多糖鐵復合物的結構特征和生理活性研究進展

景永帥，張瑞娟，吳蘭芳，鄭玉光，高心悅，郝彤宇，張丹參，*

（1.河北科技大學化學與制藥工程學院，河北石家莊050018；2.河北中醫學院藥學院，河北石家莊050200）

缺鐵性貧血（iron deficiency anemia，IDA）是一種常見的營養缺乏癥，是由于鐵元素攝入不足導致的貧血，所以補充鐵劑是治療缺鐵癥安全、有效的方法。第一代無機補鐵劑以硫酸亞鐵為代表，雖然鐵含量較高，吸收較好，但存在腹部不適、惡心、食欲不振、腹瀉、頭痛等不良反應。第二代補鐵劑是可溶性小分子有機鐵鹽，如乳酸亞鐵，與第一代補鐵劑相比，其吸收率和生物利用率都有所提高，且鐵離子在胃酸中具有一定的緩釋作用，對胃腸道刺激較小。但是亞鐵鹽性質不穩定，生產儲存比較困難，易產生異味。目前，第三代補鐵劑-有機鐵絡合物得到廣泛研究，如多糖鐵復合物，與前兩代相比，它具有生物利用高、穩定性好、不良反應少等優點[1-2]。

多糖是由10 個以上單糖組合而成的碳水化合物，具有多方面的生物活性，如調節血糖、降血壓、促進血液循環，免疫調節等，亦可被機體吸收利用，從而發揮相應的效應[3]。多糖鐵復合物作為補鐵劑不僅具有較理想的穩定性、水溶性和吸收率等，且不良反應少[4]，多糖鐵復合物已成為當前研究熱點。目前，多糖鐵復合物的合成方法有化學合成法和復合膜模擬生物礦化法，從原料的易得性、生產周期和質量可控性等方面考慮，化學合成法仍是主流[5]。本文主要就多糖鐵復合物的結構特征和生理活性進行綜述。

1 多糖鐵復合物結構分析

1.1 多糖鐵復合物中鐵含量的測定方法

多糖鐵復合物中鐵含量的檢測方法有鄰菲啰啉分光光度法、原子吸收光譜法以及置換碘量法等[4]。

1.1.1 鄰菲羅啉分光光度法

鐵離子在pH 3～9 之間的溶液中與鄰菲啰啉生成穩定的橙紅色絡合物，測量波長為510 nm，其摩爾吸光系數為1.1×104L/mol·cm。若用還原劑（如鹽酸羥胺）將高價鐵離子還原，則本法可測高價鐵離子及總鐵含量，并用鄰菲羅啉分光光度法測定鐵的含量。劉梁等[6]在堿性條件下用米糠多糖與三氯化鐵制備米糠多糖鐵，并用鄰菲羅啉分光光度法測定鐵含量。肖雄等[7]用土黨參多糖與三氯化鐵制備土黨參多糖鐵，并用鄰菲羅啉分光光度法測定鐵含量。

1.1.2 原子吸收光譜法

用原子吸收分光光度計測定多糖鐵中的Fe3+濃度，通過計算得鐵結合率[8]。

任廣明等[9]用原子吸收光譜法測定靈芝多糖鐵中Fe3+含量。齊昭京等[10]采用微波消解法處理枸杞多糖鐵配合物，用硝酸-雙氧水（6 ∶1，體積比）混合溶液作為消解劑進行微波消解，火焰原子吸收光譜法測定枸杞多糖鐵配合物中鐵含量。王明等[11]、崔潔芬等[12]、杜國豐等[13]分別用原子吸收光譜法測定滸苔多糖鐵、枸杞多糖鐵、苦瓜多糖鐵中Fe3+含量。

1.1.3 置換碘量法

碘化鉀被三價鐵氧化為碘，生成的碘用硫代硫酸鈉滴定間接測定三價鐵含量[4]。鄧曉磊等[14]合成玉米多糖鐵并用置換碘量法測定復合物中鐵的含量。盛小莉等[15]探究合成當歸多糖鐵復合物影響時，采用置換碘量法測定當歸多糖鐵復合物中鐵的含量。

1.2 多糖鐵復合物的結構表征

目前，常用于多糖鐵復合物結構研究的方法有：傅里葉變換紅外光譜、差示量熱掃描及熱重分析、透射電子顯微鏡、X 射線衍射、廣延X 射線吸收精細結構分析、穆斯堡爾譜、電子順磁共振波譜、原子力顯微鏡、電噴霧質譜、凝膠過濾色譜分析等。

1.2.1 傅里葉變換紅外光譜分析

紅外吸收光譜是常用的吸收色譜，操作簡單，具有一定的選擇性，可用于化合物的定性分析。根據樣品結構不同，通過對吸收峰位置和強度綜合分析，從而確定相應的官能團及結構[16]。

崔潔芬等[12]對制備的滸苔多糖鐵的結構進行表征，紅外光譜表明，均具有多糖特征吸收峰，3 400 cm-1～3 500 cm-1的O-H 伸縮振動峰峰形發生變化，說明多糖與鐵螯合，且在680 cm-1和490 cm-1處的特征吸收峰，說明鐵核是聚合的β-FeOOH 結構。王橋等[17]根據紅外光譜、透射電子顯微鏡分析結果，認為銀耳多糖鐵是由聚合的β-FeOOH 鐵核，銀耳多糖作為配體在核表面配合而形成的表面配合物，其粒子直徑約為30 nm～80 nm，屬于高分子化合物。彭珂珂[16]合成玉米淀粉多糖鐵并對其進行紅外光譜分析，結果表明，602 cm-1和456 cm-1是β-FeOOH 的指紋峰，說明玉米淀粉多糖鐵是β-FeOOH 結構。肖雄等[7]采用紅外光譜發現土黨參多糖鐵在865 cm-1和639 cm-1的特征吸收峰，這與報道[18]的β-FeOOH 兩個特征吸收峰一致，說明土黨參多糖鐵中鐵核是聚合的β-FeOOH 結構。唐東臨等[19]采用紅外光譜發現褐藻多糖鐵多了兩個特征吸收峰，這與報道[20]的 1 024 cm-1和 750 cm-1處的 γ-FeOOH 特征吸收峰一致，表明褐藻多糖鐵中鐵核可能是聚合的γ-FeOOH 結構。

綜上所述，利用多糖與多糖鐵復合物的紅外光譜圖，通過比較峰形及峰位置的變化，可以判斷多糖與鐵離子是否鰲合。此外，根據865 cm-1和639 cm-1以及1 024 cm-1和750 cm-1處的特征吸收峰，可以判別是β-FeOOH 鐵核或者 γ-FeOOH 鐵核。

1.2.2 差示量熱掃描及熱重分析

差示掃描量熱分析（differential scanning calorimetry，DSC）和熱重分析（thermogravimetric analysis，TGA）都屬于熱分析，即在程序升溫過程中，被測樣品會發生熔融、晶態變化、分解熱等變化，然后對數據進行分析，得出相關結論。DSC 曲線用于對絡合物的穩定性研究，TG 曲線表示的是升溫過程中樣品的失重情況[21]。

徐進云等[22]對殼寡糖鐵配合物進行結構表征，差示量熱掃描及熱重分析結果表明，殼聚糖及其鐵配合物失重趨勢相似，分解后殘留質量具有顯著差異，可能是因為鐵離子在加熱過程中不能被分解，也進一步說明配位反應的發生。尹玉婷[23]合成了虎眼萬年青多糖，并對其性質結構進行研究，熱重分析結果表明，虎眼萬年青多糖鐵復合物在27 ℃～225 ℃范圍內穩定。李琳[21]對二色補血草多糖鐵復合物（Limonium bicolor polysaccharide-iron complex，LPC）進行熱分析研究，結果表明，300 ℃范圍內，LPC 的失重率小于20%，說明LPC 具有良好的穩定性。唐東臨等[19]采用差示量熱掃描法發現褐藻酸鈉與褐藻多糖鐵的吸熱與放熱峰有明顯差異，其中褐藻多糖鐵的吸熱峰變得寬而鈍，表現出無定型結構特征。

差示掃描量熱和熱重分析可用于分析多糖及多糖鐵復合物的熱分解和失重情況。多糖與鐵結合后，兩者的失重趨勢相似，吸熱和放熱過程有明顯差異，可能是因為多糖與鐵結合后不易分解。

1.2.3 透射電子顯微鏡分析

透射電子顯微鏡是由電子槍發出來的光束，在真空通道中通過聚光鏡匯聚成一束光斑，照射在樣品室內樣品上，光束攜帶樣品結構信息經過物鏡、衍射鏡、中間鏡、投影鏡綜合放大成像，最終投射在熒光板上，熒光板將電子影像轉化為可見光影像以便觀察。

陳和生等[24]采用模擬生物礦化法制備殼聚糖多糖鐵，透射電鏡結果表明，β-FeOOH 被多糖包裹著，結晶度比較低。周玉燕等[25]對自制多糖鐵復合物的結構進行分析，通過透射電鏡可以看出，多糖鐵復合物是以鐵核為中心，多糖在核表面形成的復合物。陳志祥[26]通過透射電鏡觀察到當歸多糖鐵復合物的鐵核，其直徑大小約為40 nm～50 nm。李琳[21]采用透射電子顯微鏡對LPC 進行研究，結果觀察到聚集在一起的球狀顆粒，且顆粒之間呈團聚狀。

透射電鏡可以直觀展現出多糖與鐵的結合方式，多糖鐵復合物是以鐵核為中心，多糖包裹在鐵核表面形成的復合物。

1.2.4 X 射線衍射分析

X 射線衍射用于鑒定物質晶相。晶體不同，其化學組成和結構參數不同，X 射線通過晶體時，產生不同的衍射圖形，根據特征峰位置及相對強度分析鑒定樣品的物相。

Coe 等[27]研究表明，多糖鐵的 X 射線衍射（X-ray diffraction，XRD）譜的特征峰為 0.15 nm 和 0.25 nm，是鐵氧化合物的特征吸收。何瑞雪等[28]合成了水溶性大豆多糖鐵配合物，并利用XRD 對其進行分析，結果表明，水溶性大豆多糖及其鐵配合物結晶度均不高，在0.25 nm 和 0.15 nm 處有 β-FeOOH 的特征吸收。Oshtrakh 等[29]利用廣延X 射線吸收精細結構分析法，推測出多糖鐵復合物的鐵核表面的鐵與多糖上的羥基相連接形成配合物。

研究表明，多糖鐵的XRD 譜特征峰為0.15 nm 和0.25 nm，據此利用X 射線衍射分析不僅可以知道多糖與鐵的結合方式，而且根據譜圖中峰的位置及相對強度，可以判斷其結晶度和結構，峰形圓盾，結晶度較低，剛性結構差，無定型結構；峰形尖銳，有一定的結晶度，且具有一定的空間結構。

1.2.5 其他方法

蘇桂芬等[30]利用穆斯堡爾譜測定了8 種多糖鐵的結構特征，結果表明，多糖鐵復合物中的鐵均為高自旋的三價鐵，處于弱相互租用的八面體狀態。陳志祥等[26]采用雙丙烯酰胺共聚凝膠Sephacryl 凝膠色譜柱對當歸多糖鐵配合物的分子量進行洗脫，得到兩個組分，第一部分主要是鐵核，分子量為253 000 Da，第二部分是鞘狀層當歸多糖，分子量為1 400 Da。

2 多糖鐵復合物的藥理活性和臨床應用

目前，大部分植物多糖鐵復合物的藥理作用（主要為對缺鐵性貧血和溶血性貧血治療的動物試驗）尚在研究中，在臨床上有部分應用，主要用于兒童缺鐵性貧血、成人缺鐵性貧血、孕婦缺鐵性貧血、圍生期缺鐵性貧血、腎性貧血等的治療。

2.1 多糖鐵復合物的藥理活性

2.1.1 多糖鐵復合物的吸收

多糖鐵復合物中不存在游離的Fe2+和Fe3+。所以多糖鐵復合物一般是以分子的形式被機體吸收利用。Fe3+一般在人體不同的酸性、堿性的環境下慢慢溶出，溶出時間一般為6 h 左右，Fe3+被抗壞血酸還原為Fe2+，被人體吸收利用。

Wang 等[31]通過體外消化試驗模擬胃腸道吸收，發現白樺茸多糖鐵中在模擬的胃腸道具有較好的生物利用度，可作為口服補鐵劑。李珂[32]通過當歸多糖鐵在大鼠體內藥物代謝動力學實驗表明，其主要吸收部位為小腸前段。將其制成固體分散體腸溶膠囊發現能以分子形式直接被腸道吸收，不僅避免胃腸道刺激，還增加生物利用度。劉茂昌[33]研究表明，當歸多糖鐵復合物在大鼠體內的藥動學過程均符合二室模型，其既能以游離鐵離子形式又能以多糖鐵復合物分子形式被十二指腸吸收。周玉燕等[34]用同位素示蹤法測定血漿中59Fe-玉米多糖鐵濃度，結果表明其在大鼠體內的藥動學模型符合二室模型，主要分布于胃腸道，多糖鐵中的鐵在被機體吸收后可以進入血細胞而被利用。周玉燕等[35]比較玉米多糖鐵在大鼠和畢格犬體內的藥代動力學參數發現，玉米多糖鐵在大鼠和畢格犬中的吸收情況差異巨大，表明鐵的吸收與實驗動物的物種、狀態有關，為今后臨床應用提供參考。

2.1.2 多糖鐵復合物的抗氧化作用

細胞在正常代謝和生長過程中會產生一系列活性氧，如超氧陰離子、羥自由基和過氧化氫，它們會破壞人體內的蛋白質和核酸等生物大分子，導致疾病的發生，影響人類身體健康。抗氧化劑可以延緩或阻止過量自由基和活性氧類物質的生成，保護人體免受傷害。多糖鐵復合物作為抗氧化劑，其結構穩定，且無毒副作用。

王明等[11]采用鄰苯三酚自氧化法、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）法測定枸杞多糖鐵的抗氧化能力，結果顯示在一定范圍內，枸杞多糖鐵的抗氧化能力隨著濃度的增加而增加，且高于枸杞多糖。Xu 等[36]研究發現，灰樹花多糖鐵復合物具有一定的抗氧化活性，可使淋巴細胞大量增殖，具有較高的免疫保護活性和補體固定活性。吳建軍等[37]研究發現，當歸多糖鐵復合物可升高缺鐵性貧血大鼠血紅蛋白含量、紅細胞計數及紅細胞壓積，脾臟和胸腺指數，血清超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，降低血小板計數，能夠改善缺鐵性貧血模型大鼠的器官免疫功能及抗氧化防御系統功能。烏蘭格日樂等[38]研究玉竹多糖鐵的抗氧化作用發現，其對羥基自由基和超氧陰離子自由基的清除活性均強于陽性對照VC的清除作用。

2.1.3 多糖鐵復合物的補鐵作用

多糖鐵復合物作為補鐵劑，對黏膜和腸道的副作用較小，能以分子形式吸收，并且具有補鐵和營養的雙重作用。

王麗等[39]進行了懷山藥多糖鐵治療缺鐵性貧血小鼠的研究，檢測到給藥前后貧血小鼠的血紅蛋白、紅細胞計數的增加變化，表明懷山藥多糖鐵具有較好的治療缺鐵性貧血作用。陳慶忠等[40]通過研究表明，黃芪多糖鐵可以顯著提高貧血小鼠的紅細胞數、血紅蛋白、血清鐵及血清鐵蛋白含量，有良好的補鐵作用。

Zhang 等[41]合成一種新型多糖鐵絡合物，發現該復合物可以提高缺鐵性貧血小鼠的紅細胞計數、血紅蛋白、血清鐵、脾指數、脾臟質量和小鼠質量，對缺鐵性貧血有一定的抑制作用。

2.1.4 多糖鐵復合物的劑型

目前，多糖鐵復合物的劑型有膠囊、注射劑、脂質體以及口服液。每種劑型都有其優缺點，多糖鐵復合物膠囊可以掩蓋不良味道、穩定性好、溶出快、生物利用度高，但是不適宜于兒童；注射劑可直接進入血液，不受酶、pH 值等影響，無首過效應，但使用不便，且有一定的疼痛感；多糖鐵復合物脂質體具有靶向性，可以緩慢釋放藥物，延長作用時間，降低藥物毒性等優點，但是靶向性不夠明顯、包封率低、穩定性差、制備工藝復雜；口服液發揮療效快、服用攜帶方便、保存性能良好，但口服液對制備工藝條件要求較高，澄明度和穩定性不易控制。

殷愛明等[42]臨床研究發現，與蔗糖鐵注射液相比，多糖鐵復合物膠囊對患有缺鐵性貧血孕婦治療的效果更好，其可有效地改善孕婦的各項血液學指標，降低新生兒發生早產、宮內窘迫和產時低體重的幾率。王霞[43]對蔗糖鐵注射液治療維持性透析腎性貧血進行研究，結果表明，經過治療后，血紅蛋白（hemoglobin，Hb）、紅細胞比容 （hematocrit，Hct） 及血清鐵蛋白（serum ferritin，SF）水平明顯升高，貧血癥狀得到明顯改善。陳晶晶等[44]合成了米糠多糖鐵復合物脂質體，脂質體具有靶向性、長效性、細胞親和性等特點，對所包合的物質起到降低毒性、保護活性、增加生物利用度等作用。徐華榮等[45]制備了大棗多糖鐵口服液，并對其穩定性進行考察，結果表明大棗多糖注射液穩定性良好。

2.2 多糖鐵復合物的臨床應用

李敬等[46]采用多糖鐵復合物膠囊聯合復合維生素片治療鐵缺乏和缺鐵性貧血的孕婦和育齡婦女，根據監測血紅蛋白與血清蛋白的恢復、增加情況，取得較好的臨床效果。袁晶[47]對多糖鐵聯合維生素A、維生素B2、葉酸治療妊娠貧血的療效及對新生兒結局的效果進行臨床研究，結果表明，治療妊娠貧血，其不良反應較少，可有效提高孕婦Hb、SF、SF 水平、自然分娩率及臨床治療效果，降低新生兒窘迫發生率，值得臨床推廣應用。袁小燕等[48]采用多糖鐵加維生素C 治療小兒缺鐵性貧血，結果表明112 例缺鐵性貧血患兒治療1個月后血紅蛋白溶度變化的總有效率為100%，有利于小兒缺鐵性貧血的治療。金春華[49]研究多糖鐵復合物治療兒童營養性缺鐵性貧血的療效發現，治療4 周時多糖鐵復合物組Hb 上升緩慢，但8 周時Hb 上升水平并不低于硫酸亞鐵組，產生的原因可能與研究的對象不同有關。因多糖鐵復合物組治療病兒12周后平均Hb 可以達到正常水平，所以認為多糖鐵復合物膠囊可以應用于兒童缺鐵性貧血的治療。但其劑型對嬰幼兒來講規格偏大，服用不便。周德明[50]研究發現，多糖鐵復合物膠囊較硫酸亞鐵片治療缺鐵性貧血的臨床療效顯著，其能夠有效緩解患者的癥狀及體征，具有更高的治愈率，不良反應小，值得進一步推廣。王宗平[51]研究發現，多糖鐵復合物在治療缺鐵性貧血患者的前后血清蛋白SF 有明顯升高，而在血清轉鐵蛋白受體（serum transferrin receptor，sTfR）雖然不能顯示出藥物的高效性，但能夠顯著改變患者臨床癥狀，提高其治愈率及總有效率，是目前理想的治療藥物。吳小妮等[52]在多糖鐵復合物用于高通量血液透析患者腎性貧血治療中，發現研究組患者的血紅蛋白、血清鐵蛋白、紅細胞計數、血細胞比容水平及不良反應發生率明顯優于對照組，表明治療效果顯著，值得推廣運用。殷愛明等[42]臨床研究發現，與蔗糖鐵注射液相比，多糖鐵復合物膠囊對患有缺鐵性貧血孕婦治療的效果更好，其可有效地改善孕婦的各項血液學指標，降低新生兒發生早產、宮內窘迫和產時低體重的幾率。夏景清等[53]探究多糖鐵復合物應用于缺鐵性貧血的治療中對患者血清鐵蛋白水平的影響，以硫酸亞鐵顆粒為對照組，研究結果表明，多糖鐵復合物治療IDA 效果更為顯著，能夠促進血清鐵蛋白的合成，抑制血清轉鐵蛋白受體的釋放。

3 結論

綜上所述，多糖鐵復合物作為一種新型的補鐵劑成為國內外研究的熱點。理想的補鐵劑應具有吸收好、生物利用度高、無味、無副作用或副作用較小等特點，多糖鐵復合物水溶性高、以分子形式吸收，吸收率與硫酸亞鐵相當，但是多糖鐵復合物中的多糖種類很多，結構不一，會對多糖鐵復合物的結構造成不同程度的影響。所以在今后的研究中，應注意多糖的結構和種類對多糖鐵復合物有效性的影響以及安全性問題等，從各方面提高多糖鐵復合物在機體內的鐵吸收率。