南瓜多糖降血糖作用研究進展

趙婧，袁馳，周春麗，劉偉，陳冬，李全宏

（中國農業大學食品科學與營養工程學院，國家果蔬加工工程技術研究中心，農業部果蔬加工重點實驗室，果蔬加工教育部工程研究中心，北京100083）

隨著人們生活水平的提高，糖尿病的發病率逐年增加，給人們生理上、精神上以及經濟上帶來巨大的困擾。傳統的降血糖藥物如胰島素、磺酰脲類和雙胍類物質雖然能短時降低血糖，但是往往產生一些副作用，并且有可能使機體產生依賴性。因此，研究者們越來越多地致力于開發更為安全并且經濟的降血糖藥物。南瓜系葫蘆科草本植物，具有多種食療保健作用，我國及世界上許多國家都曾把南瓜作為一種有效地預防及治療糖尿病的食物。南瓜多糖是從南瓜中提取的重要的活性成分，大量研究已經證實其具有顯著的降血糖功效。南瓜多糖作為一種天然的植物性多糖，以其安全性受到廣泛的認可。本文綜述了南瓜多糖的理化性質、結構特點及其降血糖的功效和機理，并對其研究發展前景進行了展望。

1 南瓜多糖的理化性質

南瓜多糖是一種水溶性多糖，不同品種、不同方式提取的南瓜多糖在理化性質上可能存在著差異。孔慶勝等經水提醇沉，Sevag除蛋白，Sephadex G-100柱層析后得南瓜多糖，為棕色粉末，溶于水，尤易溶于熱水。不溶于高濃度的乙醇，丙酮，乙酸乙酯等有機溶劑。其水溶液呈透明黏稠狀，可被2%的CTAB絡合沉淀，與碘-碘化鉀反應，茚三酮和氨基黑10B反應均為陰性[1]。隨著多糖提取工藝的不斷發展和優化，南瓜多糖的純度逐步提高，理化性質也得以細化。向東等用超聲波、緩凍強化后水提取南瓜粗多糖，采用Sephacry1 S-400 HR凝膠柱層析逐級分離純化得到兩種南瓜多糖PP-Ⅰ和PP-Ⅱ。PP-Ⅰ為白色粉末固體，PP-Ⅱ為淡黃色絮狀固體，兩者均易溶于水，不溶于乙醇、乙醚及丙酮等有機溶劑，無甜味，無揮發性，與碘-碘化鉀不反應，PP-Ⅰ與茚三酮反應呈淡紫色，PP-Ⅱ與茚三酮反應不顯色。分子量分別為24 ku和36 ku[2]。孔倩采用熱水提取法提取出南瓜粗多糖，通過分級醇沉得到兩種南瓜多糖，其中50%濃度乙醇沉淀出的多糖PL1為淡黃色絮狀，80%濃度乙醇沉淀出的多糖PL2為純白色海綿狀，對多糖PL2進一步通過離子交換層析得到多糖組分PL2-1和PL2-2，分子量分別為10.2 ku和＞2 000 ku，均為水溶性多糖，水溶液黏度較大，菲林試劑反應、碘-碘化鉀反應、三氯化鐵反應、雙縮脲反應均為陰性[3]。于斐等采用低溫提取技術提取的南瓜多糖為白色粉末，溶于水，碘-碘化鉀反應呈陰性，分子量分布在4 ku～270 ku[4]。總而言之，近年來實驗室提取的南瓜多糖多為白色或淡黃色，顏色的不同可能與其色素的含量以及脫除的程度有關，分子量從幾萬到幾百萬不等，純化程度較高的南瓜多糖中一般不含有淀粉、還原糖、酚類和蛋白類物質。

2 南瓜多糖的單糖組成和結構

南瓜多糖是一種雜多糖，其含有的單糖主要是葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖，另外還可能含有木糖、甘露糖、已糖醛酸以及氨基糖。孔慶勝等最早采用紙層析法測定南瓜多糖由D-葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、木糖和D-葡萄糖醛酸組成，其摩爾比為0.181∶0.083 ∶0.069 ∶0.031 ∶0.175[1]。張擁軍等測定出降血糖效果較為顯著的南瓜多糖PCE-C主要由鼠李糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖組成，還有少量的已糖醛酸和氨基糖[5]。朱紅艷等測得南瓜多糖的單糖組成及比例為鼠李糖 ∶阿拉伯糖 ∶葡糖糖 ∶半乳糖=4 ∶2 ∶3 ∶5[6]。Li Junli等采用氣相色譜技術（GC）測定了4種水溶性南瓜多糖的化學組成，4種多糖均由L-阿拉伯糖，L-鼠李糖，D-葡萄糖，D-半乳糖和D-葡糖糖醛酸組成，其中 4種單糖的比例分別為 2∶7∶1∶5.6，4.8∶7.6∶2.7∶7.4，4.3∶3.2∶1.8∶2.8和 5∶3∶1∶2[7]。于斐等從南瓜中分離純化出兩種多糖組分PPⅠ和PPⅡ，單糖組成主要為半乳糖、葡萄糖和甘露糖，比例分別為3.43∶2.71∶1和 5.50 ∶1 ∶7.47[8]。

近年來，隨著對南瓜多糖功能性的研究逐漸深入，利用各種技術手段對南瓜多糖進行結構解析的研究也不斷增多。張擁軍等采用IR，NMR等技術對南瓜多糖的化學結構進行了表征，發現南瓜多糖主鏈主要是以β-1，2-糖苷鍵和β-1，3-糖苷鍵連接的半乳糖和阿拉伯糖，同時還存在一定量的葡糖糖和鼠李糖，側鏈主要是以β-1，4-糖苷鍵和β-1，6-糖苷鍵連接的葡糖糖和鼠李糖[9]。Song Yi等通過化學分析手段及HPLC、IR、GC-MR、NMR以及圖譜分析，確定了南瓜多糖LGPP-1的糖鏈主要是由 1，2，6-α-D-吡喃半乳糖、1，6-α-D-吡喃半乳糖、端基 β-D-吡喃半乳糖、1，4，6-β-D-吡喃葡萄糖、1，3-β-D-吡喃葡萄糖及端基 α-D-吡喃葡糖糖構成，其摩爾比為 1∶1∶1∶2∶1∶2。后來通過X-衍射分析推斷了南瓜多糖LGPP-1空間結構呈空心螺旋狀，每一輪螺旋所含的重復單元數目為2，各殘基與中心軸處于垂直狀態，攝影長度近于0[10]。

3 南瓜多糖的提取和分離純化

3.1 南瓜多糖的提取

南瓜多糖最傳統也是最常用的提取方法為水提法，李俊麗等優化了熱水提取南瓜多糖的工藝，得出最佳工藝條件為料液比1∶40，在70℃水浴條件下，提取3次，每次提4 h，多糖提取率為6.93%[11]。水提法雖然操作簡單，但是多糖的得率較低，因此，許多研究者采用復合酶法來提取南瓜多糖，并且利用超聲波輔助和微波輔助提取的方法來提高多糖的得率。刁小琴等優化了微波輔助復合酶法提取南瓜多糖的工藝，顯著提高了南瓜多糖的得率[12]。另外，采用冷凍法對南瓜進行前處理以提高南瓜多糖得率[13]以及低溫提取南瓜多糖的技術都取得了一定的進展。

3.2 南瓜多糖的分離純化

南瓜多糖的分離純化要經過脫蛋白、脫色和透析等步驟。南瓜多糖粗品脫蛋白最常用的方法為Sevag法[14]，脫色常用活性炭和H2O2，活性炭脫色容易使南瓜多糖造成損失，而利用H2O2時需要對實驗條件進行嚴格的掌控[15]。目前南瓜多糖進一步的分離純化最常用的方法是離子交換層析和凝膠層析。吳鵬將經過脫色、脫蛋白處理后的南瓜多糖使用SephadexG-200凝膠層析柱層析，出現2個主要色譜峰，保留體積分別為10.2 mL和15.2 mL[13]。于斐等將南瓜粗多糖經DEAE Sepharose Fast Flow離子交換層析分離，成功分離出3個糖峰[8]。另外，多糖的分離純化的方法還有乙醇分級沉淀法、鹽析法、電泳法和高速離心法等。

4 南瓜多糖降低機體血糖的功效

隨著南瓜多糖的功能特性研究不斷深入，南瓜多糖的降血糖功效在動物實驗和臨床試驗中屢次得到證實。并且，南瓜多糖作為一種草本植物多糖，其副作用較化學合成藥物小很多，因此南瓜多糖被認為是極具開發價值的預防和治療糖尿病藥物的活性物質。

4.1 南瓜多糖降低糖尿病動物血糖的功效

現代研究南瓜多糖降血糖功效常采用四氧嘧啶致糖尿病動物模型，四氧嘧啶是一種特異性的胰島β細胞毒劑，可選擇性地破壞動物的胰島β細胞，誘發動物產生糖尿病[16]。大量研究表明，南瓜多糖對四氧嘧啶致糖尿病動物模型有著顯著的降血糖功效。

李全宏等進行了南瓜提取物對糖尿病大鼠的降糖效果研究，發現南瓜多糖可顯著增加四氧嘧啶致糖尿病大鼠的胰島素含量，降低空腹血糖值[17]。劉穎等發現南瓜多糖不僅能改善糖尿病大鼠的一半狀況，增加體重，而且能顯著的降低大鼠的血糖，并且降糖效果好于消渴丸[18]。常慧萍研究了南瓜多糖對四氧嘧啶糖尿病小鼠血糖和血脂的影響，發現南瓜多糖劑量為400mg/kg時，糖尿病模型組血糖比對照組降低了60%，胰島素升高了61.2%，體現了顯著的降血糖功效[19]。朱小蘭等發現高低劑量（360、180 mg/kg）的南瓜多糖都可顯著降低糖尿病模型大鼠禁食以及自由進食后的血糖，療效與格列本脲相當，并且可明顯升高模型大鼠的胰島素水平，降低禁食后的胰高血糖素水平[20]。張擁軍等研究了不同品種南瓜多糖對糖尿病小鼠血糖的影響，以500 mg/kg的劑量腹腔注射，發現不同品種的南瓜多糖對糖尿病小鼠的降糖作用有明顯的差異，6種南瓜多糖中有2種降糖效果顯著[21]。由此表明，南瓜的品種對南瓜多糖的降血糖功效有著較大的影響。另外，研究者將南瓜多糖與其他有降血糖功效的成分復配，改善了其降血糖功效。趙敏等將南瓜多糖與冬蟲夏草、灰兜巴復配制成復方HCP，能有效降低糖尿病小鼠的血糖值并且能降低預防組小鼠的糖尿病模型的成模率[22]。顯示了南瓜多糖在預防和治療糖尿病上的巨大潛力。

4.2 南瓜多糖降低臨床患者血糖的功效

南瓜多糖作為一種天然的植物性多糖，其安全性基本能夠認可，但是關于南瓜多糖降血糖作用的臨床實驗還是很少。石揚等給臨床2型糖尿病患者服用南瓜多糖顆粒制劑，每次2包（2×10 g），每日2次，連服4周，發現其治療糖尿病病例的有效率達87.18%，明顯高于對照組消渴丸有效率66.6%，表明南瓜多糖對2型糖尿病患者的療效優于消渴丸[23]。

5 南瓜多糖的降血糖作用機理

目前對于南瓜多糖降血糖機理的深入研究還比較少，但是根據對動物模型血糖水平和激素水平的實驗結果對其降糖機理有很多推測。

常慧萍等推斷南瓜多糖能夠修復受損的胰島細胞，促進胰島β細胞再生，從而增加胰島素的釋放[19]。朱紅艷等研究了南瓜多糖對糖尿病大鼠胰島Fas、Fas-L、Bal-2及Bax表達的影響，發現南瓜多糖能夠改善STZ誘導的糖尿病大鼠β細胞的凋亡，保護受損的胰島β細胞[6]。張擁軍等通過實驗推斷南瓜多糖不是通過刺激胰島素的大量分泌來降血糖的，其降糖作用可能與促進肝糖原的合成及增加胰島素受體敏感性有關[24]。另外，朱小蘭等推測南瓜多糖可能在一定程度上抑制胰島α細胞分泌胰高血糖素，說明南瓜多糖可能是通過協調胰島內不同細胞間的功能，使體內降糖及升糖激素之間達到一定的平衡而發揮作用的[20]。

還有研究表明，南瓜多糖的降血糖功效可能通過抑制α-葡萄糖苷酶的活性來實現的。通過抑制小腸上段α-葡萄糖苷酶的活性可以延緩或減少葡萄糖在腸道內的吸收，從而有效地降低餐后血糖的峰值，減少高血糖對胰腺的刺激，提高胰島素的敏感性[25]。于斐等研究表明南瓜多糖對α-葡萄糖苷酶的具有非競爭性抑制作用，且隨多糖濃度的增加，其抑制作用有所增強[8]。

另外，南瓜多糖對血糖的影響還可能與其對血脂的影響是相互關聯的。劉穎等根據實驗結果推測南瓜多糖能夠改善葡萄糖的脂肪酸循環，降低游離脂肪酸的同時通過多種途徑促進了葡萄糖的利用從而降低血糖[18]。

6 結語

南瓜多糖是一種水溶性雜多糖，其糖鏈主要由葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖等單糖組成，其理化性質隨南瓜的品種和提取方式的不同而存在一定的差異。大量動物實驗表明南瓜多糖具有顯著的降低機體血糖的功效，顯示了其作為一種高效低毒的天然產物在糖尿病的治療上具有巨大的應用前景。我國南瓜資源豐富，但以南瓜多糖為主要成分開發的降血糖功能性食品在市場上還很少見，因此以南瓜多糖的降血糖功效為切入點開發新型南瓜及制品也是未來南瓜產業發展的一個重要的方向。而且，目前對于南瓜多糖的降血糖機理研究得不是十分明了，也還需要進一步地深入研究。

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