中藥寡糖生物活性及炮制過程中化學(xué)反應(yīng)研究概況

王佳++魏曉峰++任曉航++李祥溦++史輯

摘要：中藥寡糖來源及分布廣泛，以其特殊的生物活性和化學(xué)性質(zhì)，在營養(yǎng)保健、疾病防治等方面有巨大潛力，其成分研究逐漸增多，并不斷拓展研究及應(yīng)用范圍。中藥寡糖可通過天然提取、降解和人工合成方法獲取，其中以層析法為代表的天然提取方法最為適用。中藥寡糖具有不同的基團(tuán)和連接方式，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在炮制過程中也有不同化學(xué)反應(yīng)。本文從中藥寡糖的分離、生物活性及炮制過程中化學(xué)反應(yīng)等方面綜述該領(lǐng)域研究概況。

關(guān)鍵詞：寡糖；分離；生物活性；化學(xué)性質(zhì) ；綜述

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2018.01.030

中圖分類號(hào)：R285.5；R283.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5304（2018）01-0128-04

Research Overview of Biological Activity and Chemical Reactions in Process of Oligosaccharides of TCM

WANG Jia1， WEI Xiao-feng2， REN Xiao-hang2， LI Xiang-wei3， SHI Ji1，2，3

1. School of Pharmacy， Liaoning University of Traditional Chinese Medicine， Dalian 116600， China；

2. Key Laboratory of Analysis of Processing Principle， State Administration of Tradition Chinese Medicine，

Dalian 116600， China；

3. Liaoning Research Center of Traditional Chinese Medicine Processing Engineering， Dalian 116600， China

Abstract： The origin and distribution of oligosaccharides of TCM are extensive， and its special biological activity and chemical properties have great potential in health preserving and disease prevention and treatment. The researches about its components are increasing， and its research and application are expanded. Oligosaccharides of TCM can be obtained by natural extraction， degradation and artificial synthesis. Among them， the natural extraction method is the most suitable for chromatography. The oligosaccharides of TCM have different groups and connections， and the structure is complex， with different chemical reactions in the process. This article reviewed the research overview of oligosaccharides of TCM from the aspects of separation， biological activity and chemical reactions in the process.

Keywords： oligosaccharide； separation； biological activity； chemical properties； review

近年來，隨著國家對(duì)中醫(yī)中藥的傳承與發(fā)展，對(duì)中藥材研究逐漸增多，多種中藥材特殊活性成分逐漸被發(fā)現(xiàn)，寡糖就是其中之一。寡糖由2～10個(gè)單糖分子通過脫水縮合形成糖苷鍵連接而成，屬于碳水化合物，又被稱為低聚糖，寡糖是生物體內(nèi)重要的一種信

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（81473350）；國家自然科學(xué)基金青年基金（81001635）

通訊作者：史輯，E-mail：lnshiji@163.com

息類物質(zhì)。中藥寡糖特殊生物活性和自身化學(xué)性質(zhì)已引起了高度關(guān)注，尤其是在營養(yǎng)保健、疾病防治方面有巨大潛力，其發(fā)現(xiàn)和分離的相關(guān)研究極大推動(dòng)了中藥寡糖領(lǐng)域研究進(jìn)展，并不斷拓展其應(yīng)用范圍。茲從中藥寡糖的分離、生物活性及炮制過程中化學(xué)反應(yīng)等方面綜述該領(lǐng)域研究概況。

1 分離

中藥寡糖類混合成分很難得到分離提取，其主要原因是寡糖本身包含了很多結(jié)構(gòu)相似的化學(xué)成分，具有多種可能的異構(gòu)體，基團(tuán)分子之間的多種連接形式和分支方式也造成其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。寡糖類物質(zhì)在植物來源的中藥中含量較大，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分離相對(duì)困難，可得到的單一組分極少。目前，中藥寡糖類成分分離的方法主要有硅膠薄層柱層析法、活性炭柱層析法、離子交換樹脂柱層析法及葡聚糖凝膠層析法。其中硅膠薄層柱層析法為分離寡糖最常用手段[1]。除上述幾種常用方法外，還有很多分離技術(shù)也在實(shí)際操作中得以使用，如紙色譜、紙電泳等技術(shù)。

由于中藥寡糖的糖鏈結(jié)構(gòu)不同，基團(tuán)連接方式不同，分支結(jié)構(gòu)不同，以致分離寡糖樣品的性質(zhì)也不盡相同，選擇的分離方法也各不相同，可以單獨(dú)使用某種分離方法，也可以2種分離方法聯(lián)合使用，以達(dá)到較好分離效果。endprint

2 生物活性

寡糖類成分不僅是中藥材重要的信息物質(zhì)，同時(shí)在臨床試驗(yàn)方面也起到較大作用。大量研究表明，寡糖類成分除其綴合物起作用外，很多寡糖自身也有著重要且特殊的生物活性，有的能激活植物自我防衛(wèi)系統(tǒng)，有的能抑制癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移、抑制血糖升高、抗抑郁、降血糖、抗腫瘤、保護(hù)心肌等[2-4]。

2.1 抗抑郁

近年研究著重從中藥來源植物中提取有效化學(xué)成分治療抑郁癥。

研究表明，許多含寡糖類成分的中藥材都具有抗抑郁的生物活性，如寡糖成分占50%的巴戟天。巴戟天寡糖可選擇性與5-HT1A受體親和，強(qiáng)化神經(jīng)元信號(hào)轉(zhuǎn)到通路功能，保護(hù)神經(jīng)元，從而表現(xiàn)出抗抑郁活性[5]。巴戟天寡糖不僅能改善抑郁模型大鼠糖水偏愛、強(qiáng)迫游泳不動(dòng)時(shí)間等行為學(xué)表現(xiàn)，還可促進(jìn)其海馬齒狀回的神經(jīng)細(xì)胞的再生等抗抑郁作用。鄒連勇等[6]在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，巴戟天寡糖能夠顯著促進(jìn)成年小鼠海馬神經(jīng)細(xì)胞的再生，使其具有可塑性，從而達(dá)到抗抑郁的作用。

2.2 調(diào)節(jié)血糖

中藥寡糖類物質(zhì)具有明顯的調(diào)節(jié)血糖作用[7]，其機(jī)制為改善胰島B細(xì)胞功能、增強(qiáng)胰島素敏感性、抑制葡萄糖吸收、提高抗氧化活性。

地黃能治療2型糖尿病的主要原因是含有大量的寡糖成分，通過抑制肝葡萄糖-6-磷酸酶的活性，促進(jìn)胰島素分泌，增加肝糖原合成，達(dá)到降血糖作用[8]。寡糖在中藥來源植物中大量存在，價(jià)廉易得，水溶性良好又無免疫原性，在生物體內(nèi)可自行降解，無不良反應(yīng)，作為糖尿病患者的口服治療制劑，具有較好前景。

2.3 對(duì)免疫系統(tǒng)的影響

寡糖作為中藥多糖降解后的產(chǎn)物，具有免疫調(diào)節(jié)功能，不僅可以通過不同途徑調(diào)節(jié)、提高免疫能力，而且可與免疫活性細(xì)胞的糖受體結(jié)合，釋放細(xì)胞因子和激素，活化下游的效應(yīng)細(xì)胞，提高抗氧化能力、增長細(xì)胞周期、防止細(xì)胞凋亡[9]。

研究發(fā)現(xiàn)，巴戟天寡糖口服能明顯促進(jìn)正常小鼠脾細(xì)胞增殖，增強(qiáng)脾細(xì)胞抗體形成[10]，同時(shí)還可提高體外培養(yǎng)的小鼠脾細(xì)胞對(duì)刀豆蛋白A的反應(yīng)性，促進(jìn)淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化與增殖，促進(jìn)脾細(xì)胞白細(xì)胞介素-2和干擾素-γ的分泌，從而增強(qiáng)細(xì)胞免疫[11]。

2.4 對(duì)心血管系統(tǒng)的影響

人體心肌缺血再灌注損傷時(shí)，氧自由基的生成增多，清除自由基的能力降低，造成心肌組織中自由基大量蓄積，其與細(xì)胞膜內(nèi)的多價(jià)不飽和脂肪酸結(jié)合，生成丙二醛，進(jìn)一步激活生物脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，使膜的流動(dòng)性和通透性發(fā)生改變，造成膜的功能障礙，引起心肌組織嚴(yán)重?fù)p傷[12]。

中藥寡糖類成分可直接或間接促進(jìn)造血干細(xì)胞的增殖和分化，從而治療心血管疾病。趙勝等[13]發(fā)現(xiàn)巴戟天對(duì)大鼠心肌缺血再灌注損傷有保護(hù)作用，其主要原因是降低了脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及其有害代謝產(chǎn)物對(duì)心肌細(xì)胞等膜結(jié)構(gòu)的損害，維持細(xì)胞膜正常通透性，從而防治心肌缺血再灌注損傷。張賀鳴等[14]體外培養(yǎng)心肌細(xì)胞建立缺氧復(fù)氧損傷模型時(shí)，發(fā)現(xiàn)巴戟天對(duì)缺血再灌注損傷的心肌細(xì)胞具有直接保護(hù)作用，能增加一氧化氮含量，提高超氧化物歧化酶、乳酸脫氫酶活性，起到抗缺氧復(fù)氧損傷、保護(hù)心肌的作用。

此外，中藥寡糖類成分在其他疾病防治方面也有良好療效，如抗休克、保護(hù)胃腸道、抗過敏、抗感染、抗氧化等[15-16]。

3 炮制過程中的化學(xué)反應(yīng)

中藥寡糖有很多種連接方式，糖基與糖基、糖基與糖苷之間不同的連接方式可形成不同的異構(gòu)體，每種中藥寡糖成分都不是單一的，均含有2種或多種寡糖類成分。中藥寡糖因其不同的基團(tuán)和連接方式而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)在炮制的過程中也會(huì)發(fā)生多種化學(xué)變化。

3.1 梅拉德反應(yīng)

梅拉德反應(yīng)是羰基和氨基化合物之間發(fā)生的非酶促反應(yīng)，也叫羰氨反應(yīng)。梅拉德反應(yīng)中產(chǎn)物繁多，代表性產(chǎn)物為5-羥甲基糠醛。梅拉德反應(yīng)是葡萄糖和氨基酸或蛋白質(zhì)中的自由氨基之間縮合生成席夫堿，席夫堿經(jīng)過重排形成重排產(chǎn)物，接著重排產(chǎn)物會(huì)根據(jù)pH值的不同發(fā)生一定降解[17]。由于寡糖類是多羥基醛和多羥基酮類的衍生物或聚合物，因此梅拉德反應(yīng)是中藥寡糖化合物最為重要的化學(xué)變化。

狗脊的化學(xué)成分中40%以上是寡糖類成分，在其炮制品中分離得到了生品中未檢測(cè)到的γ-吡喃酮和糠醛類成分，表明狗脊中糖類成分經(jīng)過梅拉德反應(yīng)，以及其他后續(xù)一系列反應(yīng)產(chǎn)生了γ-吡喃酮和糠醛類成分[18]。結(jié)果表明，何首烏在其炮制加熱的過程中檢測(cè)到了2種新的成分：5-羥基麥芽酚和5-羥甲基糠醛[19]。進(jìn)一步研究表明，何首烏中的糖類和氨基酸類成分使何首烏在炮制過程發(fā)生了梅拉德反應(yīng)從而產(chǎn)生了生品中未檢測(cè)的新成分[20]。

杜芹芹等[21]研究發(fā)現(xiàn)，紅參在蒸制過程階段，其所含的淀粉和多糖類物質(zhì)多會(huì)發(fā)生水解，生成麥芽糖或其他還原糖為梅拉德反應(yīng)提供了羰基底物，氨基酸類中精氨酸為其提供了氨基底物，從而通過梅拉德反應(yīng)產(chǎn)生麥芽酚及精氨酸雙糖苷等成分，使紅參具有特殊的顏色及香味。而紅參梅拉德反應(yīng)的產(chǎn)物本身還具有良好的生物活性。

3.2 水解反應(yīng)

水解反應(yīng)是大部分中藥在炮制過程中重要的化學(xué)反應(yīng)之一，尤其是糖類物質(zhì)的水解。由于糖的水解，含有糖類成分較多的中藥中糖的含量會(huì)隨炮制程度加深而逐漸降低，分解成低聚糖甚至是單糖。

糖類是地黃根莖主要的化學(xué)成分，生品含有16%左右的糖類成分，生地黃經(jīng)過炮制后糖類成分降為3%左右。其原因可能是，地黃在蒸制過程中糖類成分發(fā)生了水解反應(yīng)，部分寡糖成分水解為低聚糖和單糖。鮮地黃在炮制過程中，寡糖類成分不穩(wěn)定，水蘇糖發(fā)生了脫半乳糖反應(yīng)，寡糖含量減低，單糖含量升高[22]。

3.3 焦糖化反應(yīng)

焦糖化一般發(fā)生在非酶褐變的反應(yīng)中，且與梅拉德反應(yīng)一起發(fā)生。焦糖化反應(yīng)是糖類成分在無氨基化合物存在的情況下，經(jīng)直接加熱發(fā)生的脫水以及熱分解反應(yīng)，加熱溫度一般需要140～170 ℃或更高。反應(yīng)體系酸度提高還可加快反應(yīng)速率。酸性條件下，單糖可生成類黑精色素；堿性條件下，單糖可生成糖類小分子物質(zhì)，再經(jīng)過聚合可生成黑褐色物質(zhì)。焦糖化反應(yīng)中，糖在強(qiáng)熱條件下脫水形成的焦糖是一種膠態(tài)物質(zhì)，具有抗氧化及抑制酶促褐變、致染色體畸形等作用[23]。endprint

山茱萸炮制前后顏色會(huì)發(fā)生明顯變化，山茱萸未炮制時(shí)為紅色，炮制后為紫黑色[24]，環(huán)烯醚萜苷易水解和氧化可能是顏色變深的原因之一，條件不同產(chǎn)生的顏色變化也不盡相同，還有可能是產(chǎn)生了類黑素，發(fā)生了梅拉德反應(yīng)[25]。五味子中除糖類成分外還含有大量的有機(jī)酸類成分，五味子蒸制過程發(fā)生的梅拉德反應(yīng)和焦糖化作用，使五味子由炮制前紅色變成炮制后深黑色[26-27]。

寡糖有多種異構(gòu)體形式及復(fù)雜的連接方式和分支結(jié)構(gòu)，對(duì)其成分的研究尚未深入。目前，中藥來源植物中寡糖類成分研究僅限于巴戟天、地黃、牛蒡等，相對(duì)其他科屬以植物來源居多的中藥資源來說，中藥寡糖研究仍需繼續(xù)深入，從提取、分離以及更多生物活性、藥理作用機(jī)制等方面，進(jìn)行更加全面、系統(tǒng)化的研究。

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（收稿日期：2017-03-08）

（修回日期：2017-03-24；編輯：向宇雁）endprint