植物多糖的生物學(xué)活性研究進(jìn)展

■陳圣陽 劉旺景 曹琪娜 敖長金

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018）

多糖又稱多聚糖（Polysaccharides)，是由多個單糖分子縮合、失水而成的一類生物多聚物，主要包括植物多糖、動物多糖以及微生物多糖三類，是一類重要的生物活性物質(zhì)，它與蛋白質(zhì)、核酸和脂類一起被視為生命的四大基本物質(zhì)。近年來，隨著對植物多糖研究的不斷深入，植物多糖所具有的抗腫瘤、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、降血糖、降血脂、抗菌和抗病毒等生物活性不斷被發(fā)掘出來。目前，已有近百種植物多糖被研究人員成功提取，并對其特殊生物活性進(jìn)行了驗證。

1 抗氧化活性

近年來，大量研究表明許多疾病與自由基誘導(dǎo)的生物大分子氧化損傷有關(guān)，如細(xì)胞癌變、細(xì)胞老化、高血脂癥和多種老年慢性疾病等。在機(jī)體代謝的過程中產(chǎn)生的自由基還可引起脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸分子的氧化性損傷，而植物多糖具有對羥基自由基、超氧自由基(O2·-)和DPPH自由基等的清除能力。在肉羊飼糧中添加沙蔥多糖可顯著提高肉羊血清中的谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、總超氧化物歧化酶（TSOD）、過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶的活性，并能顯著降低血清中丙二醛（MDA）的含量，表明沙蔥多糖具有很強(qiáng)的抗氧化活性[1]。楊曉杰等[2]以桔梗為試材，用分光光度法對其植物根內(nèi)5個多糖組分（PPI、PPII、PPIIa、PPIIb和PPIIc）的抗氧化活性進(jìn)行研究，后發(fā)現(xiàn)桔梗多糖可以保護(hù)細(xì)胞免受自由基的破壞，抑制組織脂質(zhì)過氧化，避免自由基過多對人體造成危害。Yang等[3]采用水提法和堿提法從紅豆中提取出水溶性多糖AWP-1、AWP-2以及堿溶性多糖AAP-1，并測定其生物活性后發(fā)現(xiàn)AWP-1表現(xiàn)出最強(qiáng)的DPPH清除能力。喬茜茜[4]應(yīng)用亞硝酸清除能力試驗、DPPH自由基清除能力試驗、羥基自由基的清除能力試驗、還原力測定和β-胡蘿卜素-亞油酸乳化法等五種體外評價體系對啤酒花粗多糖體外抗氧化活性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明啤酒花粗多糖在每一個抗氧化體系中均表現(xiàn)出一定的抗氧化活性；其中，啤酒花粗多糖在β-胡蘿卜素-亞油酸乳化液評價體系中的總抗氧化活性、羥基自由基清除力和亞硝基清除能力相對較強(qiáng)，但是DPPH自由基清除力和總還原能力相對較弱，且隨著分子量的增加，其抗氧化能力呈明顯的減弱趨勢。麻景梅等[5]研究發(fā)現(xiàn)肉蓯蓉多糖具有較強(qiáng)的抗氧化和抗衰老功能，其作用主要體現(xiàn)在可增加膠原纖維含量、增強(qiáng)皮膚彈性和降低體內(nèi)脂褐質(zhì)的堆積。邵鴻娥等[6]通過小鼠游泳耐疲勞實驗，測定小鼠血中丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性，結(jié)果表明，枸杞多糖具有良好的體內(nèi)抗氧化作用，能夠減慢細(xì)胞老化從而延緩衰老。

2 抗腫瘤活性

抗腫瘤作用是植物多糖的主要生物活性之一，大量研究表明，多種植物多糖可以有效抑制或殺傷腫瘤細(xì)胞，而不損傷正常細(xì)胞。其抗腫瘤機(jī)理主要是通過活化巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞，增強(qiáng)機(jī)體的免疫力來達(dá)到殺傷和抑制腫瘤細(xì)胞的目的[7]。趙飛艷等[8]在分子水平上對沙蔥多糖的抗腫瘤機(jī)制進(jìn)行了探討，用不同濃度的沙蔥多糖體外作用于綿羊外周血淋巴細(xì)胞，并通過實時熒光定量RT-PCR法測定STAT1與IFN-γmRNA相對表達(dá)量的變化，結(jié)果顯示，在一定范圍內(nèi)隨著沙蔥多糖濃度的升高而STAT1與IFN-γmRNA的相對表達(dá)量呈現(xiàn)升高的趨勢，表明沙蔥多糖能夠通過促進(jìn)綿羊外周血淋巴細(xì)胞STAT1與IFN-γmRNA的表達(dá)，進(jìn)而發(fā)揮其抗腫瘤作用。此外，沙蔥多糖還能通過激活巨噬細(xì)胞，促進(jìn)免疫細(xì)胞分泌IL-2和TNF-α，來發(fā)揮抗腫瘤功能和免疫調(diào)節(jié)功能，從而有效地抑制小鼠S180腹水瘤的形成，延長其存活壽命[9]。Lee等[10]研究發(fā)現(xiàn)，刺松藻水溶性多糖能通過活化殺傷性T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，提高NK細(xì)胞活性，從而有效抑制腫瘤細(xì)胞增殖和腫瘤的惡化。近年來，大量研究表明，腫瘤組織異常增生的基礎(chǔ)包括腫瘤細(xì)胞內(nèi)的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)酶的量及活性顯著升高[11]，意味著當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)的合成受阻，腫瘤細(xì)胞的生長同樣也會被抑制。Wang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，龍葵多糖能影響腫瘤細(xì)胞內(nèi)脫氧核糖核酸(DNA)的轉(zhuǎn)錄，抑制了形成核糖核酸(RNA)的代謝，腫瘤細(xì)胞內(nèi)基因產(chǎn)物蛋白質(zhì)的合成受到限制，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長。韓翰[13]對人參多糖進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，試驗將人參多糖分為不同級份，分別測定對腫瘤細(xì)胞生長的抑制強(qiáng)度后發(fā)現(xiàn)：①不同級份的人參多糖具有選擇性抑制腫瘤細(xì)胞的生長作用；②人參淀粉樣中的中性糖不具有直接抑制腫瘤細(xì)胞生長的作用，而人參果膠能夠較明顯的抑制腫瘤細(xì)胞的生長；③同源型聚半乳糖醛酸（富含HG結(jié)構(gòu)域的人參果膠)能夠明顯抑制腫瘤細(xì)胞增殖，并且抑制強(qiáng)度隨著HG含量的增多而增強(qiáng)，如富含HG結(jié)構(gòu)域的兩種級份WGPA-3-HG和WGPA-4-HG，當(dāng)濃度僅為1.25 mg/ml時，就能明顯地抑制HepG-2，U-87，HT-1080和U-251腫瘤細(xì)胞的生長。因此，多糖的HG結(jié)構(gòu)域可能是抑制腫瘤細(xì)胞生長的重要因素。Shu等[14]報道，紫參多糖能抑制荷瘤小鼠體內(nèi)H22腹水肝癌細(xì)胞的擴(kuò)散，降低血清中前列腺素E2的水平；當(dāng)注射外源性的前列腺素E2時，紫參多糖憑借自身刺激免疫的生物學(xué)活性可完全消除PGE2的殘留。這可能是由于紫參多糖一方面能夠減少CD4+T細(xì)胞中CAMP的含量，進(jìn)而降低PGE2的合成；另一方面能夠抑制環(huán)氧化酶在相關(guān)腫瘤細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄和翻譯。

3 免疫活性

大量研究表明，植物多糖具有廣譜的免疫調(diào)節(jié)活性，它能夠有效調(diào)節(jié)免疫釋放因子和免疫細(xì)胞，從而增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。植物多糖對免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)主要有三種方式：其一，激活巨噬細(xì)胞，并增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬活性、內(nèi)酶活性及細(xì)胞因子分泌活性；其二，促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖，增強(qiáng)免疫球蛋白和細(xì)胞因子分泌，能夠改善淋巴細(xì)胞亞群結(jié)構(gòu)；其三，激活補(bǔ)體系統(tǒng)并增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞的殺傷活性，補(bǔ)體可以協(xié)同抗體或協(xié)助吞噬細(xì)胞來殺滅病原微生物[15]。與此同時，植物多糖的免疫活性還體現(xiàn)在對動物免疫器官發(fā)育有積極的促進(jìn)作用。包美艷等[16]發(fā)現(xiàn)，沙蔥多糖能夠影響綿羊外周血淋巴細(xì)胞的增殖及NO的釋放，沙蔥多糖濃度為50～100 μg/ml時能夠抑制淋巴細(xì)胞的增殖，而濃度為150～250 μg/ml時促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖；NO的釋放量隨著沙蔥多糖濃度的加大而增加，表明沙蔥多糖對綿羊外周血淋巴細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)作用。Heiss等[17]通過體外細(xì)胞模型試驗發(fā)現(xiàn)，從石榴皮中萃取的粗多糖具有增加脾細(xì)胞的數(shù)量、提高巨噬細(xì)胞中酸性磷酸酶的活性以及增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬力等刺激免疫的生物學(xué)活性。Bao等[18]研究發(fā)現(xiàn)，檸檬草多糖能夠提高小鼠體內(nèi)白細(xì)胞介素2(IL-2)、白細(xì)胞介素6(IL-6)、白細(xì)胞介素2(IL-12)以及腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的含量。毛淑敏等[19]通過金銀花多糖對免疫低下小鼠免疫功能影響的研究發(fā)現(xiàn)，金銀花多糖能夠顯著提高免疫低下的小鼠臟器指數(shù)、IL-2含量和血清溶血素水平，且高劑量多糖組效果優(yōu)于低劑量多糖組，使免疫低下的小鼠更快恢復(fù)正常水平，具有明顯的免疫增強(qiáng)活性作用。劉亞娟[20]對鐵皮石斛多糖的免疫試驗結(jié)果說明，鐵皮石斛多糖對與脾細(xì)胞相關(guān)的體液免疫具有較顯著的增強(qiáng)作用。此外，研究同樣發(fā)現(xiàn)隨著檸檬草多糖劑量的增加，荷瘤小鼠的免疫力也隨之增加，當(dāng)劑量達(dá)到200 mg/（kg·d）時，小鼠的胸腺和脾臟指數(shù)從21.9%增加到了91.9%[14]。以上研究結(jié)果均表明，植物多糖的免疫調(diào)節(jié)作用具有劑量效應(yīng)。

4 抗菌活性

近年來，由抗生素藥品的濫用和殘留引起耐藥菌株產(chǎn)生的問題越來越受到人們的重視。大量試驗結(jié)果表明，天然的植物多糖無毒副作用，并具有廣譜的抑菌活性，所以，用植物多糖替代抗生素用作飼料添加劑其前景非常廣闊。代建麗等[21]研究發(fā)現(xiàn)，白岌多糖對變形桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的生長均有抑制作用，當(dāng)白岌多糖濃度為20 mg/ml時抑菌效果較好；并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)白岌多糖的抑菌機(jī)制為增加大腸桿菌細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的通透性，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物外泄使得細(xì)菌生長代謝受到抑制。扈瑞平等[22]采用瓊脂擴(kuò)散法對沙蔥多糖進(jìn)行了體外抑菌研究，沙蔥多糖對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色葡萄球菌、變形桿菌、痢疾志賀氏菌和綠膿桿菌均表現(xiàn)出一定的抑制作用，且對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用最為顯著。Sharma等[23]研究發(fā)現(xiàn)，蟬蟲草多糖（胞外多糖EPS，胞內(nèi)多糖IPS）也具有較強(qiáng)的抑菌活性，且IPS的抑菌活性強(qiáng)于EPS。郭金英等[24]研究表明，發(fā)狀念珠藻多糖在一定的濃度范圍內(nèi)對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌及青霉和紅曲霉菌都有一定的抑菌作用。薛淑靜等[25]研究發(fā)現(xiàn)，蓮子紅皮多糖能夠有效抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長，其最小抑菌濃度為20 mg/ml，尤其是在酸性條件下的抑菌效果更為明顯，對大腸桿菌的抑制作用比金黃色葡萄球菌更強(qiáng)。Zhao等[26]對黨參脫硫多糖和含硫多糖的抑菌活性的比較研究中發(fā)現(xiàn)，脫硫多糖的抗菌活性遠(yuǎn)高于含硫多糖，且最小抑菌濃度MIC分別為35 mg/ml和70 mg/ml。潘姝[27]發(fā)現(xiàn)，馬齒莧多糖對酵母菌、醋酸菌、黑曲霉菌和大腸桿菌均有良好的抑制作用，但對上述不同菌的抑菌效果不一樣，對酵母菌的抑制效果最佳，而對大腸桿菌的抑制效果最差。席波等[28]利用濾紙擴(kuò)散法研究了10種微藻粗多糖的抑菌作用，發(fā)現(xiàn)其中海水小球藻的粗多糖提取物的抑菌能力最好，其對革蘭氏陽性菌（藤黃八疊球菌、金黃色葡萄球菌）、革蘭氏陰性菌(大腸桿菌)以及真菌(假絲酵母菌)的抑菌效果顯著，其抑菌圈的大小分別為13.0、8.0、11.0 mm和10.0 mm?？梢?，植物多糖的抑菌作用與其劑量和所針對的菌種有密切關(guān)系。

5 抗病毒活性

大量研究結(jié)果表明植物多糖也具有一定的抗病毒活性。麒麟菜多糖在很低的濃度（1.95 ug/ml）下對HSV-2病毒的抑制率可達(dá)到80%，并發(fā)現(xiàn)該多糖主要通過阻止病毒侵入并干擾病毒對細(xì)胞的粘附而發(fā)揮其抗病毒作用[29]。Takayuki等[30]發(fā)現(xiàn)從綠色海藻（Coccomyxa gloeobotrydiformi）中提取出的酸性多糖能有效抑制甲型流感病毒株H1N1、H2N2和H3N2,其中對H1N1 A/USSR90/77毒株的抑制作用最強(qiáng)，其機(jī)制可能是酸性多糖抑制了甲型流感病毒誘導(dǎo)紅細(xì)胞產(chǎn)生凝集及溶血的作用，并且阻斷流感病毒與宿主細(xì)胞的聯(lián)系，進(jìn)而起到抗病毒的功效。李佩佩等[31]通過薄荷多糖的體外試驗后發(fā)現(xiàn)，薄荷多糖對呼吸道合胞病毒具有較強(qiáng)的抑制作用，其IC50為281.36 μg/ml。周孟清等[32]采用雞胚法和雞群攻毒保護(hù)法測定板藍(lán)根多糖和黃芪多糖對新城疫病毒的抑制效果，發(fā)現(xiàn)上述兩種多糖均有顯著的抑制病毒增殖的作用。夏燕平等[33]的研究證明，50%醇沉卷柏多糖能夠顯著抑制腸道病毒71型（EV71）導(dǎo)致的Vero細(xì)胞病變，盡管50%醇沉卷柏多糖不具有體外直接滅活病毒的作用，但是50%醇沉卷柏多糖對EV71感染Vero細(xì)胞的吸附有顯著抑制作用。植物多糖具有化學(xué)藥品無可比擬的天然性和純凈性，對它的深入研究將有利于天然抗腫瘤藥物的研發(fā)。

6 降血糖、降血脂活性

對于植物多糖具有降血糖和降血脂活性的研究報道已有很多，一般認(rèn)為植物多糖降血糖的機(jī)制主要是改善和修復(fù)胰島細(xì)胞，促進(jìn)胰島素的分泌；而植物多糖降脂作用機(jī)理主要是抑制脂肪酶的活性，減少機(jī)體對脂質(zhì)的吸收及降低脂質(zhì)的利用效率，并通過調(diào)節(jié)血脂代謝，緩解代謝紊亂從而達(dá)到降血脂的效果。Yang等[34]研究發(fā)現(xiàn)玉竹多糖具有降血脂及抗動脈粥樣硬化的生物學(xué)活性，實驗采用兔子作為動脈粥樣碩化模型對照組，研究血液中總膽固醇（TC）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）、脂蛋白α三種成分含量的變化，發(fā)現(xiàn)其確有降低血脂及動脈粥樣硬化的生物學(xué)活性，并且保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受過氧化氫及脂多糖的傷害。程素嬌[35]以鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病小鼠作為實驗動物，研究了烏飯樹樹葉多糖（VBTLP）對血脂的影響，結(jié)果表明，烏飯樹樹葉多糖對STZ糖尿病小鼠具有顯著的降血脂效果，同時發(fā)現(xiàn)高劑量烏飯樹樹葉多糖對小鼠胰島β細(xì)胞結(jié)構(gòu)有明顯的修復(fù)作用，從而改善了胰島細(xì)胞的降血糖功能。Rajalakshmi等[36]報道，以心葉清牛膽甲醇溶劑多糖20 mg/kg體重劑量飼喂患糖尿病的小鼠后發(fā)現(xiàn)這種新型多糖能顯著降低小鼠血液中血糖、甘油三酯和總膽固醇的含量，同時增加血紅蛋白、組織糖原和高密度脂蛋白的含量，并且轉(zhuǎn)運(yùn)載體-4（Glut-4）mRNA在肌肉組織中表達(dá)量顯著升高，促進(jìn)胰島中β細(xì)胞的生成，對血糖的降低起到了至關(guān)重要的作用。郭淑臻[37]研究發(fā)現(xiàn)，灰樹花多糖具有明顯降低糖尿病小鼠血脂的作用，并且在一定范圍內(nèi)隨著灰樹花多糖劑量的增加而降血脂效果明顯增強(qiáng)。趙博等[38]研究表明中國楤木多糖能夠有效降低大鼠的空腹血糖、糖化血紅蛋白、總膽固醇和甘油三酯水平，提高高密度脂蛋白水平；并能有效緩解糖尿病大鼠的血脂紊亂，降低血糖水平、減少糖代謝和脂代謝紊亂并發(fā)癥的產(chǎn)生。

7 其它活性

植物多糖除了具有上述多種生物活性外，還具有其它多種活性。研究人員已經(jīng)證實當(dāng)歸多糖具有抗輻射活性[39]、黑木耳多糖具有體外抗凝血活性[40]、樹舌多糖具有保護(hù)胃黏膜損傷和抗?jié)兓钚訹41]等。隨著研究的不斷深入，植物多糖越來越多的生物活性將會顯現(xiàn)出來。

8 展望

我國非常豐富的植物資源為植物多糖的研究、開發(fā)和應(yīng)用提供了得天獨(dú)厚的條件。植物多糖作為一種天然的生物活性物質(zhì)，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是毒副作用極小或無毒副作用，在醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用前景。在醫(yī)藥方面，可根據(jù)多糖不同的生物學(xué)活性加工成抗腫瘤、降血糖、降血脂、抗病毒等類藥物，目前市場上已有一些植物多糖類藥物（如豬苓多糖注射液同乙肝疫苗結(jié)合治療慢性乙肝），因植物多糖的天然無毒副作用的特點(diǎn)，植物多糖類藥物的開發(fā)利用將會成為一個新的趨勢。在食品方面，植物多糖未來可以作為保健食品，用于增強(qiáng)人體免疫力、延緩衰老或作為治療性食品用于特殊人群。在農(nóng)業(yè)方面，醫(yī)藥和保健食品的開發(fā)利用以及對植物多糖的深入研究都離不開對植物的需求，植物多糖大都從植物的葉子和果實中提取，提高了植物的利用率，隨著需求的增大，將會增加所需植物的種植面積，同時可增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入；而且植物多糖可以用于飼料工業(yè)，研發(fā)飼料用抗生素的替代品，一方面可以消除飼料中添加抗生素帶來的負(fù)面影響，另一方面可以生產(chǎn)安全和高品質(zhì)的動物性食品。盡管對植物多糖的活性研究已取得了很多成就和進(jìn)展，但對其結(jié)構(gòu)鑒定以及作用機(jī)制的研究還很少，大多數(shù)報道只是處于在推測的基礎(chǔ)上，因此對植物多糖高級結(jié)構(gòu)和其作用機(jī)理的研究還有待我們廣大研究工作者繼續(xù)努力。隨著對植物多糖生物活性的深入研究，將會有更多的多糖產(chǎn)品應(yīng)用于我們的健康，服務(wù)于我們的生活。