鋅多糖的合成方法、結(jié)構(gòu)特征和生物活性研究進(jìn)展

袁心田，陳華國(guó)，趙超，龔小見(jiàn)，周欣*

1(貴州中醫(yī)藥大學(xué)，貴州 貴陽(yáng)，550002)2(貴州師范大學(xué)， 貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng)，550001)3(貴州師范大學(xué)， 貴州省藥物質(zhì)量控制及評(píng)價(jià)技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng)，550001)

鋅是人體第二豐富的微量元素，其含量?jī)H次于鐵元素，是人體必需微量元素之一，主要存在于骨骼、肌肉、皮膚和男性生殖器官中。鋅是人體300多種酶的重要組成部分，例如超氧化物歧化酶[1]、蛋白酪氨酸激酶-1B[2]和堿性磷酸酶[3]，所以鋅在蛋白質(zhì)和DNA合成、細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖、代謝調(diào)控等生理過(guò)程中起著重要作用。人體缺鋅會(huì)導(dǎo)致味覺(jué)障礙、生長(zhǎng)發(fā)育不良、皮膚損傷、免疫功能損傷和生殖能力減弱[4]。2017年中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)發(fā)布了WS/T 578.3—2017《中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量》，推薦18歲以上男性每日鋅的膳食攝入量為12.5 mg，女性每日鋅的膳食攝入量為7.5 mg。人體自身不能合成鋅，只能從膳食中攝取，但體內(nèi)鋅元素嚴(yán)重缺乏時(shí)應(yīng)通過(guò)補(bǔ)鋅制劑維持體內(nèi)鋅元素平衡。

鋅多糖作為一種新型的補(bǔ)鋅制劑，與傳統(tǒng)補(bǔ)鋅制劑[4](無(wú)機(jī)鋅、有機(jī)酸鋅和酵母鋅)相比，具有一定的優(yōu)點(diǎn)。首先，多糖可提高鋅的生物利用度，如殼聚糖、海藻酸或生馬鈴薯淀粉能減輕植酸對(duì)鋅利用率的抑制作用，提高鋅的吸收率和股骨鋅濃度[5]；枸杞葉多糖能調(diào)節(jié)大鼠體內(nèi)鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)，促進(jìn)大鼠對(duì)鋅的吸收[6]，由此可以推測(cè)，多糖與鋅螯合形成的鋅多糖可有效提高鋅的生物利用度。其次，鋅多糖維持了多糖的活性結(jié)構(gòu)，且部分鋅多糖的活性要優(yōu)于原多糖。DONG等[7]、董金滿[8]對(duì)比羅耳阿太菌多糖和羅耳阿太菌鋅多糖的紅外光譜和核磁共振波譜，發(fā)現(xiàn)羅耳阿太菌鋅多糖的基本骨架沒(méi)有改變，只有部分羥基和羰基發(fā)生改變，而羅耳阿太菌鋅多糖的體內(nèi)外抗氧化活性都要優(yōu)于羅耳阿太菌。本文綜述了鋅多糖的化學(xué)合成法、微生物轉(zhuǎn)化法和植物轉(zhuǎn)化法，并分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)；歸納了鋅多糖結(jié)構(gòu)特征分析方法，包括原子吸收光譜分析、氣相色譜、高效凝膠滲透色譜、掃描電子顯微鏡、紅外光譜分析、核磁共振波譜分析和熱重量分析等；最后總結(jié)了鋅多糖抗氧化、降血糖、抗炎、抗癌、免疫調(diào)節(jié)、抗菌和保肝等活性，以期為鋅多糖的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 合成方法

天然鋅多糖在自然界中存在較少，常存在于植物和菌絲體內(nèi)，例如金針菇菌絲體內(nèi)有35%左右的鋅與多糖結(jié)合[9-10]。天然鋅多糖來(lái)源較少且含量較低，而使用合成方法可得到鋅含量和純度均較高的鋅多糖，還能以不同來(lái)源的多糖作為原料進(jìn)行合成，極大地拓寬了鋅多糖的研究范圍，所以探索鋅多糖合成方法很有必要。目前，鋅多糖的合成方法主要包括化學(xué)合成法、微生物轉(zhuǎn)化法和植物轉(zhuǎn)化法。

1.1 化學(xué)合成法

化學(xué)合成法是指利用多糖結(jié)構(gòu)中游離的—OH、—COOH或—NH2吸附鋅化試劑的Zn2+，以—O—Zn鍵或—N—Zn鍵的形式形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[11-12]，常用的鋅化試劑包括硫酸鋅、氯化鋅和醋酸鋅。化學(xué)合成法幾乎沒(méi)有改變多糖的空間結(jié)構(gòu)，保持了多糖的大部分生物活性，且操作步驟簡(jiǎn)單、反應(yīng)可控、成本低、可制備不同種類的鋅多糖，是大部分研究人員合成鋅多糖的首選方法。

部分鋅多糖的合成條件、鋅含量和生物活性如表1所示。由表1可知，不同多糖進(jìn)行鋅化修飾后鋅含量有所差異，這可能與多糖的單糖組成、分子質(zhì)量、糖苷鍵和空間結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。

表1 鋅多糖的合成條件、鋅含量和生物活性Table 1 Synthesis conditions, zinc content amd bioactivities of zinc polysaccharides

1.2 微生物轉(zhuǎn)化法

微生物轉(zhuǎn)化法是指將一定濃度的鋅化試劑添加到微生物培養(yǎng)基中，微生物可吸收富鋅環(huán)境中的鋅離子并在體內(nèi)轉(zhuǎn)化形成鋅多糖的方法。微生物轉(zhuǎn)化后的鋅多糖可通過(guò)傳統(tǒng)的多糖提取方法進(jìn)行直接提取，不同來(lái)源的鋅多糖提取時(shí)間和溫度不同。ZHENG等[21]在90 ℃、pH=8條件下提取2 h得到光帽鱗傘SW-02菌絲體鋅多糖，ZHANG等[22]在80 ℃提取3 h得到灰樹(shù)花SH-05胞內(nèi)鋅多糖。此外，可使用堿、酸或酶作為輔助技術(shù)提高鋅多糖提取率。許諾[23]、XU等[24-25]通過(guò)向培養(yǎng)基中加入醋酸鋅在白靈菇菌絲體內(nèi)富集鋅元素，以HCl、NaOH和4 %的蝸牛酶溶液作為溶劑提取出白靈菇菌絲體鋅多糖，分別得到酸提白靈菇菌絲鋅多糖(AcMZPS，由甘露糖、半乳糖和葡萄糖組成，摩爾比為4.0∶5.97∶1.9)、堿提白靈菇菌絲鋅多糖(AlMZPS，由半乳糖和葡萄糖組成，摩爾比為6.55∶38)和酶提白靈菇菌絲鋅多糖(EnMZPS，由葡萄糖、半乳糖和甘露糖組成，摩爾比1.3∶1.0∶3.8)。

1.3 植物轉(zhuǎn)化法

植物轉(zhuǎn)化法是指植物在酶系統(tǒng)的作用下，通過(guò)新陳代謝將土壤或培養(yǎng)基中的無(wú)機(jī)鋅轉(zhuǎn)化為有機(jī)鋅的方法。已有文獻(xiàn)表明土壤中的無(wú)機(jī)鋅可通過(guò)植物轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化為鋅多糖，YANG等[26]用ZnSO4得到高鋅含量的糙米，該糙米最佳培養(yǎng)條件為ZnSO4200 mg/L，浸泡時(shí)間30.28 min，培養(yǎng)時(shí)間3 d，在此條件下糙米的最大鋅含量為304.71 μg/g。糙米體內(nèi)的有機(jī)鋅主要以鋅多糖、鋅蛋白、鋅核酸、脂質(zhì)和低分子質(zhì)量化合物等形式固定和儲(chǔ)存在植物體內(nèi)，其中鋅多糖占比最高為30.42 %。FAN等[27]用不同濃度的ZnSO4處理金釵石斛，觀察其在不同鋅濃度下的生長(zhǎng)情況，結(jié)果表明低濃度鋅(< 400 μmol/L)可增加金釵石斛的光合速率和蒸騰作用，提高金釵石斛葉片中抗氧化酶活性。高濃度鋅元素(800 μmol/L)可促進(jìn)金釵石斛體內(nèi)的多糖與鋅螯合形成鋅多糖，減輕鋅脅迫對(duì)其造成的損害。已有文獻(xiàn)采用植物轉(zhuǎn)化法得到硒多糖并進(jìn)行深入研究[28]，而鮮有文獻(xiàn)對(duì)植物轉(zhuǎn)化法得到的鋅多糖進(jìn)行深入研究，需要研究工作者今后彌補(bǔ)該方面的空白。

綜上可以看出每種鋅多糖合成方法的優(yōu)缺點(diǎn)。化學(xué)合成法無(wú)需培養(yǎng)菌絲體或植物，實(shí)驗(yàn)周期短、操作步驟少、成本低且鋅元素應(yīng)用率高，適用于工業(yè)生產(chǎn)，但鋅多糖的鋅含量受到反應(yīng)條件和多糖結(jié)構(gòu)等因素影響，需要找到最佳的實(shí)驗(yàn)條件。微生物轉(zhuǎn)化法的產(chǎn)物活性較穩(wěn)定、毒性較小、反應(yīng)綠色環(huán)保，但存在反應(yīng)過(guò)程機(jī)制尚不明確和產(chǎn)物難分離等問(wèn)題。植物轉(zhuǎn)化法的研究較少，且存在植物培養(yǎng)周期長(zhǎng)的問(wèn)題，但該方法操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)過(guò)程綠色環(huán)保、可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。制備鋅多糖時(shí)應(yīng)考慮多糖種類、操作過(guò)程難易程度、成本等問(wèn)題，選擇適當(dāng)?shù)闹苽浞椒ㄖ苽滗\多糖，不同制備方法得到的鋅多糖性質(zhì)可能有差異，需要進(jìn)行比較以選擇最好的制備方法。

2 結(jié)構(gòu)特征分析方法

鋅多糖的基本骨架結(jié)構(gòu)仍是多糖鏈，所以鋅多糖的結(jié)構(gòu)可采用表征多糖結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行分析，包括原子吸收光譜分析、氣相色譜、高效凝膠滲透色譜、掃描電子顯微鏡、紅外光譜分析、核磁共振波譜分析和熱重量分析，以獲取鋅多糖的鋅含量、單糖組成、分子質(zhì)量、微觀表面結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)特征和熱穩(wěn)定性等信息。

2.1 原子吸收光譜(atomic absorption spectroscopy，AAS)分析

AAS是基于物質(zhì)所產(chǎn)生的原子蒸氣對(duì)特定譜線的吸收作用來(lái)進(jìn)行定量分析的一種方法，是測(cè)定鋅多糖中鋅含量的一種方法。鋅多糖在HNO3-HClO4混合溶液中水解12 h，適當(dāng)稀釋水解液后使用AAS分析其鋅含量[21]。LI等[13]通過(guò)AAS測(cè)定夏枯草鋅多糖中鋅含量為(27.0±2.4) mg/g，XUE等[16]通過(guò)AAS測(cè)定猴頭菇鋅多糖中鋅含量為340 mg/g。AAS具有檢測(cè)限低、準(zhǔn)確度高、分析速度快、分析范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但容易產(chǎn)生干擾效應(yīng)，使結(jié)果產(chǎn)生誤差，需配合其他方法如X射線能譜儀分析法使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

2.2 氣相色譜(gas chromatography，GC)

GC采用氣體作為流動(dòng)相，利用物質(zhì)的沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)混合物的分離，可定量分析鋅多糖的單糖組成，有助于判斷哪種多糖更適合制備鋅多糖。ZHANG等[29]通過(guò)GC分析姬菇SS-03鋅多糖(intracellular zinc polysaccharides fromPleurotuscornucopiaeSS-03，IZPS)的單糖組成，結(jié)果表明IZPS的單糖分別為鼠李糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖，含量分別為29.25%、0.78%、19.45%、29.84%和20.67%，摩爾比為1.65∶0.05∶1∶1.50∶1.07。ZHENG等[21]測(cè)定光帽鱗傘SW-02菌絲體鋅多糖的單糖組成，光帽鱗傘SW-02菌絲體鋅多糖由葡萄糖、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖組成，摩爾比為33.04∶4.49∶4.28∶1。研究發(fā)現(xiàn)，提取方法的不同會(huì)影響鋅多糖的單糖組成，進(jìn)而影響其生物活性[23]。

2.3 高效凝膠滲透色譜(high performance gel permeation chromatography，HPGPC)

HPGPC是測(cè)定鋅多糖分子質(zhì)量大小和分布的一種常用手段，其分離原理是基于溶液中分子體積的大小差異進(jìn)行分離。WANG等[30]測(cè)定香菇SD-08菌絲體鋅多糖(mycelia zinc polysaccharides ofLentinusedodesSD-08，MZPS)的分子質(zhì)量，其重均分子質(zhì)量為1.20×105Da，數(shù)均分子質(zhì)量為7.14×102Da。通常采用分子質(zhì)量分布系數(shù)(Mw/Mn)表示聚合物的分散性，分布系數(shù)越大說(shuō)明聚合物分子質(zhì)量越分散。MZPS的Mw/Mn為168.19，表明MZPS的分子質(zhì)量分布較寬，長(zhǎng)短鏈混雜。WANG等[15]測(cè)定了桑葚鋅多糖的分子質(zhì)量，其平均分子質(zhì)量為1.561×105Da。硒多糖的分子質(zhì)量與生物活性具有一定關(guān)系[31]，而鋅多糖分子質(zhì)量與生物活性之間的研究較為缺乏，這可能是鋅多糖構(gòu)效關(guān)系的研究方向之一。

2.4 掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)

SEM利用聚焦窄的高能電子束來(lái)掃描樣品, 通過(guò)光束與物質(zhì)間的相互作用, 反映各種物理信息, 對(duì)這些信息收集、放大、再成像以達(dá)到對(duì)物質(zhì)微觀表面結(jié)構(gòu)表征的目的。SEM可觀察鋅多糖的微觀表面結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)比多糖和鋅多糖SEM的差異，結(jié)合其他檢測(cè)方法確定鋅是否與多糖螯合。猴頭菇多糖(Hericiumerinaceuspolysaccharides，HEP)的微觀結(jié)構(gòu)為不規(guī)則的海綿狀，提供了較大的螯合面積。XUE等[16]觀察到HEP-Zn的結(jié)構(gòu)表面有鱗片，表明鋅被吸附在HEP表面，形成HEP-Zn。鋅多糖與多糖表面結(jié)構(gòu)的差異會(huì)導(dǎo)致兩者生物活性的差異。ZHANG等[32]發(fā)現(xiàn)，鋅與平貝母多糖(Fritillariaussuriensispolysaccharides，F(xiàn)UP)螯合后，F(xiàn)UP與鋅在生物活性方面的協(xié)同作用和FUP-Zn較大的孔徑是導(dǎo)致FUP-Zn抗氧化活性增強(qiáng)的原因。SEM可直觀地揭示鋅多糖的微觀表面結(jié)構(gòu)，但無(wú)法獲得共價(jià)鍵連接方式和內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)等信息，需要結(jié)合紅外光譜分析和核磁共振分析等方法對(duì)鋅多糖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

2.5 紅外光譜(infrared absorption spectrometry，IR)分析

IR分析是利用紅外光譜對(duì)物質(zhì)分子的分析和鑒定，將一束不同波長(zhǎng)的紅外射線照射到物質(zhì)的分子上，某些特定波長(zhǎng)的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。IR可測(cè)定多糖和鋅多糖的官能團(tuán)信息，通過(guò)對(duì)比多糖與鋅多糖的IR，可判斷鋅元素是否螯合在多糖上以及推測(cè)鋅元素連接官能團(tuán)的種類。對(duì)比大蒜多糖和大蒜鋅多糖的IR，兩者紅外光譜相似，說(shuō)明鋅化修飾沒(méi)有改變多糖的基本骨架。大蒜鋅多糖在3 368 cm-1吸收峰變?nèi)酰⑾? 286 cm-1移動(dòng)，1 600 cm-1和424 cm-1處出現(xiàn)弱吸收峰，說(shuō)明Zn2+與多糖螯合成功[33]。對(duì)比修飾前后的IR圖，發(fā)現(xiàn)肉蓯蓉鋅多糖的—OH伸縮振動(dòng)峰藍(lán)移，—COO—的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰藍(lán)移，說(shuō)明鋅與—COOH和—OH發(fā)生螯合[34]。桑葚鋅多糖的—OH伸縮振動(dòng)峰發(fā)生紅移，并在2 146 cm-1和984 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰，推測(cè)產(chǎn)生了—O—Zn[15]。IR操作簡(jiǎn)單、結(jié)果易于分析，但只能分析出鋅多糖的官能團(tuán)相關(guān)信息，鋅多糖的精確結(jié)構(gòu)需要甲基化分析和核磁共振波譜分析進(jìn)行佐證。

2.6 核磁共振波譜(nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR)分析

NMR分析是指原子核在外加磁場(chǎng)中吸收從一個(gè)自旋能級(jí)到另一個(gè)自旋能級(jí)的電磁波后產(chǎn)生的吸收光譜。NMR作為一種分析化學(xué)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于研究多糖的分子結(jié)構(gòu)和構(gòu)象，結(jié)合一維譜、同核和異核二維核磁共振譜中的化學(xué)位移和偶合常數(shù)可以推測(cè)糖基的連接和序列。DONG等[7]、董金滿[8]收集了羅耳阿太菌鋅多糖的核磁共振氫譜和碳譜，發(fā)現(xiàn)羅耳阿太菌鋅多糖的化學(xué)位移主要集中在δ 3.0～5.5，這是多糖的典型特征信號(hào)；在δ 5.2和δ 4.7 處的異常質(zhì)子信號(hào)表明，α和β構(gòu)型都存在；在δ 5.4處沒(méi)有信號(hào)進(jìn)一步證實(shí)了該鋅多糖屬于吡喃糖。由碳譜可知，在δ 80～90處沒(méi)有信號(hào)，可進(jìn)一步證實(shí)吡喃糖的存在。此外，羅耳阿太菌鋅多糖氫譜中的峰強(qiáng)度明顯減弱，質(zhì)子信號(hào)的峰型也有一定程度的展寬，說(shuō)明鋅與多糖發(fā)生了螯合。NMR是分析多糖結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的常用工具，然而NMR仍存在一些局限性[35]：(1)NMR需要更高的分辨率和靈敏度，才能最大限度地提高結(jié)構(gòu)解析能力;(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或黏度高的多糖仍然是核磁共振分析的巨大障礙;(3)核磁共振分析的規(guī)則不統(tǒng)一，包括測(cè)試溫度和內(nèi)標(biāo)。

2.7 熱重量分析(thermogravimetric analysis，TGA)

TGA是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度或時(shí)間的關(guān)系的方法。通過(guò)分析熱重曲線，可知樣品及其可能產(chǎn)生的中間產(chǎn)物的組成、熱穩(wěn)定性、熱分解情況及生成的產(chǎn)物等與質(zhì)量相關(guān)聯(lián)的信息。平貝母鋅多糖發(fā)生熱分解的溫度高于平貝母多糖，且多糖損失率更低，說(shuō)明多糖-鋅螯合物的熱穩(wěn)定性比未修飾的多糖高[32]。亞側(cè)耳鋅多糖(zinc-Hohenbueheliaserotinapolysaccharides，Zn-HSP)在TGA中損失質(zhì)量主要包括3個(gè)階段：(1)在20～240 ℃，Zn-HSP的質(zhì)量緩慢下降，主要是以吸附或氫結(jié)合的方式結(jié)合在鋅多糖表面的水蒸發(fā)導(dǎo)致的。(2)在240～500 ℃，Zn—HSP熱分解，導(dǎo)致其質(zhì)量迅速下降。(3)隨著溫度不斷上升，Zn—HSP質(zhì)量趨于恒定。在20～500 ℃，亞側(cè)耳多糖質(zhì)量損失略大于Zn—HSP，其原因可能是引入Zn—O基團(tuán)取代了亞側(cè)耳多糖中的—OH，導(dǎo)致結(jié)合水的減少，熱損失質(zhì)量減少[11]。

2）退出控制電源、儲(chǔ)能電源后，繼保人員手動(dòng)復(fù)歸，兩信號(hào)消失。投分一次控制電源后，“告警”信號(hào)又出現(xiàn)，且無(wú)法復(fù)歸。保護(hù)裝置掉電重啟后，告警信號(hào)可手動(dòng)復(fù)歸。再次分投一次控制電源，告警信號(hào)再次無(wú)法手動(dòng)復(fù)歸。

除了上述方法分析鋅多糖的結(jié)構(gòu)，高效液相色譜[36]和甲基化[15]也是常用的分析鋅多糖結(jié)構(gòu)的方法。目前，鋅多糖的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、不同鋅多糖之間結(jié)構(gòu)差異較大、結(jié)構(gòu)分析方法較多，需對(duì)每一種鋅多糖選擇合適的分析方法進(jìn)行分析。

3 生物活性

已有實(shí)驗(yàn)表明，與未鋅化的多糖相比，鋅多糖在許多方面均表現(xiàn)出生物活性的提高，包括抗氧化、降血糖、抗炎、抗癌、免疫調(diào)節(jié)、抗菌和保肝等活性。

3.1 抗氧化

氧化應(yīng)激是由于促氧化劑和抗氧化劑之間缺乏平衡造成的。活性氧(reactive oxygen species，ROS)過(guò)度增加、抗氧化劑不足或細(xì)胞緩沖系統(tǒng)未能維持氧化還原，會(huì)導(dǎo)致平衡失調(diào)和生物分子變化，最終引發(fā)各種疾病，如癌癥、腎損傷、各種炎癥和糖尿病等[37]。研究表明，ZnSO4和枸杞多糖能協(xié)同抑制酒精性肝損傷所帶來(lái)的氧化應(yīng)激，表明多糖和鋅都具有抗氧化活性[38]。所以，鋅多糖的抗氧化活性研究一直是主要研究的方向，在已發(fā)表的文中找到許多有關(guān)不同來(lái)源和制備方法的鋅多糖抗氧化活性的研究，包括體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和體外自由基清除活性實(shí)驗(yàn)。表2總結(jié)了鋅多糖體內(nèi)外抗氧化活性研究。

表2 鋅多糖體內(nèi)外抗氧化活性研究Table 2 Study on antioxidant activities of zinc polysaccharide in vivo and in vitro

此外，鋅多糖具有抗衰老活性，其原因在于鋅多糖具有較好的抗氧化活性。衰老是一種以漸進(jìn)性生理功能損害為特征的自然過(guò)程，可導(dǎo)致個(gè)體發(fā)生多種與衰老相關(guān)的退行性疾病。目前，越來(lái)越多的證據(jù)表明，氧化應(yīng)激在衰老過(guò)程中起著重要作用，最流行的解釋衰老過(guò)程的理論之一是自由基學(xué)說(shuō)[47]。氧在代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生自由基，但過(guò)量的自由基對(duì)人體是有害的。常用D-半乳糖建立衰老模型，體內(nèi)抗氧化酶活性下降可確定造模成功。王麗芹[48]通過(guò)D-半乳糖對(duì)小鼠進(jìn)行造模，造模小鼠體內(nèi)SOD、CAT和GSH-Px活性下降，說(shuō)明衰老模型造模成功。給予小鼠香菇鋅多糖后，小鼠心、肝、腎、血中SOD、CAT和GSH-Px活性顯著提高，MDA含量顯著降低，說(shuō)明香菇鋅多糖具有抗衰老作用。

3.2 降血糖

糖尿病是一種因胰島素分泌不足或靶細(xì)胞對(duì)胰島素敏感性降低引起的代謝紊亂。鋅在人體中起重要作用，補(bǔ)鋅可促進(jìn)血糖水平的適度降低[49]。糖尿病患者體內(nèi)鋅含量不足，缺鋅可能會(huì)對(duì)體內(nèi)鋅依賴激素和酶的功能產(chǎn)生不利影響，從而導(dǎo)致不必要的并發(fā)癥。多糖能調(diào)節(jié)磷酸肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt/PKB)信號(hào)通路、核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)和炎癥信號(hào)通路，起到降血糖作用[50]。二者都具有降血糖作用，因此鋅和多糖結(jié)合形成的鋅多糖，其降血糖活性受到科技研究人員關(guān)注。

3.3 抗炎

炎癥是人體對(duì)于刺激的一種防御反應(yīng)，常見(jiàn)于抵御外來(lái)病原體侵襲或修復(fù)感染造成的組織損傷，然而在某些情況下，炎癥反應(yīng)本身會(huì)損害宿主組織并導(dǎo)致器官功能障礙。脂多糖可誘導(dǎo)炎癥的產(chǎn)生，促使炎癥細(xì)胞分泌腫瘤壞死因子(TNF-α)、INF-γ、白細(xì)胞介素-6(IL-6)和NO等炎癥因子。金針菇鋅多糖可降低脂多糖誘導(dǎo)的RAW 264.7細(xì)胞中TNF-α、INF-γ、IL-6和NO水平，表現(xiàn)出良好的抗炎活性，且活性與濃度呈正相關(guān)[12]。干巴菌菌絲體鋅多糖能清除斑馬魚(yú)體內(nèi)自由基，降低脂多糖誘導(dǎo)的ROS水平，抑制中性粒細(xì)胞向損傷部位遷移和浸潤(rùn)，起到抗炎作用[53]。滸苔鋅多糖可顯著抑制仔豬空腸黏膜中NF-κB的激活，并減弱炎癥因子的釋放，表明滸苔鋅多糖可以作為抗生素的替代品添加到斷奶仔豬飼料中，增強(qiáng)其免疫調(diào)節(jié)提高存活率[54]。

3.4 抗癌

癌癥是以細(xì)胞異常增殖為顯著特征的一種疾病，目前治療癌癥主要依靠手術(shù)和放射性治療，對(duì)人體有嚴(yán)重?fù)p害，因此找出并利用具有抗腫瘤活性且低毒副作用的天然活性物質(zhì)成為治療癌癥的熱點(diǎn)課題。LI等[13]發(fā)現(xiàn)，夏枯草鋅多糖可以抑制肝癌細(xì)胞增殖，有潛在的抗肝癌活性，其表現(xiàn)為細(xì)胞形態(tài)改變、染色質(zhì)凝聚和G0/G1期細(xì)胞周期阻滯，深入研究發(fā)現(xiàn)，夏枯草鋅多糖使ROS過(guò)度增加，降低線粒體膜電位，激活caspase-3和caspase-9信號(hào)通路，誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞凋亡。張笑然等[55]發(fā)現(xiàn)，姬松茸胞內(nèi)鋅多糖能抑制小鼠體內(nèi)肝癌細(xì)胞增殖，對(duì)脾臟的生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，同時(shí)還能提高血清中鋅含量，表明姬松茸胞內(nèi)鋅多糖具有抗肝癌和補(bǔ)鋅的功能。YAN等[56]對(duì)比了茯苓多糖、茯苓鋅多糖、茯苓硒多糖和茯苓鐵多糖抑制卵巢癌細(xì)胞A2780的增殖能力，結(jié)果表明茯苓鋅多糖的抑制能力最強(qiáng)，在20 μg/mL質(zhì)量濃度下，A2780細(xì)胞的存活率僅為81.087%。LIAO等[57]發(fā)現(xiàn)竹蓀鋅多糖可阻滯細(xì)胞周期S期、破壞細(xì)胞線粒體功能和誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)ROS過(guò)度生成，同時(shí)激活caspase通路，促進(jìn)人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的凋亡。

3.5 免疫調(diào)節(jié)

免疫系統(tǒng)在人體抵御病毒或細(xì)菌感染中起著至關(guān)重要的作用，但在某些情況下免疫系統(tǒng)會(huì)被抑制或失調(diào)，因此尋找新的干預(yù)措施改善機(jī)體的免疫反應(yīng)是預(yù)防或治療疾病的關(guān)鍵方向之一。鋅多糖具有較好的免疫調(diào)節(jié)活性，可通過(guò)多種途徑進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)。阿苯達(dá)唑是唯一治療泡狀棘球蚴病的藥物，但該藥會(huì)引起全身性免疫抑制，具有強(qiáng)烈的副作用，而鋅葡聚糖螯合物與阿苯達(dá)唑聯(lián)合使用可減少阿苯達(dá)唑的副作用。鋅葡聚糖螯合物具有免疫刺激活性，可促進(jìn)小鼠T淋巴細(xì)胞增殖，提高IFN-γ水平，激活Th1型細(xì)胞免疫應(yīng)答，減輕阿苯達(dá)唑所產(chǎn)生的全身性免疫抑制[58]。蜜蜂采集的枸杞花粉多糖(polysaccharides from bee collected pollen of Chinese wolfberry，WBPPS)是一種天然的鋅多糖，ZHOU等[59]從WBPPS中分離出3個(gè)組分，并評(píng)價(jià)其免疫調(diào)節(jié)活性。結(jié)果表明，WBPPS-1、WBPPS-2和WBPPS-3均能提高RAW 264.7細(xì)胞NO、TNF-α、IL-6和IL-1β水平，具有良好的免疫刺激作用，其中WBPPS-3的免疫刺激活性最好，推測(cè)與WBPPS-3單糖組成中較多的半乳糖和鼠李糖有關(guān)。

3.6 其他

除了上述活性之外，鋅多糖還具有抗菌和保肝活性，以及存在潛在的調(diào)節(jié)腸道菌群活性的可能性。ZHANG等[22]在培養(yǎng)基中加入鋅化試劑，通過(guò)微生物轉(zhuǎn)化法合成灰樹(shù)花菌株鋅多糖(intracellular zinc polysaccharides fromGrifolafrondosaSH-05，IZPS)，并測(cè)定IZPS和IPS(intracellular polysaccharides fromGrifolafrondosaSH-05，IPS)的抗菌活性。結(jié)果表明，IZPS具有較好的抑菌活性，抑菌活性大小順序?yàn)椋航瘘S色葡萄球菌>大腸桿菌>單增李斯特氏菌>巨大芽孢桿菌。此外，與IPS相比，IZPS的抑菌活性更強(qiáng)，說(shuō)明多糖鋅化是提高多糖抑菌能力的一種有效手段。NETANEL等[60]發(fā)現(xiàn)紫球藻鋅多糖對(duì)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的抑菌活性均強(qiáng)于天然多糖，紫球藻鋅多糖不僅抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)，而且減少了活細(xì)胞的數(shù)量，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌活性。ZHANG等[36]研究了紅平菇菌絲鋅多糖對(duì)CCl4所致急性肝損傷的保護(hù)作用。紅平菇菌絲鋅多糖能降低血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和肝臟指數(shù)，顯著升高血清中SOD、GSH-Px和CAT活性，具有抗氧化和保肝作用。目前沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)研究鋅多糖的調(diào)節(jié)腸道菌群活性，但鋅[61]和多糖[42]均能調(diào)節(jié)由疾病引起的腸道菌群紊亂，本文猜想鋅多糖同樣具有調(diào)節(jié)腸道菌群的活性，這是科技研究工作者今后研究鋅多糖生物活性的方向之一。

4 總結(jié)與展望

鋅多糖是一種新型的補(bǔ)鋅制劑，具有高生物利用度、低毒性、易消化吸收等特點(diǎn)。現(xiàn)有研究采用了化學(xué)合成法、微生物轉(zhuǎn)化法和植物轉(zhuǎn)化法制備鋅多糖，這些方法均能將多糖與無(wú)機(jī)鋅螯合，且穩(wěn)定性良好。目前鋅多糖的結(jié)構(gòu)分析主要采用AAS、GC、HPGPC、SEM、IR、NMR和TGA等方法，獲取鋅多糖的鋅含量、單糖組成、分子質(zhì)量、微觀表面結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)特征和熱穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)信息，這有助于研究其構(gòu)效關(guān)系。部分鋅多糖表現(xiàn)出比天然多糖更好的生物活性，包括抗氧化、降血糖、抗炎、抗癌、免疫調(diào)節(jié)、抗菌和保肝等，說(shuō)明鋅多糖在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和保健食品領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的前景。

隨著研究逐漸深入，鋅多糖的研究仍然存在諸多問(wèn)題，需要在今后的研究中加以解決。

(1)不同制備方法得到的鋅多糖的鋅含量差異較大，然而目前沒(méi)有證據(jù)表明鋅含量提高會(huì)增強(qiáng)其生物活性，因此不同鋅含量鋅多糖對(duì)生物活性的影響值得深入研究。

(2)多糖是一種天然大分子物質(zhì)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，引入鋅會(huì)導(dǎo)致多糖結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。目前鋅多糖結(jié)構(gòu)分析方法仍具有一定的局限性，采用更加新穎的方法全面地解析鋅多糖結(jié)構(gòu)是該領(lǐng)域研究的方向之一。此外，鋅多糖的構(gòu)-效關(guān)系還需要更多的研究。

(3)在鋅多糖生物活性相關(guān)研究中，大部分研究集中在抗氧化和降血糖方面，相比之下抗炎、抗癌、免疫調(diào)節(jié)、抗菌、保肝和調(diào)節(jié)腸道菌群活性的研究較少，應(yīng)重視這些活性的研究。

(4)許多體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明了鋅多糖有一定的生物活性，但其作用機(jī)制尚未研究。

(5)目前鋅多糖缺乏臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在開(kāi)發(fā)成為新型功能食品之前，必須收集充足的臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保鋅多糖對(duì)人體安全有效。

因此，需對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)研究，這對(duì)鋅多糖基礎(chǔ)理論的研究、鋅多糖作為新一代功能食品或藥物輔助治療劑的研發(fā)和生產(chǎn)都具有十分重要的意義。