黃精多糖提取工藝及調(diào)節(jié)糖代謝活性機(jī)制研究進(jìn)展

★ 張金蓮 葉先文, 任洪民 劉敏敏 陳媛 陳宇帆 夏瀾婷 劉穎 易海燕（.江西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 南昌 330004；.贛州市人民醫(yī)院患者服務(wù)中心 江西 贛州 34000）

黃精為百合科植物滇黃精（Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.）、黃精（Polygonatum sibiricumRed.）或多花黃精（Polygonatum cyrtonemaHua.）的干燥根莖［1］，其化學(xué)組成為多糖、蒽醌類(lèi)、氨基酸及甾體皂苷等，具有抗糖尿病、抗高血脂、抗疲勞等作用［2］。近年來(lái)，隨著對(duì)黃精多糖不斷的深入研究，其提取工藝逐步優(yōu)化完善，調(diào)節(jié)糖代謝機(jī)制逐漸闡明，現(xiàn)作如下綜述。

1 黃精研究現(xiàn)狀概述

為了系統(tǒng)地了解國(guó)內(nèi)外黃精的研究現(xiàn)狀，我們通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)文獻(xiàn)查詢(xún)系統(tǒng)，以“黃精”為主題，檢索到近5年與黃精有關(guān)的文獻(xiàn)1 100篇，其中中文文獻(xiàn)1 027篇，外文文獻(xiàn)73篇。由年度發(fā)文趨勢(shì)（圖1），發(fā)現(xiàn)近年來(lái)有關(guān)黃精的研究日益增多，知網(wǎng)預(yù)測(cè)2020年發(fā)文量可能為339篇。通過(guò)主題分布解析（圖2），發(fā)現(xiàn)多花黃精為黃精研究的熱門(mén)品種，其次為滇黃精；用藥定位為補(bǔ)氣、補(bǔ)陰藥；化學(xué)成分研究多為黃精多糖，主要對(duì)其提取率及工藝優(yōu)化；多為抗氧化活性研究。除此之外，還通過(guò)SymMap對(duì)黃精的化學(xué)成分、功效主治進(jìn)行了檢索（圖3）。SymMap是基于TCMID、TCMSP、TCM-ID三大數(shù)據(jù)庫(kù)的中藥檢索系統(tǒng)［3］，由該工具我們得到黃精的化學(xué)成分52個(gè)，其主治脾虛所致的乏力、血瘀所致的咳血、陰虛內(nèi)熱所致的消渴、脾失運(yùn)化所致的胃陰不足等，治療的器官對(duì)應(yīng)為脾、肺、肺脾腎、腸胃。部分成分的代號(hào)見(jiàn)表1。

圖1 黃精年度發(fā)文趨勢(shì)圖

圖2 黃精發(fā)文主題分布圖

圖3 黃精功效及化學(xué)成分信息

表1 黃精部分成分代號(hào)

2 黃精多糖的提取工藝研究

黃精多糖的提取方法繁多，如水提醇沉法；單一和復(fù)合酶解法組成的酶解法；微波/超聲波輔助提取的物理法。目前使用較為廣泛的是水提醇沉法、高壓技術(shù)提取法、閃式提取法、微波/超聲波輔助提取法和酶解法等。

2.1 水提醇沉法多糖的提取常采用水提醇沉法，其操作簡(jiǎn)單、成本低、能最大程度避免多糖在提取過(guò)程中水解［4］。影響該方法的因素眾多，李麗等［5］的研究表明，料液比＞提取溫度＞提取時(shí)間＞提取pH。王月茹等［6］通過(guò)星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法多指標(biāo)優(yōu)選陜產(chǎn)黃精提取工藝，優(yōu)化工藝為加13倍量63 %乙醇、2 h/次、提取1次；實(shí)測(cè)值（總多糖、皂苷、總黃酮的提取率）與預(yù)測(cè)值偏差小于4 %，方法可行。楚東海等［7］基于星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法優(yōu)化黃精多糖的提取工藝，當(dāng)料液比20∶1（mL/g），提取時(shí)間2 h，提取溫度85 ℃時(shí)多糖得率最佳，平均含量為12.50 %。李詩(shī)萌等［8］通過(guò)氯仿-正丁醇除蛋白，活性炭吸附脫色，當(dāng)浸泡時(shí)間為30 min，料液比為1∶15，提取溫度80 ℃，提取時(shí)間2 h，提取次數(shù)為3次，黃精多糖得率為59.39 %。

2.2 酶解法利用酶的特性，使用蛋白酶/纖維素酶可提高黃精多糖的提取率。苑璐等［9］以纖維素酶和木瓜蛋白酶為酶解條件，得出最佳料液比1∶20（g/mL）、提取溫度為50 ℃、pH 5.0、加酶量1.5 g/dL，黃精多糖提取率可達(dá)21.55 %；該方法提取率主要受pH值影響，其次為料液比和溫度。方如銀等［10］以等量的果膠酶、纖維素酶、甘露聚糖酶為酶解條件，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以多糖收率為指標(biāo)，得到多糖收率為2.34 %左右，其工藝條件是加酶量5.5 %、25倍溶媒、pH4.5、45 ℃、酶反應(yīng)300 min。在料液比（g/mL）為1∶20，加酶量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）5 %，酶解溫度50 ℃，酶解2 h，纖維素酶與木瓜蛋白酶的質(zhì)量比為3∶7，pH=5.0的條件下黃精多糖的提取率可達(dá)22 %［11］。

2.3 物理輔助法

2.3.1 超聲波輔助提取法利用空化和震動(dòng)破壞黃精細(xì)胞的細(xì)胞壁，借助超聲波輔助提取法的優(yōu)勢(shì)，可提高多糖的提取率。蔡興航等［12］通過(guò)Box-Behnken響應(yīng)面得到酒黃精多糖的最佳工藝條件為：料液比1∶33，超聲時(shí)間29 min、超聲溫度39 ℃，提取率為7.49 %。研究表明，當(dāng)超聲功率150 W、液料比18∶1（g/mL）、提取溫度73 ℃、超聲1 h時(shí)，黃精多糖的提取率最佳，為16.59 %［13］。

2.3.2 微波輔助提取法微波輔助提取法具有高效性，操作簡(jiǎn)便，得率高等特點(diǎn)，已在天然物的提取中得到廣泛的應(yīng)用。胡芳等［14］以黃精多糖含量為指標(biāo)，借助微波輔助對(duì)黃精多糖提取工藝進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在固液比50∶1（g/mL）、微波功率450 W、處理5 min的條件下，黃精多糖提取率為11.82 %；各因素影響順序?yàn)楣桃罕龋疚⒉ㄌ幚頃r(shí)間＞微波功率。

2.3.3 閃式提取法閃式提取法是一種新興的應(yīng)用于中草藥提取的一種方法，具有速度快、效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，可常溫提?。?5］。陳艷等［16］優(yōu)選黃精多糖閃式提取的工藝條件為料液比1∶18（g/mL）、50 V下提取40 s，該條件下多糖提取率可達(dá)14.99 %；各因素影響順序?yàn)榱弦罕龋咎崛‰妷海咎崛r(shí)間。

2.3.4 高壓提取法高壓提取法可通過(guò)高壓使溶質(zhì)更容易傳質(zhì)，同時(shí)能夠?qū)崦粜曰钚晕镔|(zhì)進(jìn)行保護(hù)［17］。李彥偉等［18］采用高壓技術(shù)提取黃精多糖類(lèi)物質(zhì)，試驗(yàn)的最佳工藝條件為水提、250 MPa、粒徑＜0.425 mm、料液比1∶20（g/mL）、保壓10 min、溫度25 ℃。該條件下的糖質(zhì)量濃度為25.3 mg/mL，相對(duì)于傳統(tǒng)煎煮法的19.4 mg/mL要高，且時(shí)間要短，傳統(tǒng)煎煮法需要1.5 h，而高壓技術(shù)僅僅10 min。魏偉等［19］利用響應(yīng)面法對(duì)超高壓提取黃精多糖技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)表明，在常溫下水提取、壓力255 Mpa、保壓9.5 min、固液比1∶17（g/mL）、物料粒徑40目時(shí)，黃精多糖提取率可達(dá)25.01 %，相對(duì)于傳統(tǒng)水煎煮1.5 h（提取率19.83 %）要高。

2.4 其他除上述方法，現(xiàn)階段還有采用兩種提取方法聯(lián)用的方式進(jìn)行黃精多糖的提取，如離子液體-微波輔助法，提取率為12.79 %，提取時(shí)間、提取濃度和微波功率是主要的影響因素［20］。在超聲微波協(xié)同纖維素酶的條件下，各影響因素為纖維素酶與底物質(zhì)量比＞浸提pH值和超聲功率＞超聲時(shí)間和超聲功率，以料液比1∶23（g/mL）、纖維素酶添加量0.85 %，在溫度60 ℃下酶解20 min，黃精多糖提取率為17.53 %［21］。

3 調(diào)節(jié)糖代謝機(jī)制的研究

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外常以鏈脲佐菌素或四氧嘧啶造模大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行黃精多糖調(diào)節(jié)血糖的研究，其主要機(jī)制如下。

3.1 抑制α-葡萄糖苷酶α-葡萄糖苷酶與糖尿病的發(fā)生和發(fā)展以及體內(nèi)葡萄糖代謝紊亂密切相關(guān)，不同分子量級(jí)的黃精多糖組分對(duì)α-葡萄糖苷酶活性有明顯的抑制作用，由單一葡萄糖形成的多糖抑制作用最強(qiáng)，降糖活性也最強(qiáng)［22］。不同的藥物組合，能夠起到協(xié)同作用，對(duì)α-葡萄糖苷酶抑制作用更強(qiáng)，從而發(fā)揮更好的降糖效果［23］。

3.2 增加胰島素分泌或降低胰島素抵抗胰島素由胰島β細(xì)胞產(chǎn)生，主要通過(guò)胰島素信號(hào)通路調(diào)節(jié)糖代謝反應(yīng)，胰島素抵抗是2型糖尿病發(fā)病機(jī)制之一［24-25］。賈璐等［26］考察了黃精多糖（PSP）對(duì)于糖尿病小鼠的影響，結(jié)果表明PSP可以改善高血糖引起的胰島素抵抗。IRS（胰島素受體底物）家族是胰島素通路的關(guān)鍵物質(zhì)，PSP能使胰島素受體IRS-2表達(dá)量明顯增加，提示PSP能夠治療胰島素抵抗［27］。同時(shí)有研究表明，PSP對(duì)實(shí)驗(yàn)性糖尿病鼠血糖值有明顯的降低作用，并明顯升高胰島素以及C肽水平，提示黃精多糖可通過(guò)升高胰島素水平治療實(shí)驗(yàn)性糖尿病小鼠［28］。

3.3 降低肝內(nèi)cAMP含量cAMP為細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使，廣泛分布于真核生物細(xì)胞組織和體液中，肝糖原的合成和分解離不開(kāi)cAMP的調(diào)控，機(jī)體血糖穩(wěn)定與其密切相關(guān)［29］。研究表明，黃精多糖會(huì)降低高血糖小鼠的血糖值，小鼠肝臟中cAMP的含量也顯著降低，這可能是因?yàn)榱姿峄傅募せ钣捎赾AMP含量降低而受到阻礙，糖原合成加速、糖原分解減慢，達(dá)到降低血糖的作用［30］。

3.4 抗氧化作用長(zhǎng)期的糖代謝失調(diào)會(huì)降低小鼠機(jī)體氧化應(yīng)激和抗氧化防御體系能力，提高抗氧化性，能夠減少胰島素抵抗［31］。超氧化物岐化酶（SOD）能夠清除患者體內(nèi)氧自由基，對(duì)體內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA和細(xì)胞膜具有保護(hù)作用［32］。黃精多糖以劑量依賴(lài)性地抑制羥自由基生成、羥自由基誘導(dǎo)紅細(xì)胞破裂程度及肝勻漿脂質(zhì)過(guò)氧化程度［33］。研究表明，PSP能夠減輕鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠高血糖癥狀和減輕機(jī)體氧化應(yīng)激，不僅能夠增加血液中SOD活性，丙二醛（MDA）含量也有一定程度的降低［34］。黃精多糖對(duì)DPPH自由基和羥基自由基的清除作用呈一定的劑量關(guān)系，黃精多糖肽抗氧化性?xún)?yōu)于維生素C［35］。這表明，維持糖代謝平衡，與黃精多糖的抗氧化性有很大的聯(lián)系。

3.5 抗炎作用糖尿病的發(fā)生發(fā)展與炎癥反應(yīng)有一定的聯(lián)系，在Ⅰ型糖尿病小鼠模型中，黃精多糖可顯著降低肝臟中白細(xì)胞介素-6（IL-6）、白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、提高胰島素受體底物1（IRS-1）mRNA水平［36］。炎癥因子TNF-α是IR（胰島素抵抗）的重要因素，黃精可能通過(guò)減少脂肪細(xì)胞TNF-α的分泌，修復(fù)受損的胰島素信號(hào)通路來(lái)減輕IR狀態(tài)，改善糖脂代謝紊亂［37］。有實(shí)驗(yàn)表明，黃精多糖夠減輕炎癥損傷，抑制炎癥因子表達(dá)［38］。這些都表明，黃精多糖可能通過(guò)抗炎作用達(dá)到減輕胰島素抵抗目的，間接地進(jìn)行糖代謝調(diào)節(jié)。

3.6 調(diào)節(jié)P-gp表達(dá)水平P-gp是一種分子量為170KD的膜運(yùn)輸?shù)鞍?，糖尿病患者病理生理狀態(tài)可改變P-gP的表達(dá)和功能［39］。PI3K-AKT（脂質(zhì)激酶）和RasMAPK（蛋白質(zhì)激酶）是胰島素對(duì)P-gP功能和表達(dá)調(diào)節(jié)的主要通路［40］。研究表明，小鼠腦紋狀體微血管中的P-gP表達(dá)與血糖值有關(guān)，2型糖尿病小鼠體內(nèi)的P-gP表達(dá)相對(duì)于正常組有所增加，胰島素治療更能提高其表達(dá)［41］。萬(wàn)奇［42］在研究中發(fā)現(xiàn)，糖尿病狀態(tài)下的小鼠其海馬組織P-gP相對(duì)于正常鼠明顯增加，然而黃精多糖能夠顯著提高P-gp表達(dá)水平，提示黃精多糖對(duì)于P-gp是一種誘導(dǎo)劑，在抗糖尿病過(guò)程起保護(hù)作用。

4 小結(jié)

黃精作為藥食兩用的中藥，其開(kāi)發(fā)與利用受到越來(lái)越多的學(xué)者與企業(yè)關(guān)注。多糖的提取工藝在近幾年來(lái)得到逐步優(yōu)化，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，提取率不斷提高。在溶劑提取法中，水提醇沉法工藝簡(jiǎn)單，適合在工業(yè)中大量生產(chǎn)，但需要較高的溫度，且用時(shí)比較長(zhǎng)。酶解法是一種專(zhuān)屬性較強(qiáng)的生物提取技術(shù)，省時(shí)、高效、減少因溶劑大量使用造成的環(huán)境污染，但該方法受溫度和pH值影響較高，主要是因?yàn)槊傅幕钚詫?duì)這兩因素較為敏感，實(shí)際提取過(guò)程中應(yīng)確保酶的活性，才能得到較好的提取效果。物理輔助法中，超聲/微波輔助法相對(duì)于傳統(tǒng)水提法效率更高，聯(lián)合底酶的作用能起到更好的效果，但這些設(shè)備價(jià)格高昂，且處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)發(fā)生可溶性多糖降解的現(xiàn)象。多糖的提取率是各個(gè)提取方法的重要考察指標(biāo)，但這些方法對(duì)黃精多糖的穩(wěn)定性及在腸胃道消化和吸收的影響并未展開(kāi)研究，在工藝研究中應(yīng)綜合考慮多糖的穩(wěn)定性及藥效，為優(yōu)化的工藝條件提供另一參考依據(jù)。

黃精是天然的抗糖尿病中藥，其多糖因其組成及結(jié)構(gòu)的差異而具備不同的功能活性，不同品種的黃精其多糖組分不同，這說(shuō)明黃精質(zhì)量控制體系的建立還需從多糖的種類(lèi)入手。黃精多糖調(diào)節(jié)糖代謝機(jī)制研究主要集中在抑制α-葡萄糖苷酶、降低肝內(nèi)cAMP含量、增加胰島素分泌、調(diào)節(jié)P-gp表達(dá)水平、抗炎抗氧化等。黃精根莖熱水萃取物含有一種能造成蛋白質(zhì)功能障礙的化合物（氮雜環(huán)丁烷-2-羧酸）［43］，這表明黃精多糖的研究還需體內(nèi)及體外相結(jié)合，更加全面地對(duì)其藥理作用和機(jī)制進(jìn)行研究，為黃精用藥安全及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供有效依據(jù)。