植物多糖生物活性功能研究進展

張 琴，李美東，羅 凱，黃秀芳

（湖北民族大學生物科學與技術學院，湖北 恩施 445000）

植物多糖又稱植物多聚糖，指自然界中普遍存在的由許多相同或者不同的單糖α-或者β-糖苷鍵組成的聚合度超過10 個的化合物。天然植物多糖廣泛地存在于植物體內(nèi)，是植物體內(nèi)重要的生物大分子，同時也是維持和保證生物體生命活動正常運轉(zhuǎn)的四大基本物質(zhì)之一，所以常被應用于食品、保健品和化妝品中［1］。

多糖與蛋白質(zhì)的分類方法相似，其一級結(jié)構(gòu)是糖基組成、排列，是高級結(jié)構(gòu)的基礎；二級結(jié)構(gòu)是以氫鍵為主要二級鍵的多糖主鏈之間形成的規(guī)則構(gòu)象；三級結(jié)構(gòu)是以二級結(jié)構(gòu)為基礎，使二級結(jié)構(gòu)在有序空間產(chǎn)生規(guī)律性的空間構(gòu)象；四級結(jié)構(gòu)是以二級結(jié)構(gòu)為基礎，形成非共價鍵聚集體［2］。研究表明，許多植物多糖均具有生物活性，包括調(diào)節(jié)免疫力、調(diào)節(jié)血糖血脂、抗腫瘤、抗輻射、抗菌抗病毒、保護肝臟等在內(nèi)的保健作用［3］。本研究主要是對近幾年植物多糖生物活性的研究進行綜述，以期為后續(xù)的研究提供參考。

1 植物多糖的生物活性

1.1 抗氧化

植物多糖發(fā)揮抗氧化作用主要表現(xiàn)在以下兩個方面：①對自由基的直接或間接清除作用；②提高抗氧化酶活性或降低氧化酶活性［4］。

1.1.1 清除自由基 正常情況下，機體氧化還原系統(tǒng)處于動態(tài)平衡，當機體處于應激、病理狀態(tài)時，會產(chǎn)生羥基自由基（·OH）、超氧陰離子自由基（O2-·）和1，1-二苯基-2-苦味酰肼自由基（1，1-diphenyl-2-picryhydrazyl，DPPH·）等強氧化自由基［5］。超氧化物自由基可以直接攻擊重要的生物分子，也能分解形成單態(tài)氧和羥基自基［6］。

DPPH·是一種很穩(wěn)定的氮中心的自由基。羥自由基能殺死紅細胞、降解DNA、細胞膜，植物多糖可能作為電子或氫供體清除羥基自由基［7］。超氧化物自由基是一種劇毒物質(zhì)，可以通過光化學反應產(chǎn)生。Zhao 等［8］利用微波輔助提取百合多糖并對其進行了抗氧化活性評價，在0.2～1.0 mg∕mL的濃度下，DPPH·自由基清除活性隨著多糖濃度的增加而增加；百合多糖對羥基自由基的清除能力呈濃度依賴性。低濃度時百合多糖的清除能力僅為28.84%，但隨著濃度的增加，清除能力迅速增加。試驗結(jié)果表明，百合多糖對單峰氧和羥基自由基的形成有明顯的抑制作用，濃度越高越明顯。Ren 等［9］研究了海草多糖的抗氧化活性，在濃度為0.4 mg∕mL 時，不同提取方法提取的海草多糖1 和海草多糖2 的DPPH·自由基清除率分別為95.23% 和90.80%，并且自由基清除率隨著海草多糖濃度的增加而增加。結(jié)果表明，海草多糖具有較好的抗氧化活性，并且具有較強的提供電子和氫的能力。

1.1.2 調(diào)節(jié)相關酶活性 植物多糖可以通過絲裂原活化蛋白激酶∕核因子E2（MAPK∕Nrf2）信號通路促進細胞對Ⅱ相解毒酶的分泌，促進抗氧化酶的分泌及活性，降低機體或細胞內(nèi)自由基水平，增強機體或細胞對氧化應激的抗性［4］。

黃芪多糖可顯著改善超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）活性，并且能夠通過增加EA.hy926 細胞中SOD 的表達和減少胞漿的過氧化作用來阻止細胞內(nèi)氧化應激引起的ROS 的產(chǎn)生，從而保護細胞免受氧化應激損傷［10］。

1.2 降血脂

血脂是膽固醇、甘油三酯、磷脂與游離脂肪酸的總稱。膽固醇過高會有患冠狀動脈粥樣硬化的危險，繼而引發(fā)冠心病、血栓等心腦血管疾病，控制和降低血脂可減少心腦血管疾病發(fā)生的風險［11］。目前，臨床上治療高脂血癥主要以洛伐他丁、非諾貝特等化學合成藥為主［12］。長期服用會有不同程度的毒副作用，于是天然來源的降血脂物質(zhì)就受到越來越多人的青睞。

植物多糖具有生物相容性良好、毒副作用少等特點。植物多糖降脂作用機理主要是抑制脂肪酶的活性，減少機體對脂質(zhì)的吸收及降低脂質(zhì)的利用效率，并通過調(diào)節(jié)血脂代謝、緩解代謝紊亂從而達到降血脂的效果。

Wang 等［13］對高脂飲食誘導的肥胖C57BL∕6 小鼠給予麥冬水溶性多糖喂養(yǎng)16 周。結(jié)果表明，麥冬水溶性多糖可通過增加耗氧量和能量消耗，在不抑制食欲或增加體力活動的情況下，減輕肥胖動物的體重和脂肪組織重量。麥冬水溶性多糖還可以改善血脂水平，減少瘦素分泌，減少肝臟脂質(zhì)積累，增加肝臟脂質(zhì)和能量代謝相關基因的表達，從而起到降血脂作用。Park 等［14］研究了巖藻聚糖是否在泊洛沙姆407（P407）誘導的高脂血癥小鼠中具有降脂潛能。利用巖藻糖膠治療2 h 后，在這些小鼠中急性給予P407 能顯著降低血清總膽固醇、甘油三酯和LDL 膽固醇水平，增加HDL 膽固醇的水平，并且發(fā)現(xiàn)巖藻聚糖降低了成熟SREBP-2 蛋白在肝臟中的表達，隨后降低了肝臟HMG-CoA 還原酶的mRNA表達，增加了肝臟LDL 受體的mRNA 表達。分析得出，巖藻多糖通過調(diào)節(jié)SRBEP-2 調(diào)節(jié)肝臟中膽固醇和甘油三酯合成關鍵酶的表達，來改善血脂水平。

1.3 免疫調(diào)節(jié)

植物多糖生物活性大分子具有調(diào)節(jié)機體免疫的功能，可增強機體細胞免疫及體液免疫功能，促進機體免疫器官的生長、激活免疫細胞、激活補體系統(tǒng)及釋放細胞因子等免疫調(diào)節(jié)功能，從而使機體免疫平衡，維持自身生理動態(tài)平衡與相對穩(wěn)定的生理功能。

植物多糖免疫調(diào)節(jié)作用的機制不是單一的，而是多環(huán)節(jié)、多靶點的對機體免疫功能進行調(diào)節(jié)，從而改善生物機體免疫力。植物多糖的免疫調(diào)節(jié)機制，涉及各種免疫細胞上的不同受體，并且對細胞間的信使分子有一定的調(diào)節(jié)作用［15-22］。表1 為植物多糖免疫調(diào)節(jié)的研究結(jié)果。

1.4 抗腫瘤

惡性腫瘤不斷威脅人類的健康，在治療腫瘤過程中，抗腫瘤藥物持續(xù)被使用［23］。大多數(shù)藥物在應用中，患者易出現(xiàn)不良反應，不良反應嚴重時會損害肝臟，不僅影響治療效果，甚至對于肝功能不健全者可能會危及生命。植物多糖是從植物中提取的活性大分子，因其安全性高，又對腫瘤活性具有抑制作用，所以成為研究抗腫瘤藥物方面的熱點。

生物多糖對腫瘤的抑制作用主要通過2 個途徑［24］：一是通過增強機體的免疫功能發(fā)揮間接作用；二是通過對腫瘤本身細胞代謝的影響發(fā)揮直接殺傷作用。小鼠體內(nèi)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，香菇多糖降低了偶氮甲烷∕DSS 誘導的腸炎相關性結(jié)腸癌（CAC）模型的腫瘤數(shù)量、炎性細胞浸潤、非典型增生和核不典型。通過抑制toll 樣受體4（tlr4）∕核轉(zhuǎn)錄因子-κB信號傳導和結(jié)腸癌標志物（如癌胚抗原、細胞角蛋白8、ck18 和p53）在CAC 模型小鼠中的表達，還可能降低炎癥前細胞因子IL-13、CD30 配體（CD30L）的表達［25］，從而起到抗腫瘤作用。

表1 植物多糖免疫調(diào)節(jié)

燒傷加銅綠假單胞菌感染的小鼠被給予香菇多糖后，可顯著降CD4+CD25+Tregs 比例，導致香菇多糖治療的非小細胞肺癌患者的炎癥狀態(tài)從Th2 轉(zhuǎn)變?yōu)門h1［26］，并且通過抑制脂多糖觸發(fā)erk-foxo1（胰腺beta 細胞團的關鍵調(diào)控因子）激活來改善燒傷后敗血癥［27］。體外試驗中，火棘多糖以濃度100～1 000 μg∕mL 在乳腺癌細胞系中作用24 h 和48 h，不同劑量的火棘多糖對一種非腫瘤性人卵巢表面上皮細胞系hose 細胞的增殖沒有明顯的抑制作用，但可顯著抑制hey 和skov3 細胞（人卵巢癌細胞株）的增殖［28］。在靈芝多糖體外對胃腫瘤細胞MKN45 和AGS 增殖、凋亡及周期的影響研究中，靈芝多糖100、200 mg∕kg 作用24 h 均可以有效促進胃癌細胞MKN45 和AGS 的凋亡，可以抑制AGS 胃癌細胞的細胞周期，使其停留在G1 期，停止生長［29］。金錢草多糖通過抑制細胞周期蛋白A1、細胞周期蛋白B1和CDK-1 的表達，增加p53（人體抑癌基因）、bax∕bcl-2B 比值的表達，誘導MCF-7 細胞（人乳腺癌細胞）的G2∕M 期停滯和凋亡，導致半胱天冬酶的激活和parp（半胱天冬酶的切割底物）的降解［30］。

1.5 降血糖

近年來，糖尿病發(fā)病率與死亡率日益增高，并且患病人群也逐漸由中老年人群轉(zhuǎn)向年輕人群，已成為世界上繼心、腦血管疾病和癌癥后第3 個威脅人類健康的嚴重疾?。?1］。

植物多糖具有多途徑、多靶點、多向性、毒副作用小的藥理優(yōu)點，能夠通過多種機制、多環(huán)節(jié)作用于糖尿病［32］。植物多糖降血糖的機制主要是增加胰島細胞數(shù)量，促進胰島素分泌或釋放，增加胰島素敏感性，改善糖代謝等［33］。

1.5.1 調(diào)節(jié)胰島細胞 胰島β 細胞是胰島細胞的一種，胰島β 細胞功能受損、胰島素分泌絕對或相對不足，會使血糖升高，從而引發(fā)糖尿病，且胰島β細胞癌變會生成胰島素瘤［34］，引起血糖降低癥狀，而植物多糖可以增加胰島β 細胞數(shù)量，增強胰島β細胞活性。

南瓜干漿多糖腹腔注射四氧嘧啶誘導的糖尿病雄性ICR 小鼠。給藥7 h 后，快速測定血糖、空腹血清素和肝糖原，南瓜多糖能顯著提高肝糖原和胰島素水平，表現(xiàn)出顯著的降血糖作用。在體外試驗中，南瓜多糖具有增強胰島細胞增殖活性的潛力，且可以修復部分四氧嘧啶誘導的胰島細胞損傷［35］。Chen 等［36］對麥冬多糖進行提取分離純化及藥效學研究表明，麥冬多糖能顯著增加胰島素的水平，而且能夠修復注射鏈脲佐菌素造模對胰島細胞的破壞，起到降血糖的作用。

1.5.2 調(diào)節(jié)胰島素 目前，胰島素是體內(nèi)降糖的惟一一種蛋白質(zhì)激素。胰島素在其靶器官調(diào)控代謝和生長中，通過血液循環(huán)到達靶器官，在靶組織細胞上調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運體蛋白的表達，提高機體對葡萄糖的利用，從而降低血糖。

玉米絲多糖可顯著降低血糖和血清胰島素水平，肝糖原含量降低，改善小鼠的糖耐量［37］。桑葉多糖可上調(diào)PDX-1（主要功能有指導胰腺的發(fā)育和分化，促進胰島β 細胞增殖，抑制胰島β 細胞凋亡，調(diào)節(jié)胰島素基因等）mRNA 和蛋白的表達，恢復糖尿病大鼠胰島細胞中PDX-1 的核質(zhì)移位，改善胰島素轉(zhuǎn)錄，促進胰島素分泌，并且抑制肥胖癥的特異靶基因-蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）的表達，激活PI3K-AKT（調(diào)控細胞的生長、增殖、遷移、存活以及糖代謝）通路，減輕高脂、STZ 誘導的2 型糖尿病大鼠肝臟氧化應激，有效地促進了肝臟葡萄糖代謝和胰島素信號的正?；?8］。

1.6 其他

植物多糖生物活性功能多樣，除了上述以大量文獻證實的功能外，還具有其他活性功能。植物多糖具有抑菌的功效，翟婭菲等［39］探索了南瓜多糖對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑菌效果，證實了其具有明顯的抑菌效果。李世杰等［40］利用牛津杯法測定茯苓多糖的抑菌活性，結(jié)果表明，其酶解產(chǎn)物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌產(chǎn)生較好的抑菌作用。植物多糖也可作為益生元，對某些有益的腸道微生物的生長和代謝具有調(diào)節(jié)作用。方磊涵等［41］在仔豬日糧中添加不同水平的絞股藍多糖，仔豬腸道乳酸桿菌數(shù)和雙歧桿菌數(shù)均明顯提高，大腸桿菌數(shù)量明顯降低。

2 展望

植物多糖種類多樣、資源豐富，對機體具有多種調(diào)節(jié)功能，具有較大的開發(fā)意義。對于植物多糖活性功能的研究已比較成熟，但發(fā)揮其功能的機制受到植物多糖結(jié)構(gòu)復雜、量效關系等的影響尚不完全清楚。今后，植物多糖生物活性作用機制的探究、復合多糖的調(diào)配、植物多糖保健產(chǎn)品的開發(fā)等會在未來新科技的幫助下得到快速發(fā)展。