植物多糖生物活性的研究进展

植物多糖生物活性的研究进展
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【关键词】多糖类; 植物，药用; 生物类
多糖广泛分布于自然界的多种生物体中，尤其是动物细胞膜、植物细胞壁和微生物细胞壁中，是一类由醛糖或酮糖通过糖苷键连接而成的天然高分子多聚物，是构成生命体的分子基础之一。

多糖在自然界中储量丰富，主要分为植物多糖、动物多糖以及微生物多糖3类[1]。

自1960年以来，人们陆续发现多糖具有多种药理活性，它不仅可以作为广谱免疫促进剂调节机体免疫功能，还可以在抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、降血糖、抗辐射等方面发挥广泛的药理作用[27]。

迄今为止，已有300多种多糖类化合物从天然产物中分离出来，其中从植物中提取的水溶性多糖最为重要[8]。

因为它药理活性强，来源广泛，细胞毒性低，安全性强，毒副作用较小，已引起医药界的广泛关注，并成为当今生命科学研究的热点之一。

1 植物多糖的生物学功能
1.1 免疫调节作用 Yang等研究发现，在针对小鼠腹腔巨噬细胞的体内和体外试验中，当归多糖均可显著提高一氧化氮(NO)生成量，提高细胞溶酶体酶活性[9]。

另外，他们还发现L硝基精氨酸甲
酯(NG nitro L arginine methyl ester，L NAME)，即一种诱导型NO合酶(iNOS)抑制剂，可有效抑制巨噬细胞中当归多糖诱导的NO 的增殖，说明当归多糖是在iNOS基因表达的诱导下刺激巨噬细胞产生NO的。

Cheung等从冬虫夏草中提取得到虫草多糖(UST2000)并对产物进行了成分分析和体外药理活性研究[10]。

虫草多糖主要由葡萄糖、甘露糖和半乳糖组成，比例为 2.4∶2∶1;体外试验中，虫草多糖可显著促进细胞增殖和白细胞介素的分泌;另外，虫草多糖可短暂诱导胞外信号调控酶的磷酸化而使其激活、提高巨噬细胞的吞噬活性并提高酸性磷酸酯酶的活性。

结果表明，虫草多糖在触发免疫应答方面具有极其重要的作用。

1.2 抗肿瘤活性自从1950年发现酵母多糖具有抗肿瘤活性以来，研究人员已分离出许多具有抗肿瘤活性的植物多糖。

Lins等经过血液实验、生物化学实验和组织病理学分析得知，在体外实验中，红藻硫酸多糖无显著细胞毒性，但体内实验显示出明显的抗肿瘤活性，并且可以增强5氟尿嘧啶诱发的免疫应答，说明红藻硫酸多糖由于它的免疫学性质而具有抗肿瘤活性[11]。

Yamasaki等通过体外实验研究发现，云芝多糖可增强肿瘤细胞的生长抑制和细胞凋亡，降低肿瘤细胞的扩散能力，从而发挥抗肿瘤功效[12]。

1.3 抗菌抗病毒活性 Wang等研究发现，匍扇藻粗多糖具有显著抗Ⅰ型和Ⅱ型单纯疱疹病毒的活性，可抑制不同的单纯疱疹病毒株，包括标准株、阿昔洛韦抗性株和临床病毒株;其细胞毒性很低，具有较大的选择性系数。

这种粗多糖还有一定的抗呼吸道合胞病毒活性，
但对流感病毒没有抑制作用[13]。

Martins等报道伞菇多糖可以提高白色念珠菌感染的小鼠腹膜巨噬细胞的杀菌活性，同时H2O2水平上升，并且多糖处理组的腹膜巨噬细胞甘露糖受体表达量增加，可加强无噬菌素微生物对细菌的粘附和吞噬作用，说明巴西伞菇多糖可以通过刺激宿主巨噬细胞的杀菌活性来发挥抑菌活性[14]。

1.4 降糖降血脂活性植物多糖能够促进胰岛素的分泌，影响糖代谢酶的活性，促使外周组织摄取葡萄糖，抑制糖异生途径，从而降低血糖。

Gong等研究表明，马齿苋粗多糖可显著降低糖尿病小鼠的空腹血糖浓度、血清总胆固醇和甘油三酯的浓度，并可显著提高高密度脂蛋白c和血浆胰岛素水平[15]。

Li等报道黄芪多糖在时间和计量依赖性条件下，可显著降低血糖水平，提高血浆胰岛素浓度，降低β细胞凋亡率和辅助性T淋巴细胞因子Th1/Th2的比例，促进脾脏中过氧化物酶体增生物激活受体γ(PPARγ)基因的表达，说明黄芪多糖具有降血糖活性，但它并不能完全治愈Ⅰ型糖尿病[16]。

1.5 抗辐射活性 Kim等把人参多糖预处理的小鼠骨髓细胞经γ射线照射后，与对照组相比，人参多糖处理组的骨髓细胞内的IL12、主要组织相容性复合体Ⅱ(MHCⅡ类分子)和CD4+ T淋巴细胞的含量显著提高，骨髓细胞含量高并且可以成功分化为树突状细胞进行抗原递呈以参与免疫应答，说明人参多糖可保护和修复受辐射损伤的细胞，具有较好的抗辐射活性[17]。

Sun等在研究当归多糖的辐射保护作用时发现，与对照组相比，当归多糖预处理组小鼠的外周淋巴细胞的死
亡率显著降低，说明当归多糖能保护白血球和淋巴细胞免受辐射的损伤，可用于急性辐射的防护[18]。

1.6 抗氧化和抗衰老活性 Hong等以4组昆明系小鼠模型研究甘草多糖的抗氧化活性，结果表明高脂饮食组小鼠血清抗氧化酶活性显著降低，与之相比，甘草多糖处理组小鼠的免疫和抗氧化酶活性显著提高，说明甘草多糖具有抗氧化活性且可显著氧化应激反应[19]。

Chen等从赤灵芝中分离得到灵芝多糖并应用卵巢癌小鼠模型研究其对血清抗氧化酶活性的影响，结果显示,灵芝多糖处理组小鼠的丙二醛(MDA)含量显著降低、血清抗氧化酶活性显著提高，说明灵芝多糖具有显著抗氧化活性，可以用于卵巢癌的治疗[20]。

1.7 其他作用植物多糖除了具有上述的生物活性以外，还具有多种其他的生物学功能。

有些多糖具有抗疲劳活性，如毛竹叶多糖;有些多糖具有抗凝血活性，如龙胆多糖;有些多糖具有溃疡保护活性，如芦荟多糖;有些多糖具有抗炎活性，如虎杖多糖;有些多糖具有镇痛活性，如牡荆多糖;还有些植物多糖具有促进创伤愈合、减轻肝损伤以及治疗骨质疏松等活性[2128]。

2 植物多糖的结构和功能的相互关系
研究显示，多糖的生物活性及其功能直接或间接受其分子结构和空间构象的影响，取代、降解等分子修饰也有可能影响多糖的生物学活性。

目前对多糖构效关系的研究主要包括物理性质、一级结构、空间构象和分子修饰等方面。

2.1 物理性质与生物活性多糖的物理性质可直接影响其生物活
性。

如茯苓多糖具有显著的抗肿瘤活性，但茯苓多糖不溶于水，不便于临床应用，若将其羧甲基化便可得到水溶性羧甲基茯苓多糖，其抗肿瘤活性也明显提高，便于研究和应用[29]。

多糖的生物活性也与其相对分子量大小有关。

相对分子量越大，体积越大，越不利于多糖跨越多重细胞膜障碍而进入生物体内发挥生物学活性，但也并不是相对分子量越低越好，因为分子量过低，无法形成产生活性的聚合结构。

肝素、低分子肝素治疗短暂性脑缺血发作均有效，但低分子量肝素较肝素更加安全，因为肝素发挥抗凝血活性的主要单元为五糖片段，无外加取代基使其更加安全(图1)[30]。

图1 肝素的五糖片段
Fig 1 Pentose fragment of Heparin
福建医科大学学报 2010年2月第44卷第1期许慧等：植物多糖生物活性的研究进展 2.2 一级结构与生物活性不同种类的多糖，其主链糖基组成和糖苷键类型不同，生物学活性存在较大差异。

如香菇多糖是以(1→3)葡聚糖为主链结构，具有抗肿瘤作用及免疫调节功能，而主链同为葡聚糖的淀粉，因其糖苷键为(1→4)键型而没有生物学活性。

银耳多糖主要成分为α(1→3)糖苷键连接的甘露聚糖(图2)，具有免疫调节、抗肿瘤、抗凝血、抗血栓等作用，而从酵母细胞壁中得到的甘露聚糖主要以(1→6)连接为主链，(1→2)或(1→3)连接为支链连接而成，主要发挥抑制细胞突变和抗氧化等活性(图3)。

2.3 空间构象与生物活性一般认为，呈屈状螺旋的多糖活性较
高，而呈可拉伸带状或皱纹型带状的多糖活性一般较低甚至没有活性。

单线螺旋结构不具活性，三股螺旋构型是多糖最具活性的空间构像[31]。

另外，X衍射分析表明，具有抗肿瘤活性的香菇多糖呈三股螺旋结构，具有免疫活性的裂图 2 α(1→3)甘露聚糖的结构单元褶多糖也能形成类似三股螺旋的对称螺旋结构。

当向香菇多糖中添加尿素或二甲亚砜，使其失去其三股螺旋构像，改变空间构型，其生物活性也随之消失。

而向水不溶的裂褶多糖中添加尿素或氢氧化钠，则可诱导产生规则的空间构像，从而表现出抗肿瘤活性。

这些都说明，规则的空间构像与多糖的生物学活性密切相关[32]。

2.4 分子修饰与生物活性目前对多糖进行分子修饰的常见方法有硫酸化、磷酸化、乙酰化、烷基化、磺酰化、羧甲基化等。

此外，其它修饰方法，如酶法、超声波、酸降解等在多糖分子修饰中也有较好的运用。

多糖经过分子修饰后，其生物活性有一定程度的提高，溶解性改变易吸收，甚至还可能增加新的功能。

如Xu等将灵芝多糖羧甲基化后在体外研究其水溶性、化学特征和抗氧化活性的变化[33]。

其中羧甲基灵芝多糖的水溶解度明显提高，产生抗氧化活性或者说其抗氧化活性显著提高，特别是清除羟基自由基和H2O2自由基的能力提高，推测是较高的溶解度使原本较弱的抗氧化活性得到更大程度的发挥。

随着对多糖构效关系研究的不断深入，针对多糖的化学修饰也显得越来越重要，如果能找出它们之间的规律性，就可以更全面的解释
多糖化学结构和生物活性之间的关系，这样就为寻找具有生物活性的多糖和多糖药物及多糖功能性食品开发奠定了基础。

3 植物多糖的应用前景和展望
我国多糖资源丰富，尤其是来源于中草药的植物多糖。

植物多糖作为一类重要的天然活性物质，其最大的优点是毒副作用小，来源广泛，并且在高温下性质稳定，不易变性失活，因此被广泛应用于高效低毒药物的研发。

目前已有香菇多糖、猪苓多糖、云芝多糖、牛膝多糖等多种植物多糖应用于临床，它们在抗肿瘤、抗病毒、抗衰老、抗氧化、抗溃疡、降血糖等方面都表现出积极作用。

然而，由于多糖本身结构复杂，种类繁多，结构测定和分离纯化有很大的难度，有些多糖在天然植物中的含量较低且不易分离，其药理作用会受到诸多因素的影响，这些都将为多糖的研究和应用带来挑战。

另外，多糖类化合物的研究与蛋白质、核酸类物质相比，起步晚，差距大，不够深入，多糖的生物活性机理、功效因子以及量效和构效关系还不够明确，尚缺乏规律性的科学依据和结论，大多还停留在推测和分析阶段，对多糖的溶液构象和晶体方面的研究几乎空白。

再加上目前绝大多数用于药理学实验的多糖是粗制品，使得要在分子水平上阐明多糖的药理作用和作用机制受到了很大的限制。

这些不足就导致科研人员在寻找高活性多糖时具有较大的盲目性，同时也导致缺乏已知的多糖结构，无法通过分子修饰或人工合成的方式获得更多的目标多糖。

因此，科研人员仍需利用先进的分离和分析技术，结合新的分析
方法和计算机辅助药物设计，确立多糖的低级结构进而推断多糖的高级结构，加强对多糖的构效和量效关系研究，继续深入研究多糖的分离纯化、结构、药理活性、作用机制、合成和修饰途径等。

“21世纪是多糖的世纪”，相信在不久的将来，植物多糖作为新型的高效低毒药物，定会大大推动医学理论的发展和创新药物的研发，为保障人类健康发挥更大的作用。

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