中药中多糖成分的研究状况与进展

中药中多糖成分的研究状况与进展

陈林伟南京中医药大学研究生院

关键词: 多糖结构提取分离纯化药理作用现状与展望

多糖又称多聚糖(polysaccharide),是一类天然具有多种生理活性的高分子化合物。由于膜的化学功能,免疫物质的化学研究与发展以及新药物资源的寻找与研究等,一直在药物有效成分的提取分离过程中作为杂质除去的多糖类,被发现在生物体中的作用不仅是作为能量资源或结构材料,更重要的参与了生命现象中细胞的各种活动[1],具有多种多样的生物学功能,因此糖的研究开始逐步活跃起来。研究对象包括真菌类、地衣类、植物、花粉,范围涉及多糖的分离纯化、结构分析、理化性质、免疫学、药理学以及治疗应用等。多糖作为生物效应调节剂,主要影响网状内皮系统、巨噬细胞、淋巴细胞、白细胞以及RNA、DNA、蛋白质的合成,cAMP和cGMP的含量、抗体的生成、补体的形成以及干扰素的诱生,还具有抗肿瘤、抗炎、抗凝血、抗病毒、抗放射、降血糖、降血脂等活性[2]。其中,一些分子量在几千以上,具有很强生物活性的活性多糖的研究受到日益重视,它们的生理活性、化学结构以及构效关系成为多糖研究的前沿阵地,取得了很大的进展[3]。大量的药理和临床研究表明,多糖类化合物是一种免疫调节剂,它能激活免疫细胞,提高机体的免疫功,而对正常细胞没有毒副作用,这类多糖没有细胞毒性而且药物质量通过化学手段容易控制,已经成为当今新药的发展方向之[4]。

1多糖的结构分类

多糖的结构分类沿用了对蛋白质和核酸的分析方法,单糖是糖类的组成单元,单糖之间脱水形成糖苷键,并以糖苷键线性或分枝连接成寡糖和多糖。一般将少于20个糖基的糖链称为寡糖,多于20个糖基的糖链称为多糖。寡糖和多糖的结构也可分为一级、二级、三级和四级结构[5]。

1.1一级结构

多糖的一级结构包括糖基的组成、糖基排列顺序、相邻糖基的连接方式、异头物构型以及糖链有无分支、分支的位置与长短等。与蛋白质和核酸相比,糖的一级结构非常复杂。例如,两种氨基酸只能构成一种二肽,而两种相同单糖能结合形成11种不同的二糖;另外,通过硫酸化、乙酰化、磷酸化、甲基化等衍生形式还可形成糖衍生物。最简单的多糖由相同的单糖残基以相同的键型连接形成线性链,比如直链淀粉是以麦芽糖作为结构单位的1,4键合的D-吡喃葡萄聚糖。

1.2二级结构

多糖的二级结构指多糖骨架链间以氢键结合所形成的各种聚合体,只关系到多糖分子中主链的构象,不涉及侧链的空间排布[6]。在多糖链中,糖环的几何形状几乎是硬性的,各个单糖残基绕糖苷键旋转而相对定位,可决定多糖的整体构象。通常糖苷键有两个可旋转的主链二面角:U(H1-C1-O1-C糖配基),W(C1-O1-C糖配基-H糖配基),两个单糖若为1→6连接,则还有第三个可旋转的二面角X(O6-C6-C5-O5),解决寡糖构象的关键在于确定U、W、X的取值。但是,它们的取值受相邻糖环之间的空间阻碍和相邻糖残基间的非共价键相互作用的严格限制。因此,多糖的二级结构形式主要依赖一级结构的排步[7]。

1.3三级和四级结构

多糖链一级结构的重复顺序,由于糖单位的羟基、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空间有规则而粗大的构象,即是多糖链的三级结构[8]。

多糖的四级结构指多聚链间非共价链结合形成的聚集体。多糖链的聚集作用可在相同的

分子间进行(如纤维素链间的氢键相互作用),也可在不同的多糖链间进行(如黄杆菌聚糖的

多糖链与半乳甘露聚糖骨架中未取代区域之间的相互作用[9]。由上可知,多糖的结构形态是

各个单糖残基在空间相对定位的综合。解析这些定位,对理解多糖的生物学功能有极深刻的

意义。

2多糖的结构分析

2.1结构分析前需进行纯度检测

常用的方法有超离心、高压电泳、纸色谱、薄层色谱、高效液相色谱、旋光测定、凝

胶色谱、高效凝胶渗透色谱(HPGPC) [10]等。其中HPGPC测定多糖的纯度和分子量具有快速、高分辨率和重现性好的优点,在国内外已得到广泛应用。

2.2结构分析的方法有物理方法,包括红外色谱、核磁共振、质谱、气相色谱、紫外光谱等;化学方法,包括化学降解法(例如酸水解、过碘酸氧化、Smith降解、碱降解、甲基化反应、

乙酞解反应)、酶解法、免疫化学和放射化学法[11],一般需物理和化学方法相结合才能完

成多糖的结构测定。

2.2.1甲基化反应[11]用于分析测定复合物的糖苷键。

2.2.2质谱

其新的电离方法使分析非挥发性、高极性及大分子量的物质成为可能。化学电离质谱

局限于寡糖分析。场解析质谱适用分子量在2500范围内的糖类(先部分甲基化)。二次电离

质谱和快原子轰击质谱的特点是从配糖基的氧裂解产生离子峰,使寡糖结构测定更为容易、

快速。采用部分甲基化后,可分析分子量在3500范围内的多糖。

2.2.3核磁共振

用于解决多糖结构半糖昔键的构型以及重复结构中的单糖数目。1HNMR用于测定简单

的多糖。13CNMR用于测定复杂多糖并可确认各种碳核、分辨分子的构型及构象[12]。

2.2.4气相色谱和气相一质谱联用

通常可迅速、准确地测出多糖的组成及各单糖之间的摩尔比,要求样品具挥发性,因而

常需制备成硅烷化衍生物或乙酞化衍生物。

2.2.5紫外光谱

可用于检测多糖中是否含有蛋白质、核酸、多肤类等(其吸收峰在260一280nm)。红

外光谱用于确定糖昔键构型及官能团。

2.2.6酸水解

它分完全水解与部分水解。完全水解用于鉴别多糖的单糖组分。通常己聚糖的水解条

件为1mol·L--1硫酸100℃4h、6h、8h不等或者为三氟醋酸数分钟、数小时;多糖中含有糖

醛酸的需更强烈的水解条件。若连有阿拉伯吠喃糖则控制水解条件防止发生降解反应。部

分酸水解用于解析多糖中的低聚糖,可用酶解法替代。水解后用氢氧化钠或碳酸钡等碱溶液

中和,进而用色谱法分析,如GC ,HPLC ,TLC等[13]。

3多糖的提取

3.1 热水浸提法

这种方法是在前述的脱脂脱色处理后，加水煎煮 2 ～ 3次，每次 1 ～ 3h，通过持续不

断的加热，使植物细胞壁软化破裂，使多糖溢出，然后经过过滤即可获得粗多糖溶液。这

种方法的原理是：植物多糖溶于热水特性，通过这种方法较多地保留多糖，不破坏多糖结构。其优点是成本低廉、工艺简单、无需特殊仪器设备，可用于大规模生产，是最常用的

提取多糖的方法。其缺点是工艺提取时间长，还有待改善[14]。

3.2 超声辅助法

超声辅助法是一种物理破碎植物细胞壁的方法，主要利用了20KHz以上声波的空化

效应。超声波因这种效应形成小气泡，小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突