胞實驗中，用100 mg/L野生蘑菇水溶性雜多糖處理PBMC和RAW264.7細胞后，干擾素γ(IFN-γ)、白細胞介素6(IL-6)、白細胞介素12(IL-12)和腫瘤壞死因子α(TNF-α)等含量均明顯增加，提示其可增強T細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞等免疫細胞的免疫功能，增強免疫細胞的吞噬作用，發(fā)揮抗腫瘤作用[13].③抑制腫瘤細胞增殖、生長.在細胞實驗中，馬齒莧和灰樹花多糖在250 mg/L濃度下，能抑制人結腸癌細胞增殖、細胞遷移和侵襲，誘導細胞毒性，從而抑制結腸癌細胞的致癌潛能[14]；長葉蜈蚣藻多糖(GLP)對人微血管內(nèi)皮細胞(HMEC-1)和人臍靜脈內(nèi)皮細胞(HUVEC)增殖的IC50值分別為0.86 g/L和0.64 g/L，在肉瘤S-180小鼠移植瘤實驗中，通過靜脈注射200 mg/kg的GLP，可使腫瘤重量下降52%[15].此外，多糖的抗腫瘤活性還受分子大小、形態(tài)、分支程度和在水中溶解度的影響[16].

1.2 免疫調(diào)節(jié)活性

免疫應答被認為是機體預防和對抗感染及炎癥的重要手段.近年來，多糖的免疫調(diào)節(jié)活性一直是研究的熱點，多糖保護細胞的主要機制一般認為是通過激活宿主免疫應答[17-18].活性多糖是一種有效的免疫調(diào)節(jié)物質(zhì).一方面，天然多糖可以直接激活巨噬細胞、T或B淋巴細胞、自然殺傷細胞、補體等發(fā)揮免疫功能.另一方面，它可以促進細胞因子的產(chǎn)生，從而實現(xiàn)對免疫系統(tǒng)的多通道、多層次的調(diào)節(jié).據(jù)報道，500 mg/L的沙參多糖通過抑制細胞內(nèi)NO生成而促進RAW264.7巨噬細胞的增殖，同時還對小鼠脾淋巴細胞的增殖有促進作用[19].刺毛棱菇多糖在850.0 mg/L的濃度下，可促進巨噬細胞增殖，增強巨噬細胞的吞噬能力，促進白細胞介素1(IL-1)、IL-6、白細胞介素10(IL-10)和TNF-α分泌發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)活性[20].劑量為200 mg/kg的地黃多糖能誘導人和小鼠樹突狀細胞(DC)的活化，有望作為黏膜佐劑[21].在小鼠實驗中，200 mg/kg黃芪多糖(APS)以滴鼻的給藥方式可以通過激活AMPK/SIRT-1信號通路減輕赭曲霉毒素A(OTA)誘導的免疫應激[22].腹腔注射劑量為200 mg/kg的黨參多糖(CPP)能恢復環(huán)磷酰胺誘導免疫力低下小鼠的脾指數(shù)、干擾素γ(IFN-γ)、白細胞介素2(IL-2)、IL-10水平及血清IgG水平，此外，它還能促進回腸分泌免疫球蛋白A(SIgA)，提高盲腸中乳酸菌的數(shù)量和乙酸的含量，表明CPP在免疫抑制中起著重要的保護作用，尤其在粘膜免疫中起著重要的保護作用[23].

1.3 降血糖活性

糖尿病已成為繼心血管疾病和癌癥之后嚴重威脅人類健康、發(fā)病率和死亡率較高的慢性疾病之一，是一種以代謝紊亂為表現(xiàn)的慢性內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病.多糖作為多種抗糖尿病中草藥的主要活性成分，引起了眾多研究者的關注.研究表明，黃芪多糖對胰島細胞具有保護作用，通過增加胰島素分泌，改善2型糖尿病大鼠的糖脂代謝[24].每日口服劑量為80 mg/kg的地黃多糖可以有效改善鏈脲佐菌素(STZ)誘導的糖尿病小鼠的高血糖、高脂血癥、血管炎癥和氧化應激，是治療1型糖尿病的潛在藥物[25].靈芝多糖通過增加小鼠血漿胰島素水平和降低小鼠血糖水平而揮發(fā)降血糖作用[26].口服劑量為300 mg/kg三角土參多糖能降低STZ誘導的2型糖尿病雄性昆明小鼠的血糖[27].

1.4 抗凝活性

抗凝活性是硫酸酯多糖的重要生物活性之一，許多多糖經(jīng)硫酸修飾后的抗凝活性與肝素相似，且無抗血小板活性，可避免肝素誘導的副作用[28].TANG等[29]從蜈蚣藻中分離的兩種水溶性硫酸化多糖組分GLP-1和GLP-2，二者在40 mg/L濃度條件下能有效延長正常人血漿的活化部分凝血活酶時間(APTT)、凝血酶時間(TT)，在體外發(fā)揮抗凝活性.龍膽草根粗多糖GSP及其各子級分多糖通過延長活化部分促凝血酶原激酶時間、凝血酶時間，表現(xiàn)出抗凝血活性，有望在臨床上應用[30].由此可見，多糖可作為一種潛在的抗凝藥物用于臨床，避免肝素的副作用.

1.5 抗病毒活性

多糖具有抗病毒活性，且具有來源廣泛、毒性低、副作用小等優(yōu)點，已成為研究的熱點.如黃芪多糖能減輕流感病毒感染性肺炎的病理損傷，通過TLR4/7-MyD88-NF-κB信號轉導降低炎癥反應，從而發(fā)揮抗流感病毒的作用，還能抑制Epstein-Barr病毒轉錄翻譯過程中的蛋白質(zhì)表達而使 Epstein-Barr病毒裂解，可用作抗Epstein-Barr病毒藥物，此外，黃芪多糖還表現(xiàn)出抗新城疫病毒的活性，可以降低傳染性法氏囊病毒感染的雛雞的發(fā)病率和死亡率[31-34].黨參多糖和磷酸化的黨參多糖能有效減少鴨甲型肝炎病毒(DHAV)的數(shù)量，可進一步研究開發(fā)為新的抗DHAV藥物[35].WANG等[36]研究發(fā)現(xiàn)，綠藻多糖可通過EGFR/PI3K/Akt通路，抑制腸道病毒EV 71感染，明顯增加EV 71感染小鼠的存活率，降低病毒滴度.用金針菇提取的多糖組分FVP1(1 000 mg/L)處理HepG2.2.15細胞6 d后，發(fā)現(xiàn)其可降低乙肝表面抗原、乙肝e抗原的表達，抑制乙型肝炎病毒(HBV)DNA復制，顯示出顯著的抗HBV活性[37].此外，乳酸菌多糖、紫菜多糖、云芝多糖具有體外抗輪狀病毒、禽白血病病毒J亞群(ALV-J)、人免疫缺陷病毒(HIV)的抗病毒活性[38-40].

1.6 抗氧化活性

氧化應激可引起蛋白質(zhì)、DNA損傷，導致糖尿病、動脈粥樣硬化、心血管疾病等的發(fā)生，而抗氧化劑可以延緩或減少氧化反應，從而保護機體免受有害的氧化反應的損傷.近年來，人們一直致力于研究無害的天然抗氧化劑.研究發(fā)現(xiàn)，某些多糖可以抑制脂質(zhì)過氧化，增強機體清除自由基的能力，抑制心腦血管疾病[41-42].對長春花多糖的研究表明，長春花多糖不僅在體外對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)、羥自由基清除具有中等強度的清除能力，還能有效地保護RAW264.7細胞免受H2O2誘導的損傷，降低乳酸脫氫酶(LDH)、丙二醛(MDA)水平，而使超氧化物岐化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)和過氧化氫酶(CAT)活性增強[43].黃大茶多糖可顯著提高高脂誘導肥胖小鼠回腸總抗氧化能力(T-AOC)，降低回腸、肝臟MDA含量，提高回腸和肝臟GSH-Px活力[44].細胞實驗表明，濃度為50 mg/L的蟲草多糖可以通過ERK/Akt途徑抑制pdgf-bb誘導的炎癥和活性氧(ROS)生成[45].此外，適當?shù)男揎椏梢蕴岣叨嗵堑目寡趸钚裕蕿?7.5% 的枸杞多糖能顯著提高GSH-Px和SOD在雞體內(nèi)的活性[46].硫酸化率為0.85的馬尾藻多糖比天然馬尾藻多糖表現(xiàn)出更強的DPPH和ABTS自由基清除活性，可作為天然抗氧化劑的替代衍生物[47]；動態(tài)高壓修飾的中華絨螯蟹多糖與原多糖相比，DPPH、羥自由基、β-胡蘿卜素-亞油酸的清除能力均有所提高，而結構沒有明顯變化[48].

1.7 其他活性

香椿葉多糖TSP-1和TSP-2可以改善四氯化碳誘導的小鼠肝損傷，降低谷炳轉氨酶(ALT)、谷草轉氨酶(AST)和MDA水平，增加SOD、GSH-Px和 CAT的活性，同時降低肝臟TNF-α和IL- 6的表達水平，表明TSP-1和TSP-2作為肝保護劑具有廣闊的應用前景[49].枸杞多糖通過抑制NF-κB和AngII表達的單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1) mRNA和細胞間粘附分子-1(ICAM-1)mRNA而降低糖尿病兔腎臟的炎癥反應[50-51].此外，多糖還具有促發(fā)、促生長、抗嘔吐、抗青光眼、神經(jīng)保護等作用[52,53].

多糖的生物學活性概覽見圖1.

圖1 多糖生物學活性的概覽圖Fig.1 Overview of the biological activities of polysaccharides

2 多糖產(chǎn)品在醫(yī)藥領域的應用

2.1 抗腫瘤藥物

癌癥一直是世界范圍內(nèi)的一個重大公共衛(wèi)生問題，癌細胞多種多樣、不受控制的生長，且人類對其了解有限，致使它難以治愈.化療和放療是眾所周知的主要治療方法，但隨著腫瘤細胞耐藥的增加及嚴重不良反應限制了它們的應用，因此，尋找低毒、高效的新型抗腫瘤藥物至關重要.多糖通過免疫調(diào)節(jié)機制發(fā)揮抗癌作用也一直備受關注[54].茯苓多糖口服液已由中國食品藥品監(jiān)督管理局批準，用于治療多種癌癥、肝炎等疾病[55].酸堿修飾的橘皮果膠(GBC-590/GCS-100/MCP)用于治療復發(fā)的慢性淋巴細胞白血病，已進入臨床二期研究[56].

2.2 疫苗

隨著與疾病的斗爭，人們不斷探索新的高效、低毒的藥物，以期找到具有免疫調(diào)節(jié)功能的物質(zhì).近年來，制藥工業(yè)更關心的是從天然產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)天然活性成分供臨床使用，研究焦點集中在具有免疫刺激特性的各種天然多糖，以幫助人類降低患癌癥和傳染病的風險.莢膜多糖具有良好的免疫原性，廣泛應用于多糖疫苗的開發(fā)，特別是細菌性莢膜多糖在臨床上以疫苗的形式出現(xiàn)已有多年的歷史，對預防肺炎和流行性腦膜炎具有十分重要的意義.目前在臨床上應用的疫苗主要有：腦膜炎球菌AC型多糖疫苗、ACYW135疫苗、肺炎鏈球菌多糖疫苗和流感嗜血桿菌Hib多糖疫苗[57].

2.3 抗糖尿病藥物

糖尿病發(fā)病率的迅速增加是世界范圍內(nèi)一個嚴重的公共衛(wèi)生問題.傳統(tǒng)的降糖藥物如胰島素、磺脲類、雙胍類等可以在短時間內(nèi)降低血糖，但往往會產(chǎn)生低血糖、乳酸性酸中毒、腹瀉等副作用，為了避免這些負面作用，研究人員致力于開發(fā)更安全、更經(jīng)濟的天然降糖藥物，以有效控制血糖.近年來，從植物或動物體內(nèi)分離出大量的多糖和多糖蛋白復合物，有望成為糖尿病治療藥物的重要來源[58].堿提苦瓜多糖通過抑制PI3K-Akt信號通路促進HepG2-IR細胞吸收葡萄糖，提高葡萄糖消耗，抑制糖異生，并通過激活PGC-1α通路降低甘油三酯的積累，從而改善胰島素抵抗[59-60].目前臨床上已有多種多糖替代藥物用于糖尿病的治療，其中包括黃芪多糖、魔芋葡甘聚糖、人參多糖和南瓜多糖等.

2.4 抗凝劑

抗凝劑在醫(yī)學領域被廣泛用于治療中風、心肌梗死等重大致死性疾病[61].臨床常用的抗凝藥物有肝素、香豆素和抗血小板藥物，其中肝素的使用最為普遍.然而，在應用肝素的抗凝治療過程中會伴隨許多副作用，如血小板減少、出血等.目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了硫酸軟骨素B、硫酸巖藻糖和半合成硫酸多糖等肝素替代品.從褐藻中分離得到的具有多種結構的硫酸藻多糖能提高抗凝血酶III的活性，抑制絲氨酸蛋白酶、凝血酶和Xa因子的活性.丙二醇海藻酸鈉(PSS)是一種硫酸酯多糖，能降低血液黏度，具有顯著的抗凝和抗血栓活性，作為類肝素類藥物在我國預防和治療高脂血癥和缺血性心腦血管疾病有近30年的歷史[62-63].

2.5 醫(yī)用敷料材料

多糖能夠和其他高分子材料共混后制成醫(yī)用止血敷料，如將殼聚糖、海藻酸鈉/鈣和白及多糖共混制成醫(yī)用敷料可促進傷口愈合[64].LANG等[65]制得一種復合材料敷料，其上層由殼聚糖-銀納米顆粒交聯(lián)，能夠抑制傷口細菌感染，下層由殼聚糖和白及多糖交聯(lián)，能夠顯著促進細胞的增殖，具有較好的醫(yī)藥應用潛力.采用冷凍干燥技術將TiO2納米水溶膠融入瓊膠殼聚糖支架中，制得的多孔支架溶脹性好，能夠阻止傷口滲出物積累，降低炎癥發(fā)生的機率，有助于細胞的增殖、分化和遷移，并且對金黃色葡萄球菌具有明顯的抑制作用，促進傷口處紅細胞的聚集，提高止血率，此復合支架可擴展臨床上用于傷口修復敷料材料的選擇范圍[66].

2.6 其他

多糖是大多天然提取物的重要組成部分，在多種疾病治療中起著至關重要的作用.魔芋葡甘聚糖是一種具有降血糖、降脂作用的膳食纖維，作為一種保健食品常常出現(xiàn)在人們的餐桌上.普魯蘭淀粉是一種中性線狀多糖，具有獨特的水溶性、成膜性、成纖維性、粘附性和吸水性等特性.因此，在生物醫(yī)學領域中可作為藥物載體、組織工程、疫苗和分子伴侶等[67].

多糖在醫(yī)藥領域方面的應用見圖2.

圖2 多糖產(chǎn)品在醫(yī)藥領域應用的概覽圖Fig.2 Overview of the applications of polysaccharide products in the medicine fields

3 結論

綜上所述，多糖具有多種生物活性，對人體健康有益且副作用較小，具有廣闊的醫(yī)藥應用前景.到目前為止，多糖的研究雖然取得了很大進展，但仍存在一些問題：多糖的結構和功能之間的關系不是很清楚；多糖結構的測定方法沒有達到自動化、高靈敏度的要求；多糖的制備和合成比較困難；多糖在體內(nèi)的作用機制尚不清楚等.這些限制了天然多糖的開發(fā)利用，需要進一步的深入系統(tǒng)研究，使之更好地造福人類.