多糖的結(jié)構(gòu)及其生物學(xué)功能研究進(jìn)展

郭 杰，賈國軍，陶 蕾，王瑞雪

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730070）

多糖（Polysaccharides）是一類由單糖為基本單位，通過糖苷鍵連接而成的生物高分子化合物，是構(gòu)成生命體的4大生物大分子之一，在機(jī)體的新陳代謝中作為信息受體參與多種信號傳導(dǎo)[1]。現(xiàn)代藥學(xué)證實多糖物質(zhì)具有降血糖、抗氧化、提高機(jī)體免疫力等多種生物學(xué)活性，且無毒綠色安全，是一種新型的功能保健食品，可以發(fā)揮醫(yī)療保健功效，被廣泛添加于功能保健品和功能食品中。近年來，隨著生物工程、分子生物學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)等相關(guān)專業(yè)的發(fā)展，人們在功能活性成分多糖的提取分離、結(jié)構(gòu)解析和功能研究等方面均取得了一定的進(jìn)展。

1 多糖的提取技術(shù)

多糖提取常采用超聲波輔助提取法、微波輔助提取法和酶輔助提取法。超聲波輔助提取技術(shù)萃取時間短、提取效率高，已廣泛應(yīng)用于生物活性物質(zhì)提取[2]。微波輔助提取法是依靠微波產(chǎn)生胞內(nèi)產(chǎn)熱達(dá)到高效提取的目的，但是一般只適用于熱穩(wěn)定多糖物質(zhì)。酶輔助提法主要利用纖維素酶、果膠酶、木瓜蛋白酶等生物酶分解原料組織的細(xì)胞壁，促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物的溶出，提高提取效率。通過對砂仁多糖常規(guī)水提法、超聲波提取法、微波提取法以及酶提法比較研究發(fā)現(xiàn)，幾種方法中提取效率最高的是超聲輔助提取法[3]。

2 多糖結(jié)構(gòu)解析

多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，擁有自然界最大的生物信息庫。多糖是由各種單糖通過不同糖苷鍵以直鏈或者支鏈的形式連接在一起，糖鏈間又以氫鍵為主的次級鍵形成了多糖的二級結(jié)構(gòu)；在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，糖殘基上的基團(tuán)通過非共價鍵相互作用產(chǎn)生了有規(guī)律的構(gòu)象，即多糖的三級結(jié)構(gòu)；若干多糖鏈之間以非共價鍵最終形成聚集體的多糖四級結(jié)構(gòu)。由于多糖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其高級結(jié)構(gòu)不是一成不變的，根據(jù)溶液性質(zhì)的不同，構(gòu)象有所差異。

目前對多糖物質(zhì)的結(jié)構(gòu)解析集中在一級結(jié)構(gòu)，包括相對分子量的確定、單糖組成及摩爾比、糖殘基連接順序、糖殘基的構(gòu)型及環(huán)化方式和糖苷鍵所取得異頭異構(gòu)形式、糖殘基羥基取代情況等。常采用化學(xué)方法（包括酸水解法、甲基化法、高碘酸氧化及 Smith 降解等）和現(xiàn)代儀器分析技術(shù)（紅外光譜、紫外可見光譜、氣相質(zhì)譜色譜、高效液相色譜、核磁共振波譜）進(jìn)行解析[4]。

3 多糖的生物活性

3.1 抗癌癥活性

癌癥是以細(xì)胞異常增殖及轉(zhuǎn)移為特點(diǎn)的一類疾病，癌變細(xì)胞不僅可以快速擴(kuò)散到周圍組織，還可以轉(zhuǎn)移到其他器官，致死率極高。目前常用的化療藥物普遍存在較強(qiáng)的毒副作用，在殺死癌細(xì)胞的同時也會損傷正常的細(xì)胞。在過去的10年中，多糖類物質(zhì)在體外、體內(nèi)的相關(guān)研究均表現(xiàn)出良好的抗癌活性，且無毒副作用，綠色安全。

多糖抗癌機(jī)制包括細(xì)胞周期的阻滯、線粒體膜的去極化、一氧化氮途徑和免疫調(diào)節(jié)作用。蛹蟲草多糖通過抑制多種癌細(xì)胞G0/G1和G2/M細(xì)胞周期進(jìn)程，導(dǎo)致癌細(xì)胞數(shù)量減少。黑根霉多糖激活Caspase-9和Caspase-3活性，誘導(dǎo)線粒體途徑介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡發(fā)生，減少癌細(xì)胞數(shù)目[5]。艾蒿多糖通過刺激細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子（TNF-α）、白細(xì)胞介素（IL-2、IL-4、IL-6、IL-12）等的細(xì)胞因子，增強(qiáng)淋巴細(xì)胞的表達(dá)，通過免疫調(diào)節(jié)途徑發(fā)揮抗癌功效[6]。

3.2 抗輻射作用

針對多糖抗輻射的研究表明，多糖可以延長輻射損傷生物的生存率和生存質(zhì)量，降低輻射對機(jī)體的損傷[7]。其抗輻射的機(jī)制主要通過提高機(jī)體的免疫力、降低輻射對造血系統(tǒng)的損害、清除體內(nèi)的自由基3方面實現(xiàn)的。多糖可以通過逆轉(zhuǎn)輻射所導(dǎo)致的免疫系統(tǒng)細(xì)胞數(shù)目減少和增加免疫球蛋白數(shù)目，恢復(fù)免疫系統(tǒng)的功能。五味子多糖可以提高輻射損傷小鼠白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞數(shù)量，增加血清中的免疫球蛋白G和補(bǔ)體C3的含量，逆轉(zhuǎn)外周血和胸腺中T細(xì)胞亞群的異常調(diào)控，并且五味子多糖對于正常小鼠的免疫沒有任何副作用。靈芝多糖可以直接或者間接的增加造血細(xì)胞，保護(hù)小鼠免受60Co γ的輻射損傷[8]。

3.3 免疫調(diào)節(jié)功能

機(jī)體免疫系統(tǒng)包括先天性（非特異性免疫）和獲得性（特異性免疫）。先天性免疫是機(jī)體防御功能的第一道防線，可以對入侵者作出即時反應(yīng)；獲得性免疫則依賴于B淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和抗原呈遞細(xì)胞，經(jīng)抗原刺激一段時間后產(chǎn)生。兩種免疫方式相互合作并相互依賴，維護(hù)機(jī)體正常的生理功能。多糖類物質(zhì)可以直接或間接與免疫系統(tǒng)相互作用，通過刺激單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的主要靶點(diǎn)，起到調(diào)控機(jī)體免疫系統(tǒng)作用[9]。根瘤菌多糖、甘露聚糖都可以通過增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬功能來提高機(jī)體的免疫力。除了刺激機(jī)體吞噬作用外，多糖物質(zhì)還可以通過促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的分泌調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能[10]。

3.4 抗氧化活性

機(jī)體內(nèi)增加的自由基會導(dǎo)致免疫細(xì)胞損傷、免疫功能下降和機(jī)體衰老，同時帶來心腦血管疾病及神經(jīng)退行性疾病發(fā)病的風(fēng)險。多糖物質(zhì)是一種很有效的抗氧化劑，能抑制脂質(zhì)過氧化，增強(qiáng)機(jī)體清除自由基、抗衰老、抑制心血管疾病的發(fā)生的能力。蟲草多糖通過ERK/AKT途徑，抑制PDGF-BB誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和自由基的產(chǎn)生[11]。枸杞多糖還可以通過增加機(jī)體內(nèi)GSH-PX和SOD的活性，緩解ROS對機(jī)體的氧化損傷[12-13]。

3.5 降血糖活性

糖尿病，中醫(yī)稱為消渴癥，是機(jī)體胰島β受損，胰島素分泌相對或絕對不足引起的代謝紊亂性疾病。國際糖尿病聯(lián)合會預(yù)計，到2045年，糖尿病患者可能達(dá)到6.29億，糖尿病已成為繼心腦血管疾病、癌癥之后的第3大嚴(yán)重威脅人類健康的疾病。目前常用于治療糖尿病的藥物括雙胍類、磺酰脲類、格列尼類、葡萄糖苷酶抑制劑、噻唑烷二酮類和胰島素類似物等，但是因其毒副作用和耐藥性等[14]促使研究人員越發(fā)致力于開發(fā)更安全有效的降血糖藥物。近年來，越來越多的研究表明，多糖類物質(zhì)具有顯著的抗糖尿病作用，且?guī)缀鯖]有藥物不良反應(yīng)。黃芪多糖可以通過AMP-AMPK-AS160途徑刺激葡萄糖的吸收，還可以影響FGF21信號傳導(dǎo)，促進(jìn)脂肪細(xì)胞的葡萄糖攝取，從而改善胰島素抵，而且黃芪多糖可以通過抑制胰島β細(xì)胞凋亡，增加β細(xì)胞數(shù)目[15]。枸杞多糖可以通過促進(jìn)葡萄糖代謝，增加機(jī)體抗氧化能力，促進(jìn)胰島素分泌和胰島β細(xì)胞增殖，實現(xiàn)抗糖尿病作用[16]。

3.6 其他活性

多糖除了有上述生物活性之外，還有許多其他的生物活性正等待人們?nèi)ヌ剿靼l(fā)現(xiàn)。到目前為止，許多植物多糖被證明具有顯著的鎮(zhèn)咳活性。如紅豆杉果實、五味子多糖和甘草多糖經(jīng)口服50 mg/kg劑量后，能降低檸檬酸誘發(fā)豚鼠的咳嗽癥狀[17]。多糖物質(zhì)還可以通過抑制趨化因子、黏附因子以及炎癥過程中關(guān)鍵酶的活性實現(xiàn)其抗炎癥活性。隨著對多糖物質(zhì)研究的深入，其他生物活性，如神經(jīng)保護(hù)、抗缺血、抗青光眼、抗動脈粥樣硬化等功效相繼被報道。

4 結(jié)語

自20世紀(jì)90年代多糖的生物功能被人們認(rèn)知以后，其結(jié)構(gòu)和生物活性的研究備受關(guān)注。隨著對多糖結(jié)構(gòu)和功能的深入研究發(fā)現(xiàn)，生物多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有多種生物學(xué)功能?，F(xiàn)代研究表明多糖綠色安全，且具有抗腫瘤、降血糖、抗輻射、增強(qiáng)免疫力和抗氧化等生物活性，在保健、醫(yī)藥領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。