植物多糖的研究进展

植物多糖的研究进展

植物多糖是普遍存在于自然植物界中的由许多相同或不同的单糖以α-或β-糖苷键所组成的化合物。植物源的多糖类化合物拥有免疫调节、抗肿瘤活性以及降血糖、降血脂活性和抗氧化等的独特功能，而且大多数毒性较小，在预防疾病上优于其他化合物，因此其应用具有广阔的前景；此外，由于多糖本身在质量标准、表征鉴定等方面有自身研究难度和特殊性，有待于深入研究。现对植物多糖的提取、分离、鉴定、结构分析及生物活性研究发展进行综述。

多糖(polysaccharides)又称多聚糖，是一类具有广泛生物活性的由单糖组成的天然高分子化合物，广泛存在于植物、动物和微生物中，是维持生命活动正常运转基本物质之一。其中植物多糖是普遍存在于自然植物界中的由许多相同或不同的单糖以α-或β-糖苷键所组成的化合物，大部分植物多糖不溶于冷水，在热水中呈粘液状，遇乙醇能沉淀。其分子量一般为数万甚至数百万，是构成生命活动四大基本物质之一，与维持生命功能密切相关[1]。近年来，大量研究表明，多糖除有免疫调节、抗肿瘤生物学效应外，还有抗衰老、降血糖、抗凝血等作用，且对机体毒副作用小，因此，对多糖研究已成为食品行业热门领域。

我国对多糖研究起步较晚，但近年来，由于生物学、化学等学科飞速发展，我国对多糖及其复合物化学结构和药理活性研究越来越深入。目前可以肯定的是多糖生物活性与其结构、分子量溶解度、粘度等因素有关，其高级结构比一级结构在活性决定方面起更大作用。由于上述因素差异性，决定多糖具有丰富多彩生物活性。

1 植物中多糖的测定

1.1 多糖的提取与分离纯化

多糖的分离纯化是指多糖研究中获取研究对象的过程。一般这一过程包括分离、纯化和纯度鉴定3步。其中分离纯化是多糖研究的关键，其成功与否、效果的好坏都会直接影响后续研究的可行性与可信度。

所谓分离就是将存在于生物体中的多糖解离出来的过程。从植物中提取多糖，一般先用石油醚、乙醚等有机溶剂提取除去脂溶性杂质，然后根据不同的溶解度选择一种溶剂进行萃取[2]。大多数多糖可采用一定温度的水或稀碱溶液提取，要尽量避免酸性条件，这会引起多糖中糖苷键断裂。而有些生物材料，在分离多糖前，还需进行脱脂或脱色处理。分离沉淀后获得的多糖提取物中，常会有无机盐、醇不溶的低分子有机物，大分子蛋白质等杂质。而多糖的纯化就是指将粗多糖中的杂质去除而获得的单一的多糖组分。一般是先脱除非多糖组分，再对多糖组分进行分级；而脱除非多糖组分则一般是先脱除蛋白质后再去除小分子杂质。

多糖脱蛋白常用的方法有Sevag法、三氯乙酸法；而除去小分子物质最常用DEAE纤维素层析、,Sephadex凝胶过滤、季铵盐沉淀、盐析、亲和层析、超滤和电泳等方法。

1.2 多糖的鉴定

在获得单一多糖组分后，必须对其纯度进行鉴定。近年来发现，多糖的糖链在分子生物学中具有决定性的作用，但要测定完整的结构很困难。同时也发现，多糖的活性与分子量、溶解度、粘度有关。所以多糖的鉴定一般包括纯度、分子量以及组成多糖的各个单糖的鉴定。

需要说明的是：多糖的纯度不能用通常化合物的纯度标准来衡量，因为即便是多糖纯品，其微观也并不均一，仅代表相似链长的多糖分子的平均分布，通常所谓的多糖纯品实际上也只是一定相对分子质量范围的多糖的均一组分。科研工作者曾采用经水或甲醇等有机溶剂水溶液浸泡，低温减压浓缩、流水透析、乙醇沉淀、再经凝胶柱层析、冷冻干燥等途径得到较单一多糖成分，再经高效液相色谱或凝胶层析测定其纯度、分子量，酸水解气-液相层析或纸层析测定其单糖组成[3]。目前常用于多糖纯度鉴定的方法有凝胶过滤法、高压电泳法、超离心法、旋光测定法、毛细管电泳法等。其中应用最多的是凝胶层析法，该法的准确度高。

多糖的生物大分子结构比蛋白质更为复杂，这不仅因为组成多糖的单糖品种繁多，而且只有一种单糖组成的多糖，其连接方式的不同以及可能存在支链也可造成多糖的结构测定非常困难。多糖的结构有4级的概念：一级包括糖基的组成、排列顺序、相邻糖基的连接方式、异头物构型及糖链有无分支，分支位置与长短；二级包括多糖骨架链间以氢键结合所形成的各种聚合体；三级包括多糖一级结构的重复顺序，由于糖单元的羟基、羧基、氨基以及硫酸基之间的非共价相互作用，导致有序的二级结构在空间形成规则而粗大的构象；四级包括多聚链问非共价链结合形成的聚集体。例如，木聚糖是植物体中最常见的一种半纤维素，最近Mazeau等对木聚糖的构象进行研究，发现其中的羟基被月桂酸酯化后，酯基对两边的糖苷键的构象有很大的影响。简单地说，多糖的结构分析包括糖基的组成以及这些糖基的连接方式。糖基的成分测定首先要了解它是由哪些单糖组成、各种单糖的比例如何，通常采用将苷键用酸、酶、甲醇水解或选择性降解，由此将大分子裂解成各种小片段，各自分析小片段的结构后，拼凑成整个化合物的结构[4]。主要结构分析手段见表1。

表1 测定糖链结构的常用方法

糖链结构常用方法

单糖组成和分子比例部分酸水解，完全酸水解，纸色谱，气相色谱

吡喃环或呋喃环红外光谱

连接次序选择性酸水解，糖苷酶顺序水解，核磁

α-或β-异头异构体糖苷酶水解，核磁共振，红外光谱

羟基被取代情况甲基化反应，过碘酸化反应，核磁共振，质谱

糖链-肽链联结方式单糖与氨基酸组成，稀碱水解法，肼解反应

1.3 多糖含量的测定

多糖含量的测定常采用比色或滴定法。比色法使用历史悠久且已被广泛使用，该法须用从植物中提取、纯化后的多糖进行显色、比色测定，方法中采用葡萄糖代替标准品，测定样品多糖的相对含量。滴定法主要是采用Fehling还原滴定法，此法是多糖水解成还原性的单糖后，

以次甲基兰作指示剂，用标定过的碱性酒石酸酮溶液直接进行还原滴定，根据样液消耗的体积计算其含量。本法快速简便，不需精密仪器，对所有多糖均适用近年来，高效液相色谱法越来越多地用于测量植物中的多糖。它分析速度快，可以直接进样，不必制备成衍生物，而且有较高的分辨率[5]。此外还有气相色谱法(GC)、薄层扫描法(TLCS)、高效毛细管电泳法(HPCE)等，可根据药材所含多糖及其化学成分的性质进行选择。

用高效液相色谱法(HPIC)分析芦荟多糖方法简单，一般在常温下操作，经色谱柱分离的组分可收集，进一步与质谱、红外光谱、核磁共振等仪器联用进行分析鉴定。为了提高灵敏度，也可采用衍生化的方法将样品组分制备成具有紫外吸收或能发出荧光的衍生物，用紫外检测器、二极管阵列检测器或荧光检测器进行检测，虽然样品制备操作复杂，但分析灵敏度可大大提高。用高效液相色谱法测定芦荟凝胶样品，可得到一个“E”峰(排序第五而得名)，已鉴别为L一苹果酸，是芦荟中的一种有机酸。孙达远等人用高效液相色谱法对芦荟冷冻粉中多糖和甙进行测定，并应用高速逆流色谱对100:1全叶芦荟冷冻干燥粉进行分离，一次分离出芦荟多糖和纯度为w=97.93%的芦荟甙，再应用液相制备柱将芦荟多糖进行高效分离，从而达到定量测定芦荟多糖的目的。除此之外，还可用高效凝胶渗透色谱法测定多糖分子量大小。用反相色谱法分离肽聚糖及某些寡糖，并用寡糖的部分降解法测定寡糖分子结构中单糖的排列顺序。用氨旅烷柱液相色谱法分离硫酸软骨素、硫酸皮肤索、硫酸肝素的酶水解产物中还原性不饱和二糖物质。用高效离子效换色潜法分离寡糖的硫酸、唾液酸和糟醛酸衍生物等。李静等还报道用水溶性凝胶渗透色谱测定芸芝多糖各组分的分子量及相对含量。HPLC对多糖的分离纯化、组成分析(单糖和寡糖)、定量分析、分广量的测定等作出很大贡献，大大推动了多糖研究的进展。

2 植物多糖生理活性

2.1 免疫调节与抗肿瘤活性

由于现代医学、细胞生物学及分子生物学快速发展，人们对免疫系统认识越来越深入，免疫系统紊乱，不仅会产生多种疾病，且与人体衰老及老年人多发病有关。植物多糖最重要和最主要的生物活性是免疫调节，对其免疫增强作用机理的研究以深入到分子、受体水平[6]。

多糖对机体的免疫调节主要通过以下几个途径和方式：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激活干扰素生成，⑥激活白细胞介素生成，⑦诱导肿瘤坏死因子[7]。多糖作为免疫增强剂，不但能激活T细胞、B细胞、MФ及NK 细胞、CTL细胞、LAK细胞等免疫活性，激活网状内皮系统吞噬、清除老化细胞和异物及病原体，还能促进IL-1，IL-2，TNF-α，INF-γ，NO等生成，调节机体抗体和补体形成，提高机体抗肿瘤免疫力。同时也影响细胞生化代谢、抑制肿瘤细胞周期和抑制肿瘤组织中SOD活性[8]。

牛膝多糖在体外可以提高老年小鼠T淋巴细胞的增殖能力和IL-2的分泌；体内能显著提高老年大鼠T淋巴细胞和血清中TNF-β或TNF-α及NO的产生，降低其sIL-2R 的产生，纠正老年鼠免疫低下的状态；人参多糖大多数以中性糖为主，对正常动物单核巨噬细胞系统的吞噬功能有刺激作用，能增强机体（尤其是免疫功能低下的机体）的体液免疫反应，对特异性免疫和非特异性免疫皆有影响[9]。