鐵皮石斛多糖的研究進展

胡賢春　郭永兵　向勁松等

摘要

鐵皮石斛是我國傳統(tǒng)的名貴中藥，為蘭科石斛屬植物鐵皮石斛（D. officinale Kimura et Migo）的新鮮或干燥莖，其主要化學(xué)成分有多糖類、生物堿類和多酚類物質(zhì)等，石斛多糖是主要成分之一。在此概述近年來國內(nèi)外在鐵皮石斛多糖的含量、分離提取、結(jié)構(gòu)分析及生物活性等領(lǐng)域的研究進展，為鐵皮石斛多糖的進一步研究及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 鐵皮石斛；多糖；含量；提取方法；結(jié)構(gòu)；生物活性

中圖分類號 S567 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）15-078-03

Research Advances in Polysaccharides of Dendrobium officinale

HU Xianchun1， GUO Yongbing2*， XIANG Jinsong2 et al

（1. College of Horticulture and Gardening， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434025； 2. Shennongjia Forestry Research Institute， Shennongjia， Hubei 442400）

Abstract Dendrobium officinale Kimura et Migo， is widely used in tradional Chinese herbal medicine， contains a variety of chemical constituents， such as polysaccharides， alkaloids， polyphenols and so on. In this paper， the recent progresses of polysaccharide from D. officinale on content， separation and extraction， structure analysis， and biological activity were summarized， which will benefit for the further study and industrial applications of D. officinale polysaccharides.

Key words Dendrobium officinale； Polysaccharides； Content； Extraction method； Structure； Biological activity

鐵皮石斛為蘭科（Orchidaceae）石斛屬（Dendrobium SW.）植物鐵皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）的新鮮或干燥莖[1]，干品稱為鐵皮楓斗，是石斛中的極品。鐵皮石斛具有益胃生津、滋陰清熱、免疫調(diào)節(jié)、延緩衰老等功效，用于陰傷津虧、口干煩渴、食少干嘔、病后虛熱、目暗不明[2]。現(xiàn)代藥理和臨床研究證明，鐵皮石斛具有抗腫瘤、抗衰老、降低血糖和提高免疫力等作用，在惡性腫瘤的輔助治療以及慢性咽炎、慢性胃炎、糖尿病和久病體虛免疫功能低下等方面有廣泛的應(yīng)用[3]。植物化學(xué)成分分析和藥理學(xué)等研究表明鐵皮石斛中生物活性物質(zhì)主要是多糖類化合物，且含量較高[4-7]。隨著人們對多糖功效認識的增多，近年來對鐵皮石斛多糖的研究也逐漸增多，筆者在此對鐵皮石斛多糖的含量、提取方法、結(jié)構(gòu)以及生物活性等方面的研究進展進行了綜述。

1 鐵皮石斛多糖的含量

鐵皮石斛中多糖含量比較高，但不同品種、不同生長期、不同部位、不同產(chǎn)地的鐵皮石斛中多糖的含量不一樣，人工栽培和野生鐵皮石斛多糖的含量也有差別，不同采后加工對鐵皮石斛中多糖的含量也有較大的影響。

毛靈芝研究發(fā)現(xiàn)各品種石斛多糖含量不同，其中寬葉鐵皮石斛>窄葉鐵皮石斛>青梗鐵皮石斛[8]。徐云燕等分析指出1、2、3 年生長期鐵皮石斛多糖含量分別為40.40%、30.96%、48.87%[9]。周桂芬等研究表明莖中多糖含量是葉中多糖含量的3倍[10]。采收時間也顯著影響鐵皮石斛多糖和浸出物含量，如鐵皮石斛5月采樣多糖含量高于2月[11]。此外，鐵皮石斛開花顯著消耗鐵皮石斛藥材中的多糖，因此，在開花前采收能顯著提高多糖含量[12]。

諸燕等研究發(fā)現(xiàn)人工栽培的鐵皮石斛其多糖質(zhì)量分數(shù)普遍高于野生藥材，且種質(zhì)與生長年限顯著影響多糖質(zhì)量分數(shù)；鐵皮石斛品種選育與采收年限的控制可提高多糖質(zhì)量分數(shù)，浙江產(chǎn)區(qū)鐵皮石斛最佳采收時間為2年生冬季至3年生開花前[13]。

李聰?shù)妊芯苛瞬煌珊蠹庸﹁F皮石斛多糖的影響，結(jié)果表明4種采后加工方法（直接烘干、燙后烘干、燙后邊搓邊烘、邊搓邊烘）得到的鐵皮石斛多糖質(zhì)量分數(shù)為26.59%～32.70%，邊搓邊烘100 ℃和80 ℃處理的鐵皮石斛多糖含量最高[14]。

2 鐵皮石斛多糖的提取方法

2.1 熱水提取法

熱水提取法是傳統(tǒng)的多糖提取方法，通過提取條件的優(yōu)化，可以提高鐵皮石斛多糖的得率[15-18]。這種提取方法成本較低、取材方便，在工業(yè)化提取鐵皮石斛多糖上具有廣闊的應(yīng)用前景，為了獲得更高的提取率，往往結(jié)合其他輔助方法。

2.2 酶解提取法

酶解法提取多糖條件溫和，可以有效地破壞植物細胞壁的影響，水解植物細胞中的膠質(zhì)體、蛋白質(zhì)，促進多糖等物質(zhì)的溶出，在一定程度上提高了石斛多糖的收率[19-21]。另外，該方法過程條件溫和、對環(huán)境無污染，也有利于工業(yè)化生產(chǎn)提取鐵皮石斛多糖。常使用的酶有半纖維素酶、纖維素酶、果膠酶等。

唐政等以鐵皮石斛為材料，采用纖維素酶與果膠酶的等量混合提取法，研究了pH、酶濃度、酶解時間、酶解溫度等因素對石斛多糖提取效率的影響，獲得最佳提取工藝為pH 6.5、1%濃度的纖維素酶和果膠酶1∶1等量混合、50 ℃下提取135 min，提取率為41.33%[19]。

2.3 超聲波輔助提取法

超聲技術(shù)是近些年來普遍用于中藥材有效成分提取的方法，它通過機械、熱學(xué)以及空化等作用加速目標成分進入溶劑，從而大大提高提取效率[22]。

葉余原研究了鐵皮石斛多糖的超聲波提取工藝條件，結(jié)果表明，優(yōu)化提取工藝條件為料液比1∶30、超聲水浴50 ℃、超聲頻率45 kHz、提取1.5 h，在此條件下鐵皮石斛多糖的平均提取得率為15.3%，超聲提取的多糖得率大于同等條件下常規(guī)水提（平均得率為10.2%）[23]。

2.4 微波輔助提取法

由于在微波電磁場作用下，有利于鐵皮石斛多糖物質(zhì)的迅速浸出、擴散，因此，利用微波提取鐵皮石斛多糖具有提取量高、快速、預(yù)處理和操作成本低及對環(huán)境無污染等優(yōu)點。

尚喜雨等以水為提取劑，在不同微波功率條件、固液比、浸提時間及提取劑的pH等條件下進行正交試驗，研究了各因素不同水平對石斛多糖提取量的影響，結(jié)果表明，最佳提取條件為微波功率400 W、pH為8、微波作用時間6 min、1∶50的條件下多糖提取量為17.48%，微波輔助提取鐵皮石斛多糖的方法得到了較高的多糖提取率[24]。

2.5 超高壓提取法

以超高壓提取石斛多糖，利用超高壓作用可破壞鐵皮石斛細胞的細胞壁，促進細胞內(nèi)多糖溶出，具有提取時間短、能力消耗少等優(yōu)點。

縱偉等采用超高壓方法提取鐵皮石斛中的多糖成分，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取壓力、時間、粉碎度和固液比4個影響因素，以石斛多糖為指標，通過正交試驗優(yōu)化超高壓方法提取石斛多糖的工藝條件，結(jié)果表明，將石斛粉碎到80目后，按固液比1∶20、采用300 MPa的壓力提取6 min后，石斛多糖的得率達19.27%，表明超高壓方法是有效提取石斛多糖的一種方法[25]。

2.6 閃式提取法

閃式提取石斛多糖依靠高速機械剪切力和超動分子滲濾技術(shù)，在室溫及溶劑存在下數(shù)秒內(nèi)把物料粉碎至細微顆粒，并使有效成分迅速達到組織內(nèi)外平衡，通過過濾達到提取之目的，具有溶劑用量少、提取時間短、效率高等優(yōu)點。

李嬌等比較了水提法、超聲法和閃式提取鐵皮石斛多糖的效果，并用正交試驗法對最優(yōu)方法進行條件優(yōu)化，結(jié)果，水提法多糖提取率為10.90%，提取時間為120 min；超聲法多糖提取率為18.75%，提取時間為60 min；閃式提取法多糖提取率為24.05%，提取時間為2 min；進一步通過正交法對閃式提取條件進行優(yōu)化，確定最優(yōu)條件為固液比1∶15、閃提時間2 min、閃提轉(zhuǎn)速4 000 r/min，與傳統(tǒng)水提法和超聲法相比，閃式提取具有明顯的優(yōu)越性[26]。

目前，鐵皮石斛多糖一般采用熱水提取后再通過醇沉制備，在提取過程中，為強化多糖的提取率，往往采用超聲波、微波等方法進行輔助提取，但超聲、微波等方法提取時間比較長，且提取過程中能量消耗大，因而，酶解提法、超高壓提取等方法是發(fā)展的方向。

3 鐵皮石斛多糖的結(jié)構(gòu)分析

多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)包括單糖殘基組成、單糖殘基排列順序、相鄰糖殘基連接方式及糖鏈分支等，以及由此形成的空間結(jié)構(gòu)，它是鐵皮石斛多糖發(fā)揮生物活性的基礎(chǔ)。鐵皮石斛多糖是一大類物質(zhì)，由于受到種質(zhì)資源、栽培管理、氣候環(huán)境等因素影響，鐵皮石斛多糖中各單糖的組成和比例也有所不同。

龔慶芳等研究表明鐵皮石斛多糖主要由D甘露糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖（摩爾比為3.28∶31.83∶1.51∶1.00）組成的雜多糖[27]。Pan等通過GCMS研究指出鐵皮石斛多糖中的單糖組分主要有阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和甘露糖（摩爾比為0.04∶0.12∶1.00∶0.13）[28]。周桂芬等研究表明鐵皮石斛莖與葉多糖的單糖組成不同，鐵皮石斛葉多糖是一種酸性雜多糖，主要由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖和半乳糖醛酸組成，而鐵皮石斛莖多糖主要由葡萄糖和甘露糖組成，葉與莖多糖中均有甘露糖和葡萄糖，莖中甘露糖和葡萄糖含量均比葉中高[10]。Meng等研究表明不同產(chǎn)地的鐵皮石斛多糖中單糖組成比例也差異較大，產(chǎn)自云南的鐵皮石斛多糖分子量有2個峰，分子量分別為1.5×106和7.1×104 Da，單糖組成為甘露糖、葡萄糖、半乳糖，摩爾比為100∶206∶5；產(chǎn)自安徽的鐵皮石斛多糖分子量為1.2×105 Da，單糖組成為甘露糖、葡萄糖、半乳糖，摩爾比為100∶44∶2；產(chǎn)自浙江的鐵皮石斛多糖分子量為4.9×104 Da，單糖組成為甘露糖、葡萄糖、半乳糖，摩爾比為100∶38∶1[29]。

林宏等對一個從鐵皮石斛原球莖中分離的均一多糖D02C進行了結(jié)構(gòu)解析，結(jié)果表明D02C為一含有56.36%半乳糖醛酸的分子量為1.55×104 Da的半乳聚糖，其中半乳糖以D半乳糖存在，主鏈由1，4Galp與1，4GalAp組成，另外，連有少量的鼠李糖，其中部分半乳糖醛酸在C6位上產(chǎn)生了甲酯化[30]。楊虹等研究了鐵皮石解多糖DT2、DT3的化學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明DT2、DT3的平均分子量分別為7.4×105、5.4×105 Da，含有的單糖主要有葡萄糖、半乳糖、木糖及少量阿拉伯糖和甘露糖，摩爾比分別為5.9∶1.0∶1.0∶0.8∶0.5和7.9∶1.3∶1.0∶0.5∶0.7；經(jīng)過GCMC和NMR分析，確定了DT2、DT3多糖主要含有α（1→4） –DGlc為主鏈，末端糖為半乳糖、葡萄糖及阿拉伯糖，葡萄糖和半乳糖上含有少量的分支，并含其他少量木糖、阿拉伯糖、甘露糖，兩者的差別主要在于支鏈的長短和連接位置的不盡相同[31]。

鐵皮石斛多糖的單糖組成是以葡萄糖、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖為主，其單糖種類基本相同，但其分子量及摩爾比差異顯著，這與鐵皮石斛原料及其分離純化的方法有關(guān)。因此，要準確分析鐵皮石斛多糖的相對分子量、組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性等方面，仍有必要進一步分離、純化和分析結(jié)構(gòu)。

4 鐵皮石斛多糖的生物活性

4.1 抗氧化活性

鐵皮石斛多糖具有明顯的抗氧化活性，何鐵光等研究了鐵皮石斛原球莖的多糖DCPPla1的體外抗氧化活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多糖DCPPla1對超氧陰離子和羥基自由基均有明顯的清除作用或抑制作用，其IC50分別為0.727和1.181 mg/ml，并能抑制小鼠肝勻漿及肝線粒體MDA的生成和減輕肝線粒體腫脹，表明了原球莖多糖在細胞器和組織水平上有較好的體外抗氧化能力[32]。

鮑素華等分別采用清除活性氧和DPPH自由基體系、金屬離子鰲合體系、還原力體系、Fe2+Vc誘導(dǎo)的小鼠肝勻漿脂質(zhì)過氧化體系、ABTs法測總抗氧化能力體系、抑制H2O2誘導(dǎo)紅細胞氧化溶血能力體系和對羥基自由基介導(dǎo)的DNA損傷的保護體系，對鐵皮石解多糖DSP（總多糖）、DSP1、DSP2、DSP3的體外抗氧化活性進行測定，結(jié)果表明，除在清除超氧陰離子自由基體系中4種多糖無抗氧化作用外，在其他體系中均表現(xiàn)出較強的抗氧化能力，且抗氧化能力與其相對分子量大小有關(guān)[33-34]。

查學(xué)強等研究了鐵皮石斛多糖和霍山石斛對超氧陰離子自由基和羥基自由基的清除作用及對烷基自由基引發(fā)的亞油酸氧化體系的抑制作用，結(jié)果表明，2種石斛多糖對超氧陰離子自由基和羥基自由基具有不同程度的清除作用，對烷基自由基引發(fā)的亞油酸氧化體系有顯著的抑制作用，但作用效果差異顯著，其中霍山石斛多糖的抗氧化活性明顯強于鐵皮石斛，原因可能是2種石斛多糖在結(jié)構(gòu)上存在很大差異[35]。

4.2 免疫調(diào)節(jié)作用

鐵皮石斛多糖具有增強機體免疫力的作用，張紅玉等研究了鐵皮石斛多糖對S180肉瘤小鼠免疫功能的影響，發(fā)現(xiàn)鐵皮石斛多糖（劑量分別為400、800和1 600 mg/kg）對S180實體瘤均有一定的抑制作用，其抑制率為97%～26.8%，顯著提高荷瘤小鼠的T淋巴細胞轉(zhuǎn)化功能、NK活性、巨噬細胞吞噬功能及溶血素值，表明鐵皮石斛多糖具有增強免疫功能的作用[36]。

鐵皮石斛多糖能顯著刺激脾淋巴細胞的增殖并促進脾淋巴細胞中γ干擾素和白細胞介素2的分泌[37]，增強自然殺傷細胞介導(dǎo)的淋巴細胞毒性，增加巨噬細胞的吞噬作用和一氧化氮產(chǎn)量[38]。劉亞娟等研究了鐵皮石斛多糖的免疫活性，發(fā)現(xiàn)鐵皮石斛多糖在25～200 μg/ml的濃度范圍內(nèi)可以顯著促進小鼠免疫脾細胞的增殖，表明石斛多糖可以在一定程度上提高小鼠的免疫活性[39]。

蔡海蘭等研究了鐵皮石斛多糖（DOP）對RAW264.7細胞分泌TNFα的影響，通過檢測DOP作用后RAW264.7的TNFα分泌增加，證實了DOP具有促進TNFα分泌的作用，與此同時，DOP增加TNFα mRNA表達和IκBα蛋白表達，因此，DOP通過誘導(dǎo)TNFα的分泌說明其具有增強免疫的功能[40]。

此外，葛穎華等研究表明鮮鐵皮石斛多糖（5、10和20 g/kg）對Lewis肺癌小鼠有明顯的免疫調(diào)節(jié)作用[41]。鐵皮石斛多糖預(yù)處理可以顯著抑制TNFα誘導(dǎo)的細胞凋亡因子[42] ，也可以顯著增加小鼠脾細胞的IFNγ產(chǎn)量，因而，可以顯著增強小鼠的細胞免疫和非特征免疫[43]。

4.3 抗腫瘤活性

何鐵光等研究了鐵皮石斛原球莖的多糖DCPP1a1對小鼠肝癌H22抑制作用，結(jié)果表明，多糖DCPP1a1的3個劑量組（50、150、250 mg/kg）對H22肝癌小鼠有不同程度的抑瘤作用，抑瘤率分別為28.6%、19.3%和15.7%，其中低劑量組（50 mg/kg）的抑瘤效果最好（P<0.05）[44]。

劉亞娟等研究了鐵皮石斛多糖的抗癌活性，試驗結(jié)果初步證實鐵皮石斛多糖在25～200 μg/ml的濃度范圍內(nèi)可以抑制癌細胞HepG2、A549、F9、NCCIT的生長，具有一定的抗癌活性[39]。

4.4 降血糖作用

李秀芳以四氧嘧啶為誘導(dǎo)劑建立糖尿病小鼠模型，比較研究了霍山石斛、鐵皮石斛、金釵石斛、流蘇石斛和鼓槌石斛粗多糖的降血糖活性，結(jié)果顯示，5種石斛粗多糖（50、100和200 mg/kg）均能在一定程度上平衡血脂水平，并可能通過降低血液中TC、TG含量，增加HDLC含量來調(diào)節(jié)血糖水平[45]。

鐵皮石斛多糖（100、200 和400 μg/ml）處理細胞48 h能促進胰島β細胞胰島素分泌，提高胰島β細胞活性，減少胰島β細胞的凋亡；鐵皮石斛多糖能明顯抑制高糖刺激下胰島β細胞 NFκB及iNOS的蛋白表達和NO分泌增加；因此，鐵皮石斛多糖保護胰島β細胞可能與NFκBiNOSNO通路有關(guān)[46]。

4.5 其他作用

鐵皮石斛多糖對高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細胞（ECV304）NFκB因子的過量表達有較好的抑制作用，說明鐵皮石斛活性成分可以干預(yù)和保護糖尿病血管的病變[47]。鐵皮石斛多糖也可以通過提高AQP5的表達和保護細胞免受細胞凋亡而治療Sjogrens綜合癥[48]。此外，鐵皮石斛多糖還具有抑菌[49]、促進毛發(fā)生長[50]、抗衰老[51]、降血壓[52]等作用。

5 小結(jié)與展望

多糖提取技術(shù)的研究與開發(fā)為鐵皮石斛多糖的結(jié)構(gòu)分析、生物活性以及結(jié)構(gòu)修飾等打下了基礎(chǔ)，為鐵皮石斛多糖成分的應(yīng)用提供進一步的科學(xué)依據(jù)，為盡早實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化提供理論依據(jù)和技術(shù)支持?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，鐵皮石斛多糖具有抗氧化、增強免疫力和抑制腫瘤等活性，因此，鐵皮石斛多糖在治療癌癥和增強機體免疫力、抗衰老等方面有廣泛用途，但研究結(jié)果多局限于試驗階段，對其化學(xué)成分和活性之間的關(guān)系缺乏深入研究，其益胃生津、滋陰清熱的功效與抗氧化、抗腫瘤等的真正活性物質(zhì)基礎(chǔ)尚未闡明，確切的作用機制有待于進一步研究。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年

參考文獻

[1]