抗炎多糖研究進(jìn)展

關(guān) 欣，劉 瑋，姚文兵

中國(guó)藥科大學(xué)生物制藥教研室，南京 210009

近年來(lái)的一系列研究表明，多糖在免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、降血糖、降血脂等方面都具有很好的作用。有關(guān)多糖抗炎活性的相關(guān)研究逐漸增多，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[1-3]，多糖主要是通過(guò)抑制趨化因子與粘附因子的表達(dá)、抑制炎癥發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵酶的活性，調(diào)節(jié)各種細(xì)胞因子的生成，從而影響白細(xì)胞向炎癥部位的募集、粘附以及滲出，發(fā)揮抗炎作用。多糖的理化性質(zhì)決定了其生物活性，多糖的抗炎活性與其分子量的分布、單糖組成、糖鏈的構(gòu)型及構(gòu)象等都有很大的關(guān)系。本文綜述了近年來(lái)研究較多的抗炎多糖及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1 葡聚糖

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[4]，含有β-葡聚糖結(jié)構(gòu)的多糖具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能的作用，但是，這類多糖中既有發(fā)揮抗炎作用的多糖、也有發(fā)揮促炎作用的多糖，例如：由β-D-1，3連接的葡聚糖構(gòu)成的多糖主鏈，以及通過(guò)1，6位連接到該主鏈的β-D-1，3葡聚糖側(cè)鏈構(gòu)成的茶薪菇（Agrocybe chaxingu）多糖[5]能夠抑制脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞分泌一氧化氮（NO）的水平，以及減少前列環(huán)素-2（PGE2）的生成，從而起到抗炎的作用；而埃杜拉香菇（Lentinula edodes）葡聚糖[6]卻可以通過(guò)調(diào)節(jié)多種細(xì)胞因子的表達(dá)而增強(qiáng)脾細(xì)胞的免疫應(yīng)答，起到促炎的作用。這兩種多糖均是由葡聚糖鏈組成，但是對(duì)機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)作用卻不相同，這可能與其分子量的分布以及糖鏈的結(jié)構(gòu)相關(guān)。

早在1998年，就有學(xué)者[4]提出，具有1，3連接的β-D-葡聚糖能夠與肺泡巨噬細(xì)胞表面的特異性受體相結(jié)合，從而激活巨噬細(xì)胞釋放炎癥因子。那么，茶薪菇多糖發(fā)揮抗炎作用是否與其結(jié)構(gòu)中存在有很多1，6分枝的葡聚糖側(cè)鏈相關(guān)？雖然關(guān)于其構(gòu)效關(guān)系尚不完全清楚，但Neyrinck等[7]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)分子量在4500～5500 kDa之間的帶有1，6分枝的β-D-1，3連接的葡聚糖對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的小鼠肝損傷具有治療作用，能夠抑制血清中的腫瘤壞死因子（TNF-α）的表達(dá)以及PGE2的生成，起到抗炎的作用，但該多糖的抗炎作用又具有器官特異性，僅對(duì)受損的肝臟具有抗炎活性，而在肺與脾則表現(xiàn)出促炎癥發(fā)生的作用。目前，又有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[8]，給感染殺鮭氣單胞菌的鯉魚喂食在端基葡萄糖的6位連有側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的β-D-1，3連接的葡聚糖，通過(guò)測(cè)定血清中各種細(xì)胞因子的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這類β-葡聚糖可以顯著地上調(diào)鯉魚前腎內(nèi)皮細(xì)胞分泌的多種促炎因子，而下調(diào)由腸道內(nèi)皮細(xì)胞分泌的炎癥介質(zhì)TNF-α1、TNF-α2、白介素1β（IL-1β）和白介素6（IL-6）的表達(dá)。由上述可以看出，帶有分枝鏈的β-D-葡聚糖僅對(duì)肝臟以及腸道器官具有抗炎作用，這可能是因?yàn)樵摱嗵墙?jīng)腸道吸收以及肝臟代謝后其分枝糖鏈被水解，從而形成了不具有分枝的β-D-1，3連接的葡聚糖及其片段，因此不再具有抗炎作用。

除了β-葡聚糖具有抗炎作用，α-葡聚糖也同樣可以發(fā)揮抗炎活性，Zhang等[9]從梨形環(huán)棱螺（Bellamya purificata）的足肌中提取得到兩種水溶性多糖（BPS-1，BPS-2），分子量分別為7.2×106kDa和8.3×106kDa。BPS-1與BPS-2主要由95%左右的α-D-葡聚糖組成，以及少量的巖藻糖、阿拉伯糖、木糖；BSP-2還含有少量的半乳糖及甘露糖。這兩種多糖都是由 1，4連接的 α-葡聚糖構(gòu)成的骨架，BPS-1在主鏈糖環(huán)的C-6位帶有1，3連接的α-葡聚糖分枝，BPS-2在C-3及C-6位都存在有1，3連接的α-葡聚糖分枝。這兩種多糖均能夠抑制二甲苯誘導(dǎo)的鼠耳腫脹，1 mg·mL-1時(shí)抑制率分別為57.56%、56.46%。BPS-1對(duì)急性炎癥模型小鼠的治療效果稍好于BPS-2，這可能是由于BPS-1僅含有C-6位的葡聚糖側(cè)鏈，而B(niǎo)PS-2的C-3位葡聚糖側(cè)鏈對(duì)抗炎活性產(chǎn)生了一定的影響。由上述可以看出，α-D-葡聚糖和β-D-葡聚糖都具有抗炎作用，這類多糖發(fā)揮抗炎活性的原因可能與其葡聚糖主鏈骨架的分枝結(jié)構(gòu)、大分子特性，以及給藥部位等相關(guān)。

2 酸性多糖

目前報(bào)道的許多抗炎多糖多含有醛酸基團(tuán)或硫酸化基團(tuán)，關(guān)于這一類抗炎多糖的研究，一般都是通過(guò)對(duì)其進(jìn)行酸水解或酶水解，得到不同分子量的多糖片段，通過(guò)比較這些多糖片段的抗炎活性，從而確定其發(fā)揮抗炎作用的有效結(jié)構(gòu)單元及特征。

Popov等[10]從甜椒（Capsicum annum）中提取到一種果膠多糖，經(jīng)過(guò)對(duì)該果膠多糖的純化，得到一種分子量為600 kDa以上的多糖，該多糖含有大量的半乳糖醛酸及少量中性糖，對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的小鼠炎癥模型具有抗炎作用，能夠抑制血清中的TNF-α的產(chǎn)生以及IL-10的分泌。用于該抗炎活性研究的果膠多糖含有一些中性糖及蛋白質(zhì)，因此，為了確定其發(fā)揮抗炎作用的有效物質(zhì)及結(jié)構(gòu)片段，進(jìn)一步應(yīng)用酸水解法降解該果膠多糖，經(jīng)純化后，得到一種帶有甲基及乙?；摩?D-1，4半乳糖醛酸多糖片段，不含有中性糖及蛋白，半乳糖醛酸含量為95%，并經(jīng)證明該多糖片段是其發(fā)揮抗炎作用的有效結(jié)構(gòu)單元。Kuang等[11]也是通過(guò)酸水解法對(duì)麻黃（Ephedra sinica）多糖及其4種酸水解片段采用這種研究方法，發(fā)現(xiàn)含有半乳糖醛酸含量很高的麻黃多糖片段，對(duì)刀豆集素A（ConA）誘導(dǎo)的脾淋巴細(xì)胞增殖的抑制效果越好，對(duì)其中抗炎效果最好的麻黃多糖片段ESP-B4進(jìn)行進(jìn)一步的水解，得到產(chǎn)物ESP-B4a，發(fā)現(xiàn)這一片段不再具有免疫抑制作用，因此，ESP-B4的分枝結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象對(duì)于其抗炎作用可能非常重要，但關(guān)于其發(fā)揮抗炎作用的最小結(jié)構(gòu)單元及特征還未見(jiàn)深入的研究。很多植物多糖的抗炎作用都與半乳糖醛酸的存在相關(guān)，例如，芹菜梗（Apium graveolens）多糖[12]、沼委陵菜（Comarum palustre）多糖[13]等。

除了半乳糖醛酸與多糖的抗炎活性有一定的關(guān)系，一些來(lái)自于海藻類物質(zhì)中的硫酸化多糖也具有抗炎活性。Kang等[14]通過(guò)酶輔助提取法從昆布（Ecklonia cava）中獲得了一種昆布多糖（AMG ext），該多糖提取液經(jīng)濾膜純化后，收集分子量大于50 kDa的多糖（＞50 kDa Fr），再經(jīng)乙醇沉淀得到粗多糖（CPS Fr），對(duì)該粗多糖進(jìn)一步純化，得到一種分子量為1.3×106kDa的多糖PPS，這四種多糖分別含有48%、65%、69%以及82%的巖藻糖。除此之外，均含有少量的鼠李糖、半乳糖、醛酸及硫酸基團(tuán)等。其中，硫酸脂鍵的取代度也隨著每一步的純化而逐漸增多，四種多糖分別含有0.41%、0.52%、0.71%以及0.92%取代度的硫酸基團(tuán)。通過(guò)比較這四種多糖的抗炎活性，發(fā)現(xiàn)它們對(duì)脂多糖 （LPS）誘導(dǎo)的RAW264.7巨噬細(xì)胞生成NO的水平具有抑制作用，抑制效果從小到大依次是：AMG ext，＞50 kDa Fr，CPS Fr，PPS。PPS在25-200 μg·mL-1之間能夠呈劑量依賴性的抑制RAW 264.7巨噬細(xì)胞表達(dá)的一氧化氮合酶（iNOS）和環(huán)氧合酶（COX-2），減少NO以及PGE2的生成。比較這四種不同多糖的理化性質(zhì)，其主要差別在于所含巖藻糖及硫酸基團(tuán)的含量不同。由其結(jié)果可以看出，含有巖藻糖及硫酸基團(tuán)越多的多糖，其抗炎效果越好。因此，組成該多糖的硫酸化巖藻糖可能是其發(fā)揮抗炎作用的關(guān)鍵。

關(guān)于這類抗炎多糖的酸性基團(tuán)與炎癥的關(guān)系，尚未有明確的結(jié)論。但是，目前常用的抗炎藥物如水楊酸類物質(zhì)，其發(fā)揮抗炎活性的必要結(jié)構(gòu)即為與羥基相鄰的羧酸基團(tuán)，如果酸性降低，抗炎活性就會(huì)減少。那么，酸性多糖發(fā)揮抗炎作用可能是因?yàn)槠湓隗w內(nèi)降解成為含有羧酸或硫酸化基團(tuán)的多糖片段，與受損組織中的巨噬細(xì)胞表面上的炎癥相關(guān)受體相結(jié)合從而發(fā)揮抗炎作用。

3 半乳甘露葡聚糖

很多具有甘露葡聚糖結(jié)構(gòu)的多糖類物質(zhì)具有免疫調(diào)節(jié)活性，可以通過(guò)降低炎癥初期毛細(xì)血管的通透性抑制炎癥介質(zhì)的滲出，從而發(fā)揮抗炎作用。Silva等[15]從皇后葵（Arecastrum romanzoffianum）的果皮中分離并純化得到一種分子量為1.5×105kDa的水溶性多糖，由半乳糖、甘露糖和葡萄糖組成，三者的比例為1∶3.7∶5.3。該多糖能夠降低急性炎癥模型小鼠的毛細(xì)血管通透性，但對(duì)于炎癥反應(yīng)過(guò)程中的前列環(huán)素的釋放卻沒(méi)有抑制作用，僅能夠在炎癥發(fā)生的早期起到治療作用。從一種巴西甘藍(lán)（Syagrus oleracea）中分離并純化得到的半乳甘露葡聚糖[16]也具有抗炎作用，能夠減輕由無(wú)水乙醇造成的小鼠胃黏膜潰瘍程度，對(duì)胃炎有很好的治療作用。其分子量為4.15×105kDa，與上述的皇后葵果皮多糖的糖鏈結(jié)構(gòu)基本相同，均為下式：

這兩種多糖均含有β-D-1，3連接的吡喃半乳糖鏈，在該鏈上又含有β-D-1，4連接的吡喃甘露糖鏈，端基鏈為α-D-1，4連接的吡喃葡萄糖殘基。這種巴西甘藍(lán)多糖含有的半乳糖、甘露糖以及葡萄糖的比例為1∶1.1∶1.2。這兩種多糖的分子量與單糖的組成比例稍有差異，但都具有很好的抗炎活性。從蘆薈（Aloe vera）[17]中得到的具有β-D-1，4連接的吡喃甘露多糖同樣也具有抗胃潰瘍的作用，因此推測(cè)這一結(jié)構(gòu)骨架可能是多糖發(fā)揮抗胃潰瘍作用的有效結(jié)構(gòu)。但這一類多糖抗胃潰瘍的機(jī)制尚不清楚，可能是由于大分子量的多糖類物質(zhì)可以在胃黏膜表面形成一層保護(hù)膜，從而減輕黏膜損傷。關(guān)于這類多糖對(duì)胃潰瘍后期的炎癥組織增生是否有抑制作用尚未見(jiàn)報(bào)道。

4 糖胺聚糖

糖胺聚糖是由氨基己糖和糖醛酸所構(gòu)成的無(wú)分枝的長(zhǎng)鏈多糖，包括透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、肝素、殼聚糖等，這類多糖及其降解產(chǎn)物在治療關(guān)節(jié)炎、角膜炎、角膜潰瘍等方面具有很好的療效。

硫酸軟骨素[18]屬于減緩關(guān)節(jié)炎癥狀的藥物（SySADOA），能夠抑制關(guān)節(jié)炎模型小鼠造骨細(xì)胞中的IL-1β誘導(dǎo)的基質(zhì)金屬蛋白酶-3（MMP-3）和基質(zhì)金屬蛋白酶-13（MMP-13）的基因表達(dá)，以及抑制炎癥因子形成過(guò)程中的關(guān)鍵酶，如COX-2的信使RNA（mRNA）的表達(dá)。硫酸軟骨素及其雙糖單元[19]還能夠通過(guò)抑制核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB）的活化從而減緩炎癥的發(fā)展，阻止關(guān)節(jié)腔狹窄，減輕關(guān)節(jié)的腫大及炎癥物質(zhì)的滲出。與非類固醇類抗炎藥物（NSAIDs）相比，這類抗炎多糖藥物具有治療成本更低、胃腸道耐受性更好的特點(diǎn)[20]。

肝素也是一類具有抗炎作用的糖胺聚糖，但由于肝素具有較強(qiáng)的抗凝血作用，因此不能用于炎癥的治療。Brito等[21]從一種蝦（Litopenaeus vannamei）中提取并純化得到一種類肝素的抗炎多糖，該多糖與肝素相比，結(jié)構(gòu)相同，但含有的葡萄糖醛酸及不飽和的二硫化氨基葡萄糖結(jié)構(gòu)較多，不具有抗凝血的副作用，而且具有很好的抗炎活性，能夠降低炎癥動(dòng)物模型腹膜中的基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）的活性，對(duì)活化的人白細(xì)胞分泌MMP-9的抑制率高達(dá)90%，可以用于抗炎藥物的開(kāi)發(fā)。

除此之外，還有一些糖胺聚糖，如殼聚糖[22]及其降解片段、化學(xué)修飾產(chǎn)物，也具有很好的抗炎作用。對(duì)燒傷模型小鼠應(yīng)用殼聚糖和肝素進(jìn)行治療，發(fā)現(xiàn)該多糖能夠在小鼠燒傷的早期阻止傷口的擴(kuò)散，而肝素不具備這樣的作用，共同使用時(shí)，還會(huì)減弱殼聚糖對(duì)傷口的治療效果。目前，使用較多的殼聚糖類抗炎藥物多是對(duì)殼聚糖進(jìn)行降解而獲得的分子量較小的寡糖片段，其抗炎效果更好。

5 結(jié) 語(yǔ)

多糖作為一類重要的天然活性物質(zhì)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是毒副作用小，來(lái)源廣泛。目前，我國(guó)是糖胺聚糖類抗炎藥物如殼聚糖、硫酸軟骨素等原料藥的最大的出口國(guó)家，國(guó)內(nèi)也有多種抗炎多糖藥物上市，比如硫酸軟骨素滴眼液，用于角膜炎、結(jié)膜炎的治療；香菇多糖注射液，用于治療慢性乙型肝炎；靈芝多糖片，用于慢性氣管炎的治療。盡管關(guān)于多糖在抗炎方面的應(yīng)用已經(jīng)打開(kāi)市場(chǎng)，但是關(guān)于抗炎多糖的理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)鑒定、構(gòu)象分析、構(gòu)效關(guān)系的研究仍不深入，且多糖類藥物由于其分子量較大，口服易被消化降解等特點(diǎn)，難以達(dá)到患處發(fā)揮作用。因此，深入研究抗炎多糖藥物的最小有效片段及其給藥方式將是其進(jìn)一步發(fā)展的必經(jīng)之路。

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