牛膝多糖的生物學(xué)功能研究進(jìn)展

馬杰 李孟偉 陳清華

摘要：牛膝多糖（ABPS）是從牛膝中提取的具有生物活性的小分子量肽多糖，因其廣泛的生物學(xué)活性受到極大的關(guān)注。研究表明，ABPS能調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化或凋亡，特別是能促進(jìn)免疫細(xì)胞的激活。同時(shí)，ABPS還具有抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、增強(qiáng)免疫、降血糖、抵抗衰老等多種生物學(xué)功能。本文主要從ABPS的理化性質(zhì)、生物學(xué)功能等方面進(jìn)行概述，為ABPS的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：牛膝多糖：生物學(xué)功能：研究進(jìn)展

多糖（ Polysaccharide）是由單糖分子組成的高分子化合物，目前人們發(fā)現(xiàn)的多糖種類(lèi)有300多種，它們廣泛存在于動(dòng)植物和微生物組織中。多糖作為一類(lèi)重要的生物活性大分子，在生物體內(nèi)具有重要的生物功能，如支持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和作為能量?jī)?chǔ)存物質(zhì)，此外還具有信息存儲(chǔ)、傳遞以及信號(hào)感受的重要生物功能。近年來(lái)，人們對(duì)以牛膝多糖（Achyranthes bidentata polysaccharide，ABPS）、黃芪多糖（Astragalus polysaccharide，APS）及白術(shù)多糖（polysaccharide of Atractylismacroceohala koidz，PAM）等為代表的水溶性植物性多糖的研究日益深入，發(fā)現(xiàn)它們具有抗炎癥、抗氧化、保護(hù)肝腎、調(diào)節(jié)血糖以及增強(qiáng)免疫等多種作用。大量研究和實(shí)踐證明，ABPS能夠提高機(jī)體免疫力，改善仔豬腸道發(fā)育狀況，維護(hù)和發(fā)揮腸道功能，提高仔豬的生長(zhǎng)性能和健康水平，減少經(jīng)濟(jì)損失。ABPS因其具有免疫調(diào)節(jié)活性，又無(wú)毒、不產(chǎn)生抗藥性，而成為動(dòng)物生產(chǎn)上極具前途的替代抗生素的綠色添加劑。

1 牛膝多糖的理化性質(zhì)

ABPS是牛膝根部經(jīng)過(guò)干燥、粉碎，而后經(jīng)過(guò)乙醇處理、沸水處理等一系列步驟可以得到初步的褐色物質(zhì)，進(jìn)一步純化后可得到無(wú)色的粉末。早在90年代，對(duì)牛膝多糖粉末進(jìn)行化學(xué)成分分析結(jié)果表明，ABPS是主要由多糖和肽組成的肽多糖。D-葡萄糖酸、D-半乳糖酸、D-半乳糖、L-鼠李糖以及L-阿拉伯糖是其主要的糖類(lèi)成分，谷氨酸、甘氨酸、絲氨酸和門(mén)冬氨酸是主要的氨基酸成分。后來(lái)，ABPS的理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)都得到了確證，且被鑒定為禾本科型果聚糖。研究表明，牛膝多糖由葡萄糖和果糖（比例為8：1）組成，其糖鏈結(jié)構(gòu)中同時(shí)還有1，2-連接和2，6-連接的兩種果糖殘基。同時(shí)，ABPS也可使用化學(xué)方法拆分為多糖組分、甾酮組分以及脂肪油組分等，這些組分具有是具有完整的生物活性，如多糖組分、甾酮組分具有免疫活性，并且這些組分之間基本不交叉。隨著技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)ABPS的成分研究將會(huì)更加的細(xì)致和深入。

2牛膝多糖的生物學(xué)功能

近年來(lái)，ABPS以其廣泛的生物學(xué)活性受到了極大的關(guān)注。研究表明，ABPS能調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化或凋亡，特別是能促進(jìn)免疫細(xì)胞的激活。同時(shí)，ABPS還具有抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、增強(qiáng)免疫、降血糖、抵抗衰老等多種生物學(xué)功能。 2.1牛膝多糖對(duì)細(xì)胞增殖的影響 自90年代起，從牛膝中分離牛膝多糖的技術(shù)愈發(fā)完善，這也為ABPS的進(jìn)一步深入的研究創(chuàng)造了良好的條件;此后人們?cè)诩?xì)胞水平上對(duì)牛膝多糖進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。大量報(bào)道顯示ABPS能促進(jìn)豬、牛、雞、小鼠樹(shù)突細(xì)胞等細(xì)胞的增殖。Yu等報(bào)道，在細(xì)胞培養(yǎng)體系中添加適宜濃度的ABPS能夠顯著促進(jìn)源單核巨噬細(xì)胞的增殖，而且顯著上調(diào)細(xì)胞周期蛋白（cyclin）Dl、細(xì)胞周期素依賴性激酶4（CDK4）、CDK6等的表達(dá)，表明ABPS是通過(guò)提高細(xì)胞G1期和S期的比例來(lái)加速細(xì)胞增殖的;進(jìn)一步研究表明，ABPS是通過(guò)影響Wnt/-catenin信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的。同時(shí)，ABPS也能調(diào)節(jié)細(xì)胞的凋亡，如通過(guò)促進(jìn)軟骨細(xì)胞Ⅱ型膠原的表達(dá)，抑制大鼠軟骨細(xì)胞的凋亡、減少大鼠糖尿病模型的視網(wǎng)膜、腦組織和腎組織等的細(xì)胞凋亡，促進(jìn)人肝癌細(xì)胞、肺腺癌細(xì)胞系的凋亡。

ABPS在免疫細(xì)胞上的作用備受重視。周智東等報(bào)道ABPS能顯著加強(qiáng)DC+CIK細(xì)胞對(duì)對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞株SW480的殺傷活性，原因是ABPS能促進(jìn)IL-12、TNF-α的分泌。Zou等報(bào)道，ABPS能夠促進(jìn)樹(shù)突細(xì)胞的活化是通過(guò)促進(jìn)CD86，CD40，and MHC Ⅱ等的表達(dá)，IL-12的分泌和抑制樹(shù)突狀細(xì)胞酸性酶的分泌等實(shí)現(xiàn)的。

2.2牛膝多糖的免疫調(diào)節(jié)功能

大量研究報(bào)道證明，ABPS具有增強(qiáng)免疫、抵抗炎癥等功能。一方面，在細(xì)胞水平上ABPS能夠增強(qiáng)免疫細(xì)胞的增殖、活化和成熟，并且調(diào)控細(xì)胞因子等的表達(dá)。如牛膝多糖通過(guò)增強(qiáng)共刺激信號(hào)分子（如CD80、CD86等）、MHC Ⅰ和Ⅱ類(lèi)分子和CXC趨化因子受體4和7等途徑增強(qiáng)了小鼠脾臟提取的樹(shù)突狀細(xì)胞的成熟與遷移。另一方面，ABPS也能調(diào)節(jié)魚(yú)類(lèi)和哺乳動(dòng)物（如小鼠、大鼠、豬等）的免疫功能，如增強(qiáng)免疫器官的發(fā)育、調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞因子的表達(dá)和調(diào)控信號(hào)通道等，并且主要表現(xiàn)為增強(qiáng)免疫的功能。如鄒云等報(bào)道，在仔豬飼料中添加0.08%的牛膝多糖可以促進(jìn)仔豬免疫器官的發(fā)育，提高淋巴結(jié)指數(shù)和脾臟指數(shù)，提高補(bǔ)體的水平，增加血液中免疫球蛋白的含量等;同時(shí)，ABPS通過(guò)提高仔豬外周血IL-lbeta、IL-2、TNG-alpha和IFN-gamma等細(xì)胞因子的水平以及淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率等發(fā)揮其調(diào)控機(jī)體免疫的作用。崔維等研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加ABPS顯著提高了免疫抑制小鼠模型中脾臟和胸腺的質(zhì)量，提高了淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率。Zhu等報(bào)道，在約氏瘧原蟲(chóng)17XL感染的小鼠模型上，ABPS預(yù)處理的小鼠存活時(shí)間顯著增加，而且ABPS通過(guò)調(diào)節(jié)增加免疫細(xì)胞的數(shù)量（如樹(shù)突狀細(xì)胞）和調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)等選擇性的增強(qiáng)了TH1細(xì)胞的免疫反應(yīng)。王小娜等報(bào)道在草魚(yú)的基礎(chǔ)飼料中添加0.20% ABPS可顯著提高草魚(yú)的生產(chǎn)性能并改善其免疫功能。

2.3牛膝多糖的抗腫瘤作用

腫瘤是非正常生長(zhǎng)的組織，其形成的原因是一系列致癌因子導(dǎo)致的細(xì)胞分裂的失調(diào)，致使形成增生性的組織。在腹水型肝癌小鼠模型中，ABPS對(duì)肝癌小鼠模型H22的抑瘤率高達(dá)58.82%，且低劑量組（400mg/kg）顯著高于其他組。ABPS的抗腫瘤作用的基礎(chǔ)之一是對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的抑制作用。宗燦華等報(bào)道ABPS能夠抑制肝癌細(xì)胞BEL-7402的增殖并促進(jìn)其凋亡，其中的機(jī)制基礎(chǔ)可能是牛膝多糖上調(diào)Caspase-3蛋白的表達(dá)。ABPS抗腫瘤作用的另一基礎(chǔ)是免疫調(diào)節(jié)活性，陳文娜等[15]報(bào)道顯示在人工構(gòu)建的MCF-7乳腺癌細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞共同培養(yǎng)所構(gòu)成的腫瘤微環(huán)境中，ABPS能夠促進(jìn)樹(shù)突狀細(xì)胞相關(guān)免疫因子的表達(dá)和激活JAK/STAT3信號(hào)通路等途徑糾正改環(huán)境下的免疫缺陷，并且能有效激活細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞。有趣的是，在C57BU6小鼠肺癌模型中，低劑量的ABPS添加會(huì)抑制小鼠Lewis肺癌腫瘤的生長(zhǎng)，而高劑量卻表現(xiàn)出促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng);其機(jī)制是低劑量的ABPS通過(guò)抑制擾亂腫瘤細(xì)胞周期而不是增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞的活性達(dá)到抵抗腫瘤的效果，高劑量ABPS則通過(guò)擾亂了自然殺傷細(xì)胞活性，上調(diào)IL-6和TNF-alpha的表達(dá)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)。這說(shuō)明ABPS的對(duì)腫瘤的調(diào)節(jié)作用是與其劑量相關(guān)的。

2.4牛膝多糖的抗病毒作用

病毒是只在其他生物體活細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的致病原，只有侵入細(xì)胞的病毒才能夠存活并繁殖。板藍(lán)根多糖、APS、ABPS等多種植物性多糖均具有良好的抗病毒功能。一方面這些多糖能通過(guò)阻斷病毒的吸附、入侵、增殖等抵抗病毒，另一方面，它們能通過(guò)增強(qiáng)細(xì)胞或機(jī)體免疫功能來(lái)抵御病毒。實(shí)驗(yàn)表明ABPS對(duì)新城疫病毒感染雞胚成纖維細(xì)胞具有明顯的抑制作用;而且在用滅活的禽流感疫苗對(duì)雛雞進(jìn)行免疫時(shí)，輔以牛膝多糖ABPS在一定程度上增強(qiáng)了雞的免疫器官指數(shù)與禽流感血凝抑制抗體滴度，可見(jiàn)ABPS可以作為良好的疫苗佐劑。

2.5牛膝多糖的抗氧化作用

氧化生理過(guò)程是細(xì)胞或機(jī)體的一系列產(chǎn)生自由基的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致可能對(duì)細(xì)胞或機(jī)體造成危害的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，而抗氧化物質(zhì)如維生素C或硫醇等可以抑制或終止這一鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。多糖因其具有提高體內(nèi)抗氧化酶活性和增強(qiáng)清除自由基能力等作用而具有廣泛的抗氧化作用。唐靜等報(bào)道顯示，ABPS具有在一定程度上清除活性氧和增強(qiáng)小鼠機(jī)體抗氧化的功能，給D-galactose致衰老模型每天皮下注射300mg/kg劑量的牛膝多糖能夠顯著提高小鼠體內(nèi)抗氧化物質(zhì)的活性和總抗氧化能力。王菊平等報(bào)道，細(xì)胞培養(yǎng)基中添加10%與15%的ABPS對(duì)暴露于過(guò)氧化氫環(huán)境中的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞也具體保護(hù)作用，如改善了細(xì)胞形態(tài)，降低乳酸脫氫酶、內(nèi)皮素-1，升高組織型纖溶酶原激活物和一氧化氮等。另外，ABPS不僅在哺乳動(dòng)物細(xì)胞或組織中具有良好的抗氧化作用.而且也能增強(qiáng)草魚(yú)的抗氧化能力。

機(jī)體內(nèi)天然和固有的活性氧成分是導(dǎo)致衰老的重要非直接因素，活性氧和抗氧化物的平衡是調(diào)節(jié)機(jī)體衰老機(jī)制的兩個(gè)的重要方面。ABPS能通過(guò)抑制非酶促的糖基化作用改善小鼠衰老模型中的相關(guān)癥狀和指標(biāo)。在半乳糖致衰老小鼠模型中，皮下注射牛膝多糖不僅提高了腦組織和肝臟組織的抗氧化水平，而且還減緩甚至阻斷了直接的過(guò)度氧化，在一定程度上起到了延緩衰老的作用。在另一個(gè)使用同樣模型的實(shí)驗(yàn)中，ABPS灌胃同樣顯著增高了小鼠心、肝和腦組織的總抗氧化能力、清除超氧陰離子和羥自由基的能力，提高了多種抗氧化酶的活性，預(yù)示ABPS具備比維生素C相當(dāng)甚至更強(qiáng)的抗氧化活性。

2.6牛膝多糖的血糖調(diào)節(jié)功能

ABPS具有重要的降血糖作用，在治療糖尿病及其并發(fā)癥上有著相當(dāng)?shù)那熬啊?bào)道顯示ABPS可顯著降低顯著降低四氧嘧啶及腎上腺素模型小鼠的血糖含量，并提高肝糖原的含量，同時(shí)ABPS對(duì)H₂O₂誘導(dǎo)的HUVEC損傷具有顯著地保護(hù)作用。ABPS能顯著改善二型糖尿病大鼠模型的臨床癥狀，如空腹血糖、空腹胰島素和胰島素抵抗指數(shù)等，其機(jī)制有可能是ABPS通過(guò)在mRNA水平和蛋白水平抑制大鼠脂肪分化相關(guān)蛋白的表達(dá)降低了胰島素抵抗效應(yīng)。ABPS的衍生物似乎具有更優(yōu)秀的降血糖作用，金麗琴等對(duì)比了ABPS、牛膝多糖的硫酸酯與磷酸酯衍生物三者之間的調(diào)節(jié)糖尿病大鼠的血糖的能力，發(fā)現(xiàn)牛膝多糖的硫酸紙衍生物不僅能夠降低血糖，而且還對(duì)胰島B細(xì)胞，腎功能有一定的修復(fù)和保護(hù)作用。

2.7牛膝多糖的其他作用

自古以來(lái)，牛膝被認(rèn)為具有活血通絡(luò)的作用。現(xiàn)代研究表明，其機(jī)制可能是ABPS具有夠延長(zhǎng)凝血時(shí)間和凝血酶原時(shí)間的功能。據(jù)鄒來(lái)勇等報(bào)道，在家兔Hulth模型中，給予兔口服ABPS能降低血液的血細(xì)胞比容、血漿黏度、全血黏度、血沉值和纖維蛋白原等，并且還增加紅細(xì)胞電泳率，預(yù)示ABPS可通過(guò)調(diào)節(jié)血液循環(huán)，進(jìn)而達(dá)到活血通絡(luò)的作用的效果。

ABPS還具有補(bǔ)肝強(qiáng)腎的功效。徐曉燕等報(bào)道，給卡介苗和脂多糖誘導(dǎo)的免疫性肝損傷模型注射150和300 mg/kg的ABPS可顯著降低血清和肝臟中的丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和丙二醛的水平，有效增強(qiáng)超氧歧化酶（SOD）的活性降低脾臟和胸腺質(zhì)量指數(shù)，預(yù)示ABPS對(duì)肝損傷有一定的保護(hù)作用。懷牛膝多糖具有防止糖尿病腎病之功效，其機(jī)制是通過(guò)調(diào)節(jié)p53、mdm2基因表達(dá)量保護(hù)腎臟功能。

3小結(jié)

抗生素的濫用不僅損害動(dòng)物的健康，而且嚴(yán)重威脅到了人類(lèi)健康，因此研發(fā)替代抗生素的產(chǎn)品成為一種趨勢(shì)。天然植物提取物尤其是ABPS的研究證明其在替代抗生素發(fā)面具有天然優(yōu)勢(shì)。在已有研究結(jié)果基礎(chǔ)上，若能從分子水平深入揭示ABPS調(diào)節(jié)免疫功能的機(jī)制，則能更好的為ABPS在動(dòng)物生產(chǎn)、食品營(yíng)養(yǎng)、醫(yī)學(xué)保健領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)（略）