黃精多糖提取工藝及調(diào)節(jié)糖代謝活性機制研究進展

★ 張金蓮 葉先文, 任洪民 劉敏敏 陳媛 陳宇帆 夏瀾婷 劉穎 易海燕（.江西中醫(yī)藥大學藥學院 南昌 330004；.贛州市人民醫(yī)院患者服務(wù)中心 江西 贛州 34000）

黃精為百合科植物滇黃精（Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.）、黃精（Polygonatum sibiricumRed.）或多花黃精（Polygonatum cyrtonemaHua.）的干燥根莖［1］，其化學組成為多糖、蒽醌類、氨基酸及甾體皂苷等，具有抗糖尿病、抗高血脂、抗疲勞等作用［2］。近年來，隨著對黃精多糖不斷的深入研究，其提取工藝逐步優(yōu)化完善，調(diào)節(jié)糖代謝機制逐漸闡明，現(xiàn)作如下綜述。

1 黃精研究現(xiàn)狀概述

為了系統(tǒng)地了解國內(nèi)外黃精的研究現(xiàn)狀，我們通過中國知網(wǎng)文獻查詢系統(tǒng)，以“黃精”為主題，檢索到近5年與黃精有關(guān)的文獻1 100篇，其中中文文獻1 027篇，外文文獻73篇。由年度發(fā)文趨勢（圖1），發(fā)現(xiàn)近年來有關(guān)黃精的研究日益增多，知網(wǎng)預(yù)測2020年發(fā)文量可能為339篇。通過主題分布解析（圖2），發(fā)現(xiàn)多花黃精為黃精研究的熱門品種，其次為滇黃精；用藥定位為補氣、補陰藥；化學成分研究多為黃精多糖，主要對其提取率及工藝優(yōu)化；多為抗氧化活性研究。除此之外，還通過SymMap對黃精的化學成分、功效主治進行了檢索（圖3）。SymMap是基于TCMID、TCMSP、TCM-ID三大數(shù)據(jù)庫的中藥檢索系統(tǒng)［3］，由該工具我們得到黃精的化學成分52個，其主治脾虛所致的乏力、血瘀所致的咳血、陰虛內(nèi)熱所致的消渴、脾失運化所致的胃陰不足等，治療的器官對應(yīng)為脾、肺、肺脾腎、腸胃。部分成分的代號見表1。

圖1 黃精年度發(fā)文趨勢圖

圖2 黃精發(fā)文主題分布圖

圖3 黃精功效及化學成分信息

表1 黃精部分成分代號

2 黃精多糖的提取工藝研究

黃精多糖的提取方法繁多，如水提醇沉法；單一和復(fù)合酶解法組成的酶解法；微波/超聲波輔助提取的物理法。目前使用較為廣泛的是水提醇沉法、高壓技術(shù)提取法、閃式提取法、微波/超聲波輔助提取法和酶解法等。

2.1 水提醇沉法多糖的提取常采用水提醇沉法，其操作簡單、成本低、能最大程度避免多糖在提取過程中水解［4］。影響該方法的因素眾多，李麗等［5］的研究表明，料液比＞提取溫度＞提取時間＞提取pH。王月茹等［6］通過星點設(shè)計-效應(yīng)面法多指標優(yōu)選陜產(chǎn)黃精提取工藝，優(yōu)化工藝為加13倍量63 %乙醇、2 h/次、提取1次；實測值（總多糖、皂苷、總黃酮的提取率）與預(yù)測值偏差小于4 %，方法可行。楚東海等［7］基于星點設(shè)計-效應(yīng)面法優(yōu)化黃精多糖的提取工藝，當料液比20∶1（mL/g），提取時間2 h，提取溫度85 ℃時多糖得率最佳，平均含量為12.50 %。李詩萌等［8］通過氯仿-正丁醇除蛋白，活性炭吸附脫色，當浸泡時間為30 min，料液比為1∶15，提取溫度80 ℃，提取時間2 h，提取次數(shù)為3次，黃精多糖得率為59.39 %。

2.2 酶解法利用酶的特性，使用蛋白酶/纖維素酶可提高黃精多糖的提取率。苑璐等［9］以纖維素酶和木瓜蛋白酶為酶解條件，得出最佳料液比1∶20（g/mL）、提取溫度為50 ℃、pH 5.0、加酶量1.5 g/dL，黃精多糖提取率可達21.55 %；該方法提取率主要受pH值影響，其次為料液比和溫度。方如銀等［10］以等量的果膠酶、纖維素酶、甘露聚糖酶為酶解條件，通過單因素實驗設(shè)計，以多糖收率為指標，得到多糖收率為2.34 %左右，其工藝條件是加酶量5.5 %、25倍溶媒、pH4.5、45 ℃、酶反應(yīng)300 min。在料液比（g/mL）為1∶20，加酶量（質(zhì)量分數(shù)）5 %，酶解溫度50 ℃，酶解2 h，纖維素酶與木瓜蛋白酶的質(zhì)量比為3∶7，pH=5.0的條件下黃精多糖的提取率可達22 %［11］。

2.3 物理輔助法

2.3.1 超聲波輔助提取法利用空化和震動破壞黃精細胞的細胞壁，借助超聲波輔助提取法的優(yōu)勢，可提高多糖的提取率。蔡興航等［12］通過Box-Behnken響應(yīng)面得到酒黃精多糖的最佳工藝條件為：料液比1∶33，超聲時間29 min、超聲溫度39 ℃，提取率為7.49 %。研究表明，當超聲功率150 W、液料比18∶1（g/mL）、提取溫度73 ℃、超聲1 h時，黃精多糖的提取率最佳，為16.59 %［13］。

2.3.2 微波輔助提取法微波輔助提取法具有高效性，操作簡便，得率高等特點，已在天然物的提取中得到廣泛的應(yīng)用。胡芳等［14］以黃精多糖含量為指標，借助微波輔助對黃精多糖提取工藝進行研究，發(fā)現(xiàn)在固液比50∶1（g/mL）、微波功率450 W、處理5 min的條件下，黃精多糖提取率為11.82 %；各因素影響順序為固液比＞微波處理時間＞微波功率。

2.3.3 閃式提取法閃式提取法是一種新興的應(yīng)用于中草藥提取的一種方法，具有速度快、效率高、能耗低等優(yōu)點，可常溫提取［15］。陳艷等［16］優(yōu)選黃精多糖閃式提取的工藝條件為料液比1∶18（g/mL）、50 V下提取40 s，該條件下多糖提取率可達14.99 %；各因素影響順序為料液比＞提取電壓＞提取時間。

2.3.4 高壓提取法高壓提取法可通過高壓使溶質(zhì)更容易傳質(zhì)，同時能夠?qū)崦粜曰钚晕镔|(zhì)進行保護［17］。李彥偉等［18］采用高壓技術(shù)提取黃精多糖類物質(zhì)，試驗的最佳工藝條件為水提、250 MPa、粒徑＜0.425 mm、料液比1∶20（g/mL）、保壓10 min、溫度25 ℃。該條件下的糖質(zhì)量濃度為25.3 mg/mL，相對于傳統(tǒng)煎煮法的19.4 mg/mL要高，且時間要短，傳統(tǒng)煎煮法需要1.5 h，而高壓技術(shù)僅僅10 min。魏偉等［19］利用響應(yīng)面法對超高壓提取黃精多糖技術(shù)進行優(yōu)化，試驗表明，在常溫下水提取、壓力255 Mpa、保壓9.5 min、固液比1∶17（g/mL）、物料粒徑40目時，黃精多糖提取率可達25.01 %，相對于傳統(tǒng)水煎煮1.5 h（提取率19.83 %）要高。

2.4 其他除上述方法，現(xiàn)階段還有采用兩種提取方法聯(lián)用的方式進行黃精多糖的提取，如離子液體-微波輔助法，提取率為12.79 %，提取時間、提取濃度和微波功率是主要的影響因素［20］。在超聲微波協(xié)同纖維素酶的條件下，各影響因素為纖維素酶與底物質(zhì)量比＞浸提pH值和超聲功率＞超聲時間和超聲功率，以料液比1∶23（g/mL）、纖維素酶添加量0.85 %，在溫度60 ℃下酶解20 min，黃精多糖提取率為17.53 %［21］。

3 調(diào)節(jié)糖代謝機制的研究

現(xiàn)階段，國內(nèi)外常以鏈脲佐菌素或四氧嘧啶造模大鼠為實驗對象，進行黃精多糖調(diào)節(jié)血糖的研究，其主要機制如下。

3.1 抑制α-葡萄糖苷酶α-葡萄糖苷酶與糖尿病的發(fā)生和發(fā)展以及體內(nèi)葡萄糖代謝紊亂密切相關(guān)，不同分子量級的黃精多糖組分對α-葡萄糖苷酶活性有明顯的抑制作用，由單一葡萄糖形成的多糖抑制作用最強，降糖活性也最強［22］。不同的藥物組合，能夠起到協(xié)同作用，對α-葡萄糖苷酶抑制作用更強，從而發(fā)揮更好的降糖效果［23］。

3.2 增加胰島素分泌或降低胰島素抵抗胰島素由胰島β細胞產(chǎn)生，主要通過胰島素信號通路調(diào)節(jié)糖代謝反應(yīng)，胰島素抵抗是2型糖尿病發(fā)病機制之一［24-25］。賈璐等［26］考察了黃精多糖（PSP）對于糖尿病小鼠的影響，結(jié)果表明PSP可以改善高血糖引起的胰島素抵抗。IRS（胰島素受體底物）家族是胰島素通路的關(guān)鍵物質(zhì)，PSP能使胰島素受體IRS-2表達量明顯增加，提示PSP能夠治療胰島素抵抗［27］。同時有研究表明，PSP對實驗性糖尿病鼠血糖值有明顯的降低作用，并明顯升高胰島素以及C肽水平，提示黃精多糖可通過升高胰島素水平治療實驗性糖尿病小鼠［28］。

3.3 降低肝內(nèi)cAMP含量cAMP為細胞內(nèi)重要的第二信使，廣泛分布于真核生物細胞組織和體液中，肝糖原的合成和分解離不開cAMP的調(diào)控，機體血糖穩(wěn)定與其密切相關(guān)［29］。研究表明，黃精多糖會降低高血糖小鼠的血糖值，小鼠肝臟中cAMP的含量也顯著降低，這可能是因為磷酸化酶的激活由于cAMP含量降低而受到阻礙，糖原合成加速、糖原分解減慢，達到降低血糖的作用［30］。

3.4 抗氧化作用長期的糖代謝失調(diào)會降低小鼠機體氧化應(yīng)激和抗氧化防御體系能力，提高抗氧化性，能夠減少胰島素抵抗［31］。超氧化物岐化酶（SOD）能夠清除患者體內(nèi)氧自由基，對體內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA和細胞膜具有保護作用［32］。黃精多糖以劑量依賴性地抑制羥自由基生成、羥自由基誘導紅細胞破裂程度及肝勻漿脂質(zhì)過氧化程度［33］。研究表明，PSP能夠減輕鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠高血糖癥狀和減輕機體氧化應(yīng)激，不僅能夠增加血液中SOD活性，丙二醛（MDA）含量也有一定程度的降低［34］。黃精多糖對DPPH自由基和羥基自由基的清除作用呈一定的劑量關(guān)系，黃精多糖肽抗氧化性優(yōu)于維生素C［35］。這表明，維持糖代謝平衡，與黃精多糖的抗氧化性有很大的聯(lián)系。

3.5 抗炎作用糖尿病的發(fā)生發(fā)展與炎癥反應(yīng)有一定的聯(lián)系，在Ⅰ型糖尿病小鼠模型中，黃精多糖可顯著降低肝臟中白細胞介素-6（IL-6）、白細胞介素-1β（IL-1β）、提高胰島素受體底物1（IRS-1）mRNA水平［36］。炎癥因子TNF-α是IR（胰島素抵抗）的重要因素，黃精可能通過減少脂肪細胞TNF-α的分泌，修復(fù)受損的胰島素信號通路來減輕IR狀態(tài)，改善糖脂代謝紊亂［37］。有實驗表明，黃精多糖夠減輕炎癥損傷，抑制炎癥因子表達［38］。這些都表明，黃精多糖可能通過抗炎作用達到減輕胰島素抵抗目的，間接地進行糖代謝調(diào)節(jié)。

3.6 調(diào)節(jié)P-gp表達水平P-gp是一種分子量為170KD的膜運輸?shù)鞍祝悄虿』颊卟±砩頎顟B(tài)可改變P-gP的表達和功能［39］。PI3K-AKT（脂質(zhì)激酶）和RasMAPK（蛋白質(zhì)激酶）是胰島素對P-gP功能和表達調(diào)節(jié)的主要通路［40］。研究表明，小鼠腦紋狀體微血管中的P-gP表達與血糖值有關(guān)，2型糖尿病小鼠體內(nèi)的P-gP表達相對于正常組有所增加，胰島素治療更能提高其表達［41］。萬奇［42］在研究中發(fā)現(xiàn)，糖尿病狀態(tài)下的小鼠其海馬組織P-gP相對于正常鼠明顯增加，然而黃精多糖能夠顯著提高P-gp表達水平，提示黃精多糖對于P-gp是一種誘導劑，在抗糖尿病過程起保護作用。

4 小結(jié)

黃精作為藥食兩用的中藥，其開發(fā)與利用受到越來越多的學者與企業(yè)關(guān)注。多糖的提取工藝在近幾年來得到逐步優(yōu)化，從簡單到復(fù)雜，提取率不斷提高。在溶劑提取法中，水提醇沉法工藝簡單，適合在工業(yè)中大量生產(chǎn)，但需要較高的溫度，且用時比較長。酶解法是一種專屬性較強的生物提取技術(shù)，省時、高效、減少因溶劑大量使用造成的環(huán)境污染，但該方法受溫度和pH值影響較高，主要是因為酶的活性對這兩因素較為敏感，實際提取過程中應(yīng)確保酶的活性，才能得到較好的提取效果。物理輔助法中，超聲/微波輔助法相對于傳統(tǒng)水提法效率更高，聯(lián)合底酶的作用能起到更好的效果，但這些設(shè)備價格高昂，且處理時間過長會發(fā)生可溶性多糖降解的現(xiàn)象。多糖的提取率是各個提取方法的重要考察指標，但這些方法對黃精多糖的穩(wěn)定性及在腸胃道消化和吸收的影響并未展開研究，在工藝研究中應(yīng)綜合考慮多糖的穩(wěn)定性及藥效，為優(yōu)化的工藝條件提供另一參考依據(jù)。

黃精是天然的抗糖尿病中藥，其多糖因其組成及結(jié)構(gòu)的差異而具備不同的功能活性，不同品種的黃精其多糖組分不同，這說明黃精質(zhì)量控制體系的建立還需從多糖的種類入手。黃精多糖調(diào)節(jié)糖代謝機制研究主要集中在抑制α-葡萄糖苷酶、降低肝內(nèi)cAMP含量、增加胰島素分泌、調(diào)節(jié)P-gp表達水平、抗炎抗氧化等。黃精根莖熱水萃取物含有一種能造成蛋白質(zhì)功能障礙的化合物（氮雜環(huán)丁烷-2-羧酸）［43］，這表明黃精多糖的研究還需體內(nèi)及體外相結(jié)合，更加全面地對其藥理作用和機制進行研究，為黃精用藥安全及產(chǎn)品開發(fā)提供有效依據(jù)。