多糖生物活性及其发展状况的研究【文献综述】

文献综述
食品科学与工程
多糖生物活性及其发展状况的研究
[摘要]多糖是一类重要的生物活性物质，广泛存在于动物、植物、微生物等有机体中．它是自然界中储量丰富的生物聚合物，具有免疫调节、抗肿瘤、降血糖、降血脂、抗辐射、抗菌抗病毒、保护肝脏等功能。

本文就国内外目前对多糖的来源、生物活性及提取方法进行了综述。

[关键字] 多糖；来源；生物活性；提取方法
1 概述
多糖（polysaccharide, PS）是由单糖之间脱水形成糖苷键，并由糖苷键线性或者分枝连接组成的链状聚合物，广泛地分布于动物、植物、微生物、海藻等几乎所有的有机体中。

多糖除了作为生物体的能量资源和构成材料外，还是一种生物效应调节剂，能控制细胞的分裂与分化，调节细胞的生长与衰老，增强机体的免疫功能。

1943年，多糖作为广谱免疫促进剂被首次应用于临床，此后应用越来越广。

多糖作为药物始于1943年[1]，随着化学和生物学的快速发展和分离技术的提高，多糖的生物学功能，特别是多糖作为生命物质参与生命的全部时间和空间功能，如受精、着床、分化、发育、免疫、感染、癌变、衰变等等[2]，突破了多糖作为支持组织和能量来源的传统观念。

20世纪70年代发现多糖类物质具有抗病毒、抗凝血、诱导干扰素产生、促进蛋白质、核酸生物合成等功能。

2 多糖的来源
糖类物质是所有生命有机体的重要组成部分，广泛存在于动物、植物、和微生物细胞壁中，是生物体内除核酸和蛋白质以外的又一类重要的生物分子。

多糖按照来源可分为植物多糖、微生物多糖、藻类多糖和动物多糖等。

植物多糖来源于植物的根、茎、叶、皮、种子和花。

我国今年来对植物多糖，特别是具有中国特色的中草药多糖的药物活性已有广泛和深入的研究，例如免疫调节功能是植物多糖最主要和最重要的生物活性，药用植物中存在着广泛的免疫活性多糖。

植物多糖研究的比较深入的有黄氏多糖、当归多糖、刺五茄多糖、芦荟多糖等[3]。

目前在中草药中的某些品种，特别是生物活性明确的中草药来源的多糖，如何能较快达到符合国际规范的新药是很迫切的
任务。

微生物多糖包括细菌和真菌多糖，也是研究的比较详细的一类多糖。

与动物和植物多糖相比，微生物多糖具有与他们相似的性质，而其产量和质量不受自然条件的影响。

目前有关真菌多糖（如香菇多糖、灵芝多糖、环蜜菌多糖等）的研究发现其具有免疫调节、造血、抗肿瘤和抗病毒等生物学活性，有的已经应用于临床并取得很好的疗效。

海藻多糖主要来源于红藻、绿藻和褐藻三大类。

从海藻来源中提取的多糖，大多含有硫酸根，其作为抗血栓作用已被大家公认。

如褐藻多糖硫酸酯对血栓形成具有抑制作用[4]。

这些多糖除了具有免疫促进作用和抗肿瘤作用，还具有抗病毒作用，如红藻多糖在细胞水平上能明显抑制牛免疫缺陷病毒的生长，具有开发抗AIDS的前景[5]；螺旋藻多糖被证实具有体外抗乙型肝炎病毒和单纯疱疹病毒1型的作用[6]。

动物多糖存在和分布极为广泛，几乎存在于所有动物组织器官中。

Murry[7]在对海洋生物天然产物的研究中发现许多海洋动物含有种类和数量不同的具有生物活性多糖，如棘皮动物（刺参）、软体动物（贝类）、甲壳类动物（虾、蟹等）及鱼类（鲨鱼）等的某些组织都有多糖的存在。

对于动物多糖的研究起步较晚，但近年来已逐步受到重视。

3 多糖的生物活性
多糖它参与分子识别、细胞粘附及防御等生理过程的调节活动。

近年来，人们通过深入研究发现，它同时还具有抗病毒、抗肿瘤、降血糖、降血脂作用；而对它免疫促进作用的机制，也有了更深层的认识。

3.1 免疫调节作用
由于现代医学、细胞生物学及分子生物学快速发展，人们对免疫系统的认识越来越深入。

我国在多糖免疫学方面的研究已由一般的观察发展到了分子受体水平，由动物实验发展到保健食品的制作及临床应用，由菌类多糖的研究到高等植物及多科组织器官的研究。

实验证明：多科属、多组织部位的多糖都有一定的生物活性，其中免疫功能则更突出。

此外在抗衰老、抗辐射、抗肿瘤方面的作用亦很明显。

初步显示了其重要的保健与药用价值。

田庚元等[8]认为，多糖对机体的免疫调节作用主要有以下的方式和途径：（1）激活巨噬细胞；（2）激活网状内皮系统；（3）激活T和B细胞；（4）激活补体；（5）促进干扰素的生成；（6）促进白细胞介素的生成；（7）诱生肿瘤坏死因子等几方面。

应当指出还有以下几方面的机理，现已在临床上得到验证：（1）促进T细胞亚群的分化。

多糖类大都可以促进CTL和辅助性T细胞的增殖，而抑制Ts细胞增殖，使CD4+/CD8+比值升高。

（2）促进NK
细胞的活性。

多糖类可提高NK细胞及LAK细胞对肿瘤细胞的杀伤作用，这已被许多实验所证实，近年来还获得大量的临床证据。

（3）增加机体IL-2R的数量，从而有效地促进淋巴细胞增殖，提高CTL、CK等的杀伤力。

多糖是非细胞毒性物质，取自天然，对生物无毒副作用，因而是理想的免疫增强剂。

3.2 抗病毒作用
病毒感染以细胞内奇生为其特征，它严重危害人类的键康，为寻找有效的，低毒的，低耐药性的药物，多糖引起了人们的重视。

经对多糖抗病毒作用机制深入研究发现，其抗病毒作用可能是通过与病毒体或细胞直接作用，从而抑制病毒进入细胞系内复制而实现的。

多糖的抗病毒活性与其结构和理化性质有关。

一方面它在结构上与细胞表面的糖胺聚糖相类似，因而可以和病毒结合，以竞争抑制的形式阻止病毒与细胞粘附而起到抗感染作用；另一方面它是一类多聚阴离子，带有负电荷，可以与病毒外膜上带有正电荷的氨基酸残基相互作用，从而中和病毒发挥抗感染作用。

近年来多糖类化合物对人免疫缺陷病毒1型（HIV－1）的抑制作用，引起了人们较多的关注。

HIV-1是AIDS病及其相关并发症的病原体，它感染人类的重要途径即是首先于人T淋巴细胞表面的CD4受体相粘附，随后穿入细胞进行复制。

多糖通过与T细胞表面的CD4受体结合，直接干扰HIV－1外膜蛋白gg120与CD4受体间的相互作用，同时还可以直接遮蔽HIV糖蛋白gp120上的第三变异环区，此区富含正电荷氨基酸残基，是病毒融入细胞所必须的物质，由于以上作用多糖得以阻碍HIV对T细胞的粘附和融合，因而为AIDS的治疗提供了更广泛的空间。

3.3 抗肿瘤作用
肿瘤的发生与机体免疫功能低下关系密切，同时还涉及到许多复杂的因素，诸如自由基代谢紊乱、细胞膜表型改变、PI转换增强、肿瘤组织内血管增生等都与肿瘤的发生、转移相关联。

近年来大量文献报道了多糖除了通过提高机体免疫系统的监视功能，促进免疫细胞治性，调节免疫细胞分泌细胞因子等途径起到抗肿瘤作用以外，还可以通过多种途径来发挥抗肿瘤作用。

大量研究表明，许多多糖对细菌和病毒有抑制作用，如艾滋病毒、单纯疱疹病毒、流感病毒、囊状胃炎病毒等。

实验证明，银杏胞外多糖与银杏叶多糖可显著抑制致炎剂引起小鼠耳肿胀和毛细血管通透性增加，表明它们具有抗炎作用[9]；紫基多糖不仅能抑制如金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌，对革兰氏阴性菌如藤黄色八叠球菌也有抑制作用。

大多数多糖的抗病毒机制是抑制病毒对细胞的吸附，这可能是多糖大分子机械性或化学性竞争病毒与细胞的结合位点有关[10]。

因此，利用多糖的抑菌作用，把多糖作为食品中的一种成分，既
可以防腐，又可以为产品增加附加值。

在国内，已有利用多糖进行抗艾滋病的研究，在某种程度上为开发可替代传统的价格昂贵且副作用较大的抗病毒药物指明了一个方向。

4 多糖的提取
多糖提取的研究中采用了许多不同的方法，包括水提取法、酸提法、碱提法、超声提取法、超滤法、微波法等。

4.1 水提法
用水作溶剂来提取多糖是最常用的方法之一，可以用热水浸煮提取，也可以用冷水浸提。

水提取的多糖多数是中性多糖。

一般植物多糖提取多数采用热水浸提法，该法所得多糖提取液可直接或离心除去不溶物；或者利用多糖不溶于高浓度乙醇的性质，用高浓度乙醇沉淀提纯多糖；但由于不同性质或不同相对分子质量的多糖沉淀所需乙醇浓度不同，它也可以用于样品中不同多糖组分的分级分离；还可按多糖不同性质在粗分阶段利用混合溶剂提取法对植
物中不同的多糖进行分离；其中，以乙醇沉淀最为普遍。

4.2 酸提法
有些多糖适合用稀酸提取，并且能得到更高的提取率。

将热水浸提过的阿魏侧耳子实体残渣加8倍量的3%的三氯乙酸浸提，15℃过夜，过滤，离心，将提取液用20%的NaOH中和至pH为7，浓缩、醇析沉淀、丙酮洗涤、真空冷冻干燥得酸提水溶性粗多糖PFA.从对海蒿子多糖的提取方法研究发现，从硫酸根含量及粗多糖产率看，酸提方法优于水提方法。

酸提法有其特殊性，只在一些特定的植物多糖提取中占有优势，报道的并不多。

而且即使有优势，在操作上还应严格控制酸度，因为酸性条件下可能引起多糖中糖苷键的断裂。

4.3 碱提法
与酸提类似，有些多糖在碱液中有更高的提取率，尤其是提取含有糖醛酸的多糖及酸性多糖。

采用稀碱提取：多为0.1mol/L氢氧化钠、氢氧化钾，为防止多糖降解，常通以氮气或加入硼氢化钠或硼氢化钾。

4.4 超声提取法
超声波作为一种先进的提取方法，具有提取时间短、能耗低、效率高等特点，在生产中得到了广泛的应用。

其主要原理就是超声波产生“空化作用”，这种空化作用能够产生局部
的高温高压，并形成强大的冲击波或高速射流，这种强大的高速射流能够有效地减小、消除与水相之间的阻滞层，加大了传质效率。

同时，高速射流对植物细胞组织产生一种物理剪切力，使之变形、破裂并释放出内含物，这就大大加速了萃取过程。

另外，超声波的许多次级效应如热效应、溶化、扩散、击碎、化学效应、生物效应、凝聚效应等也能加速植物有效成分在溶剂中的扩散释放，促进植物有效成分与溶剂混合，有利于萃取。

4.5 微波提取法
微波是频率介于300MHz和300GHz之间的电磁波，微波提取的原理是微射线辐射于溶剂并透过细胞壁到达细胞内部，由于溶剂及细胞液吸收微波能，细胞内部温度升高，压力增大，当压力超过细胞壁的承受能力时，细胞壁破裂，位于细胞内部的有效成份从细胞中释放出来，传递转移到溶剂周围被溶剂溶解。

此法提取时间短，提取率高，是强化固液提取过程颇具发展潜力的一项新型辅助提取技术。

4.6 超滤提取法
膜分离技术被公认为现代分离技术领域中最先进的技术之一，已广泛应用于化工、电子、环保、医药等领域。

超滤（Ultrafiltration，UF）是膜分离科学的重要分支，其原理是以选择性透过膜为分离介质，在外界压力作用下，原料组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。

将超滤膜用于多糖这种生物活性物质的分离，不损害活性、分离效率高、能耗低、设备简单、可连续生产、无污染等。

5 结束语
对多糖生物活性的研究不断深入，由于多糖本身结构较复杂，种类繁多，其结构测定和分离纯化难度很大。

有些多糖在天然物中的含量低且不易分离，多糖的药理作用与诸多因素有关，给多糖的研究和应用带来许多挑战。

提取多糖的方法很多，都有其优缺点。

在最大限度保持多糖活性的基础上提取，将使多糖的生物学功能研究更为准确。

展望未来，随着分子生物学技术的不断发展，化学分析技术的进步，各研究领域的相互影响，多糖提取、分离、纯化的研究将会飞速发展，多糖的活性和结构的深入研究，将使人们更好地了解多糖结构与活性的关系，更好地利用这一天然资源。

参考文献
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