石斛多糖的構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

劉袆帆，郭爍璇，林映妤，吳暉，賴富饒，劉建高，李忠良，任洪，鐘玉鳴，馬路凱

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院，廣東廣州 510000）（2.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州510640）（3.廣州希望飼料有限公司，廣東廣州 510000）

石斛是蘭科石斛屬植物，分布地域廣泛，包括印度、尼泊爾、錫金、越南、中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)。石斛屬現(xiàn)有1500余個(gè)品種，我國(guó)發(fā)現(xiàn)的石斛有78種，其中有將近40種具有藥用價(jià)值[1]。石斛含多種功能成分，其中多糖含量較高，含量范圍在9.90%[2]～48.60%[3]區(qū)間內(nèi)，是石斛藥理學(xué)活性的主要作用因子[4]。目前，對(duì)于石斛多糖的研究主要集中在霍山石斛、鐵皮石斛、兜唇石斛等品種，其中霍山石斛的多糖含量高達(dá)19.90%[2]，鐵皮石斛的多糖含量高達(dá)36.30%[5]，兜唇石斛的多糖含量高達(dá)37.95%[6]。據(jù)報(bào)道，石斛活性的強(qiáng)弱與多糖含量有關(guān)[7]。

石斛多糖，是一種聚合糖高分子碳水化合物，從一級(jí)到四級(jí)結(jié)構(gòu)豐富多變，空間構(gòu)型十分復(fù)雜。不同品種、來(lái)源的石斛所提取的多糖結(jié)構(gòu)存在較大差異。首先，石斛多糖的分子量跨度大，從11.60 u到9519.00 ku不等；其次，石斛多糖的單糖組成與相對(duì)豐度也有很大差異；再次，其單糖的連接方式及空間結(jié)構(gòu)變化繁多，常見(jiàn)的糖苷鍵類(lèi)型包括β-(1→4)和α-(1→4)糖苷鍵。此外，在石斛多糖的骨架上往往附有乙?；蛘哌B接有分支鏈等其他結(jié)構(gòu)。石斛多糖是一種活性多糖，功能多樣，具有抗氧化[6]、調(diào)節(jié)免疫[8]、抗糖尿病[9]、抗衰老[10]、抗腫瘤[11]等多種功能。

多糖結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，因此研究多糖與功能間的構(gòu)效關(guān)系十分必要，對(duì)預(yù)測(cè)多糖功能有重要的意義。然而現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)多糖構(gòu)效關(guān)系的研究進(jìn)展緩慢，因此本研究擬以石斛多糖為例，對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)分析，重點(diǎn)關(guān)注石斛多糖結(jié)構(gòu)與功能的相互作用關(guān)系，從而探究石斛多糖結(jié)構(gòu)與其功能之間的聯(lián)系，為預(yù)測(cè)不同結(jié)構(gòu)石斛多糖活性的定性與定量關(guān)系提供理論基礎(chǔ)。

1 石斛多糖結(jié)構(gòu)

1.1 單糖組成

單糖分子是多糖的基礎(chǔ)組成部分，經(jīng)過(guò)縮合、失水形成多糖。目前關(guān)于石斛多糖的單糖組成的研究數(shù)據(jù)較為豐富，本文整理了近年來(lái)學(xué)者所研究的113種石斛多糖，發(fā)現(xiàn)不同石斛多糖的單糖組成差異較大，具體表現(xiàn)在相對(duì)含量差距較大（表1），如葡萄糖最高相對(duì)含量能達(dá)到670.20[1]，但最低的僅為0.01[4]。

石斛多糖主要包括甘露糖、葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖、核糖、半乳糖、木糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸及果糖在內(nèi)的10種單糖，這些單糖在113種多糖中被檢測(cè)到的頻率分別為：105:111:42:51:3:90:34:6:9:3（圖1）。在113種多糖的單糖組成分析中，90.00%以上的多糖其單糖組成都能檢測(cè)到葡萄糖和甘露糖；79.50%的多糖檢測(cè)到有半乳糖的存在；45.10%的多糖檢測(cè)到阿拉伯糖；37.20%的多糖可以檢測(cè)到鼠李糖，30.00%的多糖檢測(cè)到木糖；但檢測(cè)得到核糖、半乳糖醛酸[4,14,34,35,37,39,41,48]、葡萄糖醛酸[10,18,26,51]和果糖只存在于極少數(shù)的多糖。根據(jù)初步分析可知，多糖的單糖組成以葡萄糖、甘露糖為主，半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖也是常見(jiàn)組分。

圖1 文獻(xiàn)中石斛多糖中單糖數(shù)量的組成圖Fig.1 Composition of monosaccharides in Dendrobium polysaccharides in literature

在單糖組成與活性的聯(lián)系中，研究發(fā)現(xiàn)，多糖的功能活性與其單糖組成具有直接與間接的聯(lián)系。SóniaS. Ferreira[70]等研究表明，多糖的免疫刺激活性與單糖有關(guān)。在 ZhimingLi[71]等建立的多糖定量結(jié)構(gòu)活性關(guān)系模型中，發(fā)現(xiàn)具有顯著的抗氧化活性的多糖富含半乳糖醛酸，并且多糖抗氧化活性受到阿拉伯糖的影響。AoXueLuo[46]等的研究也提出多糖的強(qiáng)氧化性與鼠李糖的含量可能有關(guān)。由以上結(jié)果可以推斷石斛多糖的功能活性可能受單糖種類(lèi)的影響，包括糖醛酸、阿拉伯糖以及鼠李糖等。而石斛多糖的功能活性的高低與單糖的相對(duì)含量的高低有關(guān)，這可能是尋找石斛多糖活性的定性與定量關(guān)系的突破口。

表1 石斛多糖的單糖組成與相對(duì)含量Table 1 Monosaccharide composition and relative content of Dendrobium polysaccharides

DOP-GY 1.00 2.13 0.00 0.00 0.00 1.34 0.00 0.00 0.00 0.00 [15]TWSP 223.00 28.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [16]DOP(3) 0.03 0.01 0.06 0.00 0.03 0.01 0.03 0.03 0.00 0.00 [12]DOP(4) 3.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [17]S32 0.00 8.50 3.90 8.90 0.00 3.70 62.70 12.30 0.00 0.00 [18]DOP(5) 1.00 1.38 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [19]DOPS 5.55 1.00 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [20]DOP30 4.99 1.00 0.05 0.00 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 [21]DOP40 6.36 1.00 0.03 0.00 0.00 0.09 0.00 0.00 0.00 0.00 [21]DOP50 8.85 1.00 0.06 0.00 0.00 0.21 0.00 0.00 0.00 0.00 [21]DOP60 9.47 1.00 0.09 0.29 0.00 0.65 0.00 0.00 0.00 0.00 [21]DOP70 7.86 1.00 0.21 0.56 0.00 0.73 0.86 0.00 0.00 0.00 [21]DOP80 7.13 1.00 0.13 0.44 0.00 0.39 0.45 0.00 0.00 0.00 [21]DG2 1.90 2.80 0.00 1.00 0.00 4.30 0.00 0.00 0.00 0.00 [22]DOP(6) 0.49 0.17 0.00 0.00 0.00 0.15 0.00 0.00 0.00 0.00 [23]DOP(7) 4.41 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [24]DOP(8) 40.20 8.40 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [25]DP 10.00 0.25 0.00 4.70 0.00 1.20 1.30 1.40 0.00 0.00 [26]DOP-1(0) 7.30 1.30 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [27]DOP-1 3.13 1.24 0.00 0.01 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 [28]DOP-2 3.13 1.24 0.00 0.02 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 [28]DOYN 100.00 206.00 0.00 0.00 0.00 5.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DOAH 100.00 44.00 0.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DOZJ 100.00 38.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DOP(9) 0.13 1.00 0.00 0.04 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 [9]DOP(10) 6.90 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [5]DOP-W3-b 4.50 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [30]DOPA-1 5.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [31]DOPA-2 4.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [31]DOP-1-1 5.90 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [32]DOP(11) 1.00 14.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [33]DDP 0.64 0.34 0.02 0.15 0.00 0.84 0.04 0.00 0.91 0.24 [34]DDFPs30 4.77 5.18 0.46 0.64 0.00 1.00 0.00 0.00 1.39 0.50 [35]DDFPs50 8.45 2.93 0.06 0.37 0.00 1.00 0.00 0.00 0.20 0.04 [35]DDFPs70 9.00 1.43 0.28 0.59 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [35]DvP-1 10.11 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [36]DCCP 2.49 9.17 0.76 1.86 0.00 8.59 2.05 1.19 1.23 0.00 [37]DCPP 0.23 3.95 0.00 0.05 0.00 7.77 0.06 0.00 0.00 0.00 [37]DCPP-I 0.00 4.75 0.00 0.00 0.00 8.55 0.37 0.00 0.00 0.00 [37]DCPP-I-a 0.00 6.93 0.00 0.00 0.00 12.79 1.44 0.00 0.00 0.00 [37]DCPP-II 5.12 3.60 1.13 1.05 0.00 6.16 0.00 0.00 0.00 0.00 [37]DCYN 100.00 614.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DCP 0.42 1.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 [9]

DCP-E 12.70 85.10 0.00 0.80 0.00 1.40 0.00 0.00 0.00 0.00 [38]DCP-H 38.50 57.50 0.00 1.70 0.00 1.50 0.80 0.00 0.00 0.00 [38]DAP(1) 2.48 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [6]DNP-W4(1) 1.00 4.90 1.00 0.00 0.00 2.50 0.50 0.00 0.90 0.00 [39]JCS1(0) 2.00 40.20 0.00 1.00 0.00 0.00 1.30 0.00 0.00 0.00 [40]DNP-W6(1) 0.60 1.00 1.00 0.00 0.00 1.50 0.00 0.00 1.10 0.00 [41]DNPE6(4) 0.80 0.90 2.50 0.00 0.00 0.30 0.00 0.00 0.00 0.00 [42]DNP(1) 30.76 117.96 1.00 2.80 0.00 31.76 2.20 0.00 0.00 0.00 [43]DNP-W2(1) 2.90 6.10 0.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [44]DNP-W 42.20 31.10 2.80 7.40 0.00 13.60 2.90 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-OH 16.10 23.30 3.40 1.80 0.00 51.20 4.20 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-H 9.10 30.60 3.70 1.30 0.00 53.30 2.00 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W1 64.20 28.10 0.00 1.10 0.00 6.60 0.00 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W2(2) 21.10 65.30 0.00 1.90 0.00 11.20 0.00 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W3(1) 21.20 52.60 5.90 4.60 0.00 14.30 1.10 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W4(2) 12.80 54.90 4.60 3.90 0.00 23.60 0.00 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W5(1) 7.50 52.50 4.70 2.10 0.00 29.30 3.90 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W6(2) 10.60 41.20 3.10 1.20 0.00 42.30 1.60 0.00 0.00 0.00 [45]DNP1-1 12.97 44.65 2.11 3.54 0.00 35.85 0.89 0.00 0.00 0.00 [46]DNP2-1 16.99 53.26 0.00 0.00 0.00 29.46 0.00 0.00 0.00 0.00 [46]DNP3-1 6.55 12.58 3.76 8.48 0.00 68.63 0.00 0.00 0.00 0.00 [46]DNP4-2 11.64 23.47 12.59 4.20 0.00 48.10 0.00 0.00 0.00 0.00 [46]DNP-W3(2) 0.00 0.00 1.10 1.00 0.00 3.10 0.00 0.00 0.00 0.00 [47]DNP-W5(2) 3.10 8.10 4.20 0.00 0.00 8.20 0.60 0.00 3.90 0.00 [48]DNYN 100.00 133.00 0.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DNP(2) 0.14 1.00 0.06 0.07 0.00 0.10 0.04 0.00 0.00 0.00 [9]JCS1 3.00 76.70 0.60 6.90 0.00 7.60 5.10 0.00 0.00 0.00 [49]cDHP(1) 1.89 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [50]TC-DHPA4 1.67 4.71 1.28 1.00 0.00 10.43 0.00 1.42 0.00 0.00 [51]GXG 2.85 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 2.13 0.00 0.00 0.00 [52]HPS-1B23 10.00 31.00 0.00 0.00 0.00 8.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [53]GGM 10.00 31.00 0.00 0.00 0.00 8.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [54]DHAH 100.00 53.00 0.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DHPD1(1) 0.00 1.02 1.00 0.02 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 [55]DHPD11 0.09 2.82 2.00 0.09 0.00 0.01 0.04 0.00 0.00 0.00 [55]DHPD12 0.06 1.27 3.00 0.04 0.00 0.04 0.01 0.00 0.00 0.00 [55]DHPD13 0.09 0.88 4.00 0.03 0.00 0.09 0.02 0.00 0.00 0.00 [55]DHP-W2 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.50 1.00 0.00 0.00 0.00 [56]DHP1A(0) 2.50 16.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [57]DHP(1) 0.07 1.00 0.00 0.03 0.00 0.11 0.00 0.00 0.00 0.00 [9]DHPD2 0.00 0.72 0.00 0.20 0.00 0.90 0.00 0.00 0.00 0.00 [58]DHPD1(2) 0.00 1.02 0.00 0.02 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 [59]DHP(2) 10.00 31.00 0.00 0.00 0.00 8.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [60]

注：Man-甘露糖；Glu-葡萄糖；Rha-鼠李糖；Ara-阿拉伯糖；Rib-核糖；Gal-半乳糖；Xyl-木糖；GlcUA-葡萄糖醛酸；GalUA-半乳糖醛酸；Fru-果糖。

1.2 糖苷鍵

糖苷鍵是多糖的主要結(jié)構(gòu)單元。在所報(bào)道石斛多糖糖苷鍵的32篇文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)，石斛多糖具有的糖苷鍵類(lèi)型有α或β類(lèi)型。α和β類(lèi)型也通過(guò)不同的連接位點(diǎn)連接，分別是α-(1→4)、α-(1→6)、α-(1→2)、α-(1→3)、α-(1→3.6)、α-(1→5)、β-(1→4)、β-(1→6)、β-(1→3)、β-(1→3.6)、β-(1→4.6)，它們?cè)?2個(gè)石斛多糖之間被檢測(cè)到的比例為 9:6:3:1:3:1:21:6:1:3:2。其中，有65.63%的石斛多糖糖苷鍵為β-(1→4)，28.13%的石斛多糖糖苷鍵為α-(1→4)，18.75%的石斛多糖糖苷鍵為α-(1→6)和β-(1→6)，9.38%的石斛多糖糖苷鍵為α-(1→2)β-(1→3.6)α-(1→3.6)，而只有接近 5.00%的石斛多糖糖苷鍵為β-(1→4.6)、α-(1→3)、α-(1→5)和β-(1→3)。

糖苷鍵的種類(lèi)與多糖的功能存在一定的關(guān)系，糖苷鍵類(lèi)型影響了多糖的免疫活性[70]。因此推測(cè)石斛多糖的活性可能與糖苷鍵的類(lèi)型有關(guān)。

1.3 乙?；c分支度

通過(guò)對(duì)36種石斛多糖整理可知（表2），50.00%的石斛多糖檢測(cè)到了乙?；盘?hào)值的存在，38.90%的石斛多糖存在分支。在Wang Jun Hui[41]等研究結(jié)果中，存在乙?；氖嗵窃跐舛葹?5.00 μg/mL時(shí)已具有免疫活性，而去乙?；蟮氖嗵莾H在 100.00 μg/mL濃度具有免疫增強(qiáng)活性，還發(fā)現(xiàn)具有較高免疫活性的石斛多糖存在分支，但水解純化為無(wú)分支的石斛多糖后，其免疫活性明顯降低。因此，乙酰基的存在及石斛多糖分支的存在是影響石斛多糖活性的一個(gè)因素。

表2 石斛多糖的糖苷鍵類(lèi)型、乙?；c分支度Table 2 Glycosidic bond types, acetyl groups and degree of branching of Dendrobium polysaccharides

GXG(2)DOPS DOP(8)HPS-1B23 β-(1→4)β-(1→6)β-(1→4(6))- - [75]β-(1→4) - - [76]β-(1→4) - - [25]α-(1→4)α-(1→6) - (1→4)-linked glucose, (1→6)-linked glucose and (1→6)-linked mannose. [53]DHP(4) β-(1→4) 1 β-(1→4)-D-Glcp and β-(1→4)-D-Manp linkages with partial acetylated mannosides at the 2- and 3-position [77]DNP(1) α-(1→6) - - [43]DNP-W2(1) β-(1→4)β-(1→6) 1 O-6 of (1→4)-linked β-D-Glcp and β-D-Manp [44]DNP-W3(2) β-(1→3) - (1→4)-linked α-L-rhamnopyranosyl residues and terminated with β-L-arabinopyranosyl residues [47]DNP-W5(2) α-(1→4)α-(1→2) 1 at O-4 of the Rhap and O-3 of the GalpA. The side chains consisted of galactosyl, mannosyl, glucosyl, and xylosyl residues [48]DFHP α-(1→4) - - [66]DHP-W2 DHP1A DHPD2 DTTPS-N DHP(3)DOPA β-(1→4)β-(1→6)β-(1→4(6))β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)β-(1→4)β-(1→6)α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))α-(1→5)(1→2)-(1→6)-(1→2)-β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)α-(1→3(6))β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)α-(1→3(6))- 1,2,4-linked-α-D-Xylp, 1,4-linked α-D-Xylp, 1-linked α-D-Xylp,1-linked α-D-Galp and 1-linked α-D-GalpA. [56]1 terminal β-D-Galp. [57]- - [58]- - [69]1 terminal α-D-Galp at O-3 [63]- - [31]DHP-4A β-(1→4)α-(1→2)α-(1→3)-The -l-Rhap-(1→2)- -l-Rhap-(1→4)- -d-Manp-(1→ and -l-Araf-(1→3)- -l-Araf-(1→3)- -l-Araf-(1→ were regarded as the branchesattached to the C-3 position of (1→6)-linked mannose in the backbone[62]

DOP-W3-b β-(1→4)β-(1→3(6)) 1 a branch consisting of β-(1→4)-D-Manp, β-(1→4)-D-Glcp and terminal β-D-Glcp, and O-acetyl groups attached to O-2 of β-(1→4)-D-Manp [30]DHP(3)β-（1→4）α-（1→4）α-(1→6)α-(1→3(6))1 that the repeating units of DHP are composed of 1,6-linked α-D-Glcp,1,6-linked 3-O-acetyl-α-D-Glcp, 1,4-linked α-D-Glcp and 1,3,6-linked α-D-Manp with branches of terminal α-D-Galp at O-3[63]DOPA-2 DOPA-1 β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))1 - [31]1 - [31]DOP1-1 - 1 - [32]

表3 具有免疫活性的石斛多糖的結(jié)構(gòu)關(guān)系Table 3 Structural relationships of Dendrobium polysaccharides with immunological activity

HPS-1B23 α-(1→4)α-(1→6) -α-D-Glup-（6→1）- [53]DNP-W2(1) β-(1→4)β-(1→6)with branches at O-6 of (1-4)-linked β-D-Glcp and β-D-Manp. The branches are composed of α-D-Galp. The acetyl groups are substituted at O-2 of (1-4)-linked Manp. [44]DNP-W3(2) β-(1→3) with occasionally branches at O-4. The branches were mainly composed of (1-4)-linked α-L-rhamnopyranosyl residues and terminated with β-L-arabinopyranosyl residues. [47]DNP-W5(2) α-(1→4)α-(1→2)with branches at O-4 of the Rhap and O-3 of the GalpA. The side chains consisted of galactosyl, mannosyl, glucosyl, and xylosyl residues [48]DHP-4A β-(1→4)α-(1→2)α-(1→3)The -l-Rhap-(1→2)- -l-Rhap-(1→4)- -d-Manp-(1→ and -l-Araf-(1→3)--l-Araf -(1→3)- -l-Araf-(1→ were regarded as the branchesattached to the C-3 position of (1→6)-linked mannose in the backbone[62]DOP-W3-b β-(1→4)β-(1→3(6))a branch consisting of β-(1→4)-D-Manp, β-(1→4)-D-Glcp and terminal β-D-Glcp, and O-acetyl groups attached to O-2 of β-(1→4)-D-Manp [30]DHP(3)β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)α-(1→3(6))that the repeating units of DHP are composed of 1,6-linked α-D-Glcp,1,6-linked 3-O-acetyl-α-D-Glcp, 1,4-linked α-D-Glcp and 1,3,6-linked α-D-Manp with branches of terminal α-D-Galp at O-3[63]β-(1→4)DOPA-2α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))O-acetyl groups [31]β-(1→4)DOPA-1α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))DOP1-1 - O-acetyl groups [32]O-acetyl groups [31]

1.4 石斛多糖一級(jí)結(jié)構(gòu)間關(guān)系

糖苷鍵與單糖之間存在聯(lián)系。在 Wang[39]等人以金釵石斛水提多糖研究上，通過(guò)甲基化分析、部分酸水解、果膠酶處理等手段，闡明了其單糖組成主要是甘露糖、葡萄糖、半乳糖、木糖、鼠李糖和半乳糖醛酸。而從甲基化分析后的比率上觀察發(fā)現(xiàn)甘露糖與葡萄糖依舊是占有明顯的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，其多糖結(jié)構(gòu)主要是以β糖苷鍵連接而成。研究發(fā)現(xiàn)在多糖多次純化的組分中，依然能夠在體外免疫實(shí)驗(yàn)中提高細(xì)胞因子的濃度，以達(dá)到調(diào)節(jié)免疫機(jī)制的目的，其衍生物也含有甘露糖和葡萄糖這兩種決定活性的單糖[45]。因此可以預(yù)測(cè)甘露糖和葡萄糖這兩種優(yōu)勢(shì)單糖與β-(1→4)糖苷鍵之間的聯(lián)系，這兩種單糖與糖苷鍵的不同連接方式，決定了石斛多糖是否存在活性，與此同時(shí)單糖的比率和糖苷鍵的不同折疊方式都影響石斛多糖對(duì)應(yīng)活性的強(qiáng)弱。

主鏈與分支結(jié)構(gòu)之間存在聯(lián)系。一般來(lái)說(shuō)，支鏈較直鏈的分子作用力小，會(huì)影響多糖活性。對(duì)不同品種的石斛支鏈研究中，我們關(guān)注到組成支鏈的糖苷鍵主要是(1→4)或(1→6)位置的糖苷鍵，主鏈上的β-(1→4)-D-Glcp的連接方式有可能是多糖在免疫活性上的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，同時(shí)多糖結(jié)構(gòu)的分支復(fù)雜程度也是影響活性作用的一個(gè)關(guān)鍵因素。在對(duì)（表 3）同一活性的分支復(fù)雜程度進(jìn)行比較中發(fā)現(xiàn)，含有單個(gè)分支鏈的多糖僅在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)具有促進(jìn)細(xì)胞因子釋放作用[53]，而含有復(fù)雜程度較高的分支多糖具有提高NO產(chǎn)量或促進(jìn)細(xì)胞因子釋放作用等功能活性。

2 石斛多糖的功能活性

2.1 抗氧化性

石斛多糖具有顯著的抗氧化活性（見(jiàn)表4）。在不同抗氧化實(shí)驗(yàn)體系中，濃度與活性呈正相關(guān)，但不同來(lái)源石斛多糖的抗氧化活性有顯著差異。對(duì)其機(jī)制進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，石斛多糖主要通過(guò)3個(gè)途徑來(lái)增強(qiáng)機(jī)體抗氧化活性（見(jiàn)圖 2）。（1）通過(guò)提高超氧化歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過(guò)氧化酶（GPx）等酶類(lèi)自由基清除劑活性，清除自由基；（2）通過(guò)提高線粒體膜電位水平，抑制線粒體凋亡；（3）通過(guò)減低丙二醛MDA含量，提高細(xì)胞活力。

表4 具有抗氧化活性的石斛多糖Table 4 Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

DOP30 0.13～4.00 DDP1-1 0.50～2.00↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羥基自由基清除率↑鐵還原能力↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羥基自由基清除率體外 [21]體外[67]DDP2-1 0.50～2.00↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羥基自由基清除率體外DDP3-1 0.50～2.00 DNP（1） 0.50～2.00↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羥基自由基清除率↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羥基自由基清除率體外體外 [43]DNP4-2 0.01/0.10/0.50/1.00 ↑DDPH自由基清除率↑羥基自由基清除率 體外 [46]0.01/0.10/0.50/1.00/2.00 ↑ABTS自由基清除率DFHP 0.30～3.00↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羥基自由基清除率體外 [66]0.50～2.00 ↑DDPH自由基清除率↑脂質(zhì)過(guò)氧化抑制率 體外DHP1A [57]100.00/200.00 mg/kg↓丙二醛MDA↑T-SOD↑CAT↑GPx↑GSH體內(nèi)DHP 50.00/100.00/200.00 mg/kg↓丙二醛MDA↑T-SOD↑CAT↑GSH DOP 50.00/100.00/200.00 mg/kg↑T-SOD↑CAT↑GSH 100.00/200.00 mg/kg ↓丙二醛MDA體內(nèi) [9]DNP 50.00/100.00/200.00 mg/kg↑T-SOD↑CAT↑GSH 100.00/200.00 mg/kg ↓丙二醛MDA DCP 200.00 mg/kg ↓丙二醛MDA

圖2 石斛多糖抗氧化機(jī)理及通路圖Fig.2 Antioxidant mechanism and pathway map of Dendrobium polysaccharides

2.2 免疫調(diào)節(jié)作用

石斛多糖具有顯著的免疫調(diào)節(jié)作用，歸納總結(jié)34種石斛多糖免疫調(diào)節(jié)作用后得到（見(jiàn)表5），石斛多糖在調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫方面主要通過(guò)以下4個(gè)途徑刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)（詳見(jiàn)圖 3、4）。（1）通過(guò)促進(jìn)巨噬細(xì)胞增殖或提高巨噬細(xì)胞的吞噬作用，提高其自然殺傷細(xì)胞毒性，從而消化或清除病原體的多種水解酶，以消除病原體；（2）通過(guò)增殖CD4細(xì)胞（T輔助淋巴細(xì)胞）對(duì)免疫系統(tǒng)發(fā)出對(duì)抗信息，以刺激產(chǎn)生CD8細(xì)胞對(duì)抗或消除病毒，CD4細(xì)胞活化后產(chǎn)生IFN-γ，其通過(guò) NF-kB、p38、ERK、JNK等信號(hào)通路再次激活巨噬細(xì)胞對(duì)抗病原體，達(dá)到增強(qiáng)免疫應(yīng)答作用；（3）誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞釋放IL-6、IL-10、TNF-α等細(xì)胞因子作用于靶細(xì)胞，釋放反應(yīng)產(chǎn)物合成NO抑制靶細(xì)胞三羧酸循環(huán)、電子傳遞和細(xì)胞合成DNA途徑以殺滅靶細(xì)胞；（4）抑制病毒釋放中信號(hào)通路作用，以減少病原體數(shù)量。在體液免疫中，多糖直接刺激B細(xì)胞增殖，B細(xì)胞增殖分化后形成抗體和記憶細(xì)胞并作用于靶細(xì)胞。

圖3 石斛多糖調(diào)節(jié)免疫作用機(jī)制圖Fig.3 Mechanism of immune regulation of Dendrobium polysaccharides

圖4 石斛多糖免疫刺激作用機(jī)制Fig.4 Immune stimulation mechanism of Dendrobium polysaccharides

表5 具有免疫活性的石斛多糖Table 5 Dendrobium polysaccharides with immunological activity

（十二指腸，空腸，回腸和結(jié)腸）↑GM-CSF?GXG（1） 50.00/200.00 mg/kg DOPS 50.00/100.00/200.00↑IL-1α↑IL-1β↑IL-2↑IL-3↑IL-4↑IL-5↑IL-6↑IL-9↑IL-10↑IL-12↑IL-13↑IL-17↑KC↑MCP-1↑M-CSF↓IL-1β↑IL-10↓TNF-α體內(nèi) - [52]體外 - [76]↓AOM/DSS誘導(dǎo)結(jié)腸損傷 體內(nèi) - [76]DSP 100.00/200.00/300.00（血清）↑IL-6,↑TNF-α↑IFN-γ體內(nèi) y [64]HPS-1B23 200.00 ↑IFN-γ↑TNF-α 體外 y [53]DNP-W2(1) 25.00/50.00/100.00 ↑淋巴細(xì)胞 體外 y [44]DNP-W3(1) 50.00/100.00/200.00 ↓HL-60細(xì)胞增殖↓HepG2細(xì)胞增殖 體外 - [45]DNP-W5(1) 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑抗腫瘤活性 體內(nèi) - [45]DNP-W3(2) 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑淋巴細(xì)胞 體外 y [47]DNP-W5(2) 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑淋巴細(xì)胞 體外 y [48]DOP-1 50.00/100.00/200.00 DP 0.10/1.00/10.00↑INF-γ↑NK細(xì)胞活性↑巨噬細(xì)胞吞噬作用↑血清溶血OD540↑TNF-α↑IL-1↑IL-6↓MMP-9體外 - [27]體外 - [26]

DOP-1 12.50/50.00/100.00/200.00↑脾細(xì)胞增殖指數(shù)（SPI）↑IL-32↑IL-3 ,↑IL-4,↑IL-1β↑TNF-α↑NK細(xì)胞毒性體外 - [28]DOP-2 12.50/50.00/100.00/200.00 ↑NO↑吞噬細(xì)胞吞噬作用 體外 - [28]GGM 50.00/100.00/200.00↑MDA↑GSH↑CAT↓SOD↓GST體內(nèi) - [54]DCCP 500.00/1000.00/1500.00 ↑SPC-A-1細(xì)胞增殖抑制 體外 - [37]10.00/30.00/100.00/300.00/1000.00 ↑NO DOYN體外 y [29]100.00/300.00/1000.00↑吞噬細(xì)胞吞噬作用↑IL-6↑IL-10 10.00/30.00/100.00/300.00/1000.00 ↑NO DOAH體外 y [29]100.00/300.00/1000.00↑吞噬細(xì)胞吞噬作用↑IL-6↑IL-10↑IL-1α↑TNF-α 10.00/30.00/100.00/300.00/1000.00 ↑NO DOZJ 100.00/300.00/1000.00↑吞噬細(xì)胞吞噬作用↑IL-6↑IL-10↑TNF-α 300.00/1000.00 ↑IL-1α 1000.00 ↑IL-6體外 y [29]DCYN 100.00/300.00/1000.00↑NO↑吞噬細(xì)胞吞噬作用↑IL-1α↑TNF-α體外 y [29]300.00/1000.00 ↑IL-6 DHAH 100.00/300.00/1000.00↑NO↑吞噬細(xì)胞吞噬作用↑IL-10↑IL-1α↑TNF-α體外 y [29]

300.00/1000.00 ↑NO↑IL-10 DFYN體外 y [29]100.00/300.00/1000.00↑吞噬細(xì)胞吞噬作用↑IL-1α↑TNF-α 1000.00 ↑IL-6 300.00/1000.00 ↑NO↑IL-10 DNYN體外 y [29]100.00/300.00/1000.00↑IL-6↑IL-1α↑TNF-α DTP 100.00 mg/kg↑脾NK細(xì)胞↑NK細(xì)胞毒性↑巨噬細(xì)胞吞噬作用↑IL-2↑IL-4↑IL-6↑INF-γ體內(nèi) y [65]↑脾NK細(xì)胞DTP-N 300.00 mg/kg↑NK細(xì)胞毒性↑巨噬細(xì)胞吞噬作用↑IL-2↑IL-4↑IL-6↑INF-γ體內(nèi) y [65]DHP1A 100.00-200.00 mg/kg ↓TNF-α↓IL-1β 體內(nèi) - [61]DCP-H 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑脾細(xì)胞增殖 - - [38]DCP-E 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑脾細(xì)胞增殖 - - [38]DHP-4A 50.00/100.00/200.00 DOP-W3-b 50.00/100.00/200.00 DHP(3) 10.00/25.00/50.00/100.00/200.00/400.00↑NO↑TNF-α↑IL-10↑IL-6↑INF-γ↑IL-4↑骨髓細(xì)胞增殖↑NO(血清)↑TNF-α↑IL-1β體外 y [62]體內(nèi) y [30]體外 y [63]DOPA-2 6.25/12.50/25.00/50.00 ↑脾細(xì)胞增殖 - y [31]↑NO

DOPA-1 6.25/12.50/25.00/50.00 ↑脾細(xì)胞增殖 - y [31]↑NO DOP1-1 25.00/50.00/100.00 ↓A-TNF-α - y [32]↓IL-1β

表6 具有抗糖尿病活性的石斛多糖Table 6 Dendrobium polysaccharides with anti-diabetic activity

DOP(9) 50.00/100.00/200.00 mg/kg↓FBG水平↓血糖水平↓GSP水平↑胰島素水平↑胰島細(xì)胞數(shù)量體內(nèi) [9]DNP(2) 50.00/100.00/200.00 mg/kg↓FBG水平↓血糖水平↓GSP水平↑胰島素水平↑胰島細(xì)胞數(shù)量DCP 100.00/200.00 mg/kg ↓血糖水平50.00/100.00/200.00 mg/kg ↑胰島細(xì)胞數(shù)量

圖5 體外刺激小鼠血糖升高及效應(yīng)圖Fig.5 Hyperglycemia and response map of mice stimulated in vitro

2.3 抗糖尿病

圖6 石斛多糖通過(guò)肝臟和胰腺降低血糖機(jī)制圖Fig.6 Mechanism of Dendrobium polysaccharides reducing blood glucose through liver and pancreas

石斛多糖具有顯著的抗糖尿病活性，但往年對(duì)于抗糖尿病石斛多糖活性研究的文章較少。通過(guò)整理列出學(xué)者們研究的抗糖尿病石斛多糖（見(jiàn)表6），發(fā)現(xiàn)小鼠在受到外界刺激的情況下，機(jī)體的各項(xiàng)指標(biāo)會(huì)產(chǎn)生變化（圖5）。最后使血糖升高，導(dǎo)致小鼠糖尿病多糖在體內(nèi)降低血糖，主要通過(guò)2條途徑治療糖尿?。ㄒ?jiàn)圖 6）。

在肝臟中，多糖可以調(diào)節(jié)葡萄糖正常代謝來(lái)治療糖尿病，主要有3種調(diào)節(jié)方式：（1）通過(guò)AKt/FoxO1的信號(hào)通路，降低G6Pase和PEPCK，使得糖異生能力降低；（2）通過(guò)CAMP-PKA信號(hào)通路，調(diào)節(jié)降低GP，降低糖原降解能力或升高GS，提高糖原合成能力；（3）通過(guò)PBK/AKT信號(hào)通路，調(diào)節(jié)GS、GSK-3B以及GLUT4來(lái)提高糖原合成能力。在胰腺中，多糖可以通過(guò)2種方式降低血糖：（1）降低胰島A細(xì)胞分泌的胰高血糖素，降低少糖原降解能力；（2）胰島B細(xì)胞分泌的胰島素增加，糖原合成能力提高以及刺激從血液中獲取葡萄糖。

圖7 石斛多糖參與抗衰老作用機(jī)制Fig.7 Anti aging mechanism of Dendrobium polysaccharides

表7 具有抗氧化活性的石斛多糖的單糖組成Table 7 Monosaccharide composition of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

2.4 其他功能

除上述免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗糖尿病等功能作用外，近年來(lái)學(xué)者們還報(bào)道了石斛多糖的其它活性?；羯绞嗵菍?duì)于蛋白質(zhì)非酶糖基化具有抑制作用，導(dǎo)致糖基化反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，抑制了機(jī)體衰老（圖7）。鐵皮石斛多糖能通過(guò)降低心臟體重比，抑制促炎因子表達(dá)與脂質(zhì)蛋白的積累，對(duì)糖尿病患者的心臟有一定的保護(hù)作用[7]；金釵石斛莖多糖在肉瘤與白血病細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，表達(dá)出了抗腫瘤活性[45]；霍山石斛多糖通過(guò)信號(hào)通路介導(dǎo)促炎細(xì)胞因子的釋放，表現(xiàn)出較強(qiáng)抗炎活性[50]等。

3 石斛多糖結(jié)構(gòu)與活性

3.1 單糖組成與活性的聯(lián)系

3.1.1 與抗氧化活性的關(guān)系

通過(guò)整理列出近年來(lái)前人研究的 20種具有抗氧化活性的石斛多糖（見(jiàn)表 7）中發(fā)現(xiàn)，其單糖組成涵蓋了8種單糖，其中包括：葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖、葡萄糖醛酸和果糖。在這20種具有抗氧化活性的石斛多糖中，其單糖組成大都以葡萄糖、甘露糖及半乳糖為主；部分多糖中含有鼠李糖、阿拉伯糖和木糖；半乳糖醛酸和果糖只在極少數(shù)的多糖中檢測(cè)到[14.35]（圖8），而葡萄糖和甘露糖在本文整理的 17種擁有抗氧化活性的石斛多糖中被檢測(cè)到的頻率為100.00%（圖9）。此外，通過(guò)圖10，可知具有抗氧化活性的石斛多糖，其單糖組成都在3種或以上。葡萄糖和甘露糖這2種單糖在每種具有抗氧化活性的石斛多糖都存在，但是他們之間含量變化并不一致。通過(guò)圖11，可以發(fā)現(xiàn)超過(guò)3/4的石斛多糖，其單糖組成總是以甘露糖或者葡萄糖中的某一種為主，即其中一種含量高，相應(yīng)的另一種含量低。

圖8 具有抗氧化性的石斛多糖單糖組成及豐度圖Fig.8 Monosaccharide composition and abundance of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

圖9 具有抗氧化性的石斛多糖中單糖組成相關(guān)性及聚類(lèi)分析Fig.9 Correlation and cluster analysis of monosaccharide composition in Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

通過(guò)近年來(lái)前人對(duì)石斛多糖體外抗氧化實(shí)驗(yàn)DPPH自由基能力的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿?shù)據(jù)的整理，計(jì)算列出EC50（見(jiàn)表8）。從總體數(shù)據(jù)來(lái)看，各個(gè)單糖相對(duì)含量與EC50之間并沒(méi)有簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，但在部分石斛多糖 DDP2-1、DOP80、DOP70、DDFPs50、DOP60、DNP4-2、DNP(1)、DDP1-1中，葡萄糖，甘露糖的相對(duì)含量與DPPH自由基清除率的EC50的變化有明顯的規(guī)律。

圖10 具有抗氧化性的石斛多糖中單糖組成數(shù)量分析Fig.10 Quantitative analysis of monosaccharide composition in Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

圖11 具有抗氧化性的石斛多糖中單糖組成與自由基DPPH清除能力的關(guān)系Fig.11 Relationship between monosaccharide composition and DPPH scavenging ability of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

圖12 部分具有抗氧化性的石斛多糖甘露糖含量與DDPH強(qiáng)弱關(guān)系圖Fig.12 Relationship between mannose content and DDPH of some Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

因此，本文以這部分樣品為研究對(duì)象，建立甘露糖含量與DPPH自由基清除率EC50值的線性回歸方程（見(jiàn)圖12），根據(jù)圖形分析并進(jìn)行Pearson檢驗(yàn)，察覺(jué)圖形中的點(diǎn)非常集中在一條直線，且二者的相關(guān)性系數(shù)為 0.99（檢驗(yàn)p值為1.05e-06＜0.05），我們推測(cè)甘露糖的相對(duì)含量與石斛多糖DPPH抗氧化性存在較強(qiáng)的相關(guān)性。

圖13 部分具有抗氧化性的石斛多糖葡萄糖含量與DDPH強(qiáng)弱關(guān)系圖Fig.13 Relationship between DDPH and glucose content of some Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

以這些樣本再次建立葡萄糖含量與 DPPH自由基清除率 EC50值的線性回歸方程（見(jiàn)圖 13），通過(guò)pearson檢驗(yàn)，我們得到其相關(guān)系數(shù)為0.82（檢驗(yàn)p值為 0.01＜0.05），可見(jiàn)葡萄糖與石斛多糖抗氧化性也存在較強(qiáng)的相關(guān)性。

然而，在建立甘露糖比葡萄糖含量與DPPH自由基清除率EC50值的線性回歸方程（見(jiàn)圖14）中，根據(jù)圖形分析，我們觀察到點(diǎn)的分布線性趨勢(shì)不強(qiáng)，從而推測(cè)甘露糖與葡萄糖的比例并非決定石斛多糖抗氧化活性的決定因素。

綜上所述，具有抗氧化活性的石斛多糖單糖組成需要有以下特征：（1）單糖組成種類(lèi)需要在3種或以上；（2）其單糖組成中均存在葡萄糖和甘露糖。同時(shí)，石斛多糖抗氧化活性的高低，與其甘露糖或者葡萄糖相對(duì)含量最高者呈正相關(guān)。

圖14 甘露糖/葡萄糖比值，自由基DPPH清除率高低，單糖數(shù)量三者關(guān)系氣泡圖Fig.14 The relationship among mannose/glucose ratio, free radical DPPH scavenging rate, and monosaccharide number was shown in the bubble diagram

表8 自由基DPPH清除率EC 50值的石斛多糖單糖組成數(shù)據(jù)集Table 8 Data set of Dendrobium polysaccharide monosaccharide composition of DPPH free radical scavenging rate EC50 value

3.1.2 與免疫調(diào)節(jié)作用的關(guān)系

由歸納整理列出近年來(lái)學(xué)者們所研究的 33種具有免疫性的石斛多糖（見(jiàn)表9），可知具有免疫活性的多糖其單糖組成涵蓋了7種單糖，其中包括：葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖和葡萄糖醛酸（圖15）。在這33種具有免疫活性的石斛多糖的單糖組成分析中，93.00%以上的石斛多糖，其單糖組成檢測(cè)到多數(shù)有葡萄糖和甘露糖的存在；63.63%的石斛多糖的單糖組成檢測(cè)到半乳糖；接近20.00%左右的石斛多糖的單糖組成有鼠李糖、阿拉伯糖和木糖的存在；但是半乳糖醛酸只在不到1.00%的極少數(shù)石斛多糖中被檢測(cè)到[39.41.48]。

圖15 具有免疫功能的石斛多糖單糖組成及豐度圖Fig.15 Monosaccharide composition and abundance of Dendrobium polysaccharides with immune function

圖16 具有免疫功能的石斛多糖中單糖組成數(shù)量分析Fig.16 Quantitative analysis of monosaccharide composition in Dendrobium polysaccharides with immune function

從整理前期的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，具有免疫活性的石斛多糖即使僅含有兩種單糖（圖 16），也可擁有免疫活性，但其單糖組成至少擁有葡萄糖、甘露糖和半乳糖中的一種。由此通過(guò)圖17和18，研究具有免疫活性石斛多糖其單糖組成兩兩之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)這 7種單糖彼此之間密切相關(guān)，其中葡萄糖和半乳糖、葡萄糖和甘露糖、半乳糖和甘露糖之間關(guān)系最為密切，而葡萄糖與甘露糖這兩種單糖同時(shí)存在的比例高達(dá)97.00%。

圖17 具有免疫功能的石斛多糖間不同單糖的關(guān)系Fig.17 Relationship between different monosaccharides of Dendrobium polysaccharides with immune function

圖18 具有免疫功能的石斛多糖間不同單糖的關(guān)系Fig.18 Relationship between different monosaccharides of Dendrobium polysaccharides with immune function

圖19 具有抗糖尿病功能的石斛多糖單糖組成及豐度圖Fig.19 Monosaccharide composition and abundance of Dendrobium polysaccharides with antidiabetic function

圖20 具有抗糖尿病功能的石斛多糖單糖組成熱圖Fig.20 Thermogram of monosaccharide composition of Dendrobium polysaccharides with antidiabetic function

3.1.3 與抗糖尿病的關(guān)系

通過(guò)整理列出近年來(lái)研究者們發(fā)現(xiàn)的6種具有抗糖尿病活性多糖（見(jiàn)表10）中，其單糖組成涵蓋了6種單糖，包括：葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖（圖19）。在這6個(gè)具有抗糖尿病活性的石斛多糖的案例中，可以發(fā)現(xiàn)其石斛多糖的單糖組成100.00%都存在葡萄糖和甘露糖，這2種單糖雖同時(shí)存在，但是它們之間的含量變化卻并非一致，通過(guò)研究抗糖尿病石斛多糖的單糖組成熱圖，可知具有抗糖尿病活性的石斛多糖總是以其中一種單糖為主干，一種單糖的含量高，則另一種含量低（圖20）。

表9 具有免疫活性的石斛多糖的單糖組成Table 9 Monosaccharide composition of Dendrobium polysaccharides with immunological activity

300.00/1000.00 μg/mL 100.00/300.00/1000.00 μg/mL 1000.00 μg/mL DNYN 100.00 133.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 300.00/1000.00 μg/mL [29]100.00/300.00/1000.00 μg/mL DTP 150.70 9.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00/300.00 mg/kg [65]DTP-N 262.50 12.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00/300.00 mg/kg [65]DCP-E 12.70 85.10 0.00 0.80 1.40 0.00 0.00 25.00/50.00/100.00/200.00 μg/mL [38]DCP-H 38.50 57.50 0.00 1.70 1.50 0.80 0.00 25.00/50.00/100.00/200.00 μg/mL [38]DHP-4A 6.10 13.80 2.10 3.00 0.00 0.00 0.00 50.00/100.00/200.00 μg/mL [62]DOP-W3-b 4.50 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.50/2.00 g/kg/d [30]DFYN 100.00 523.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00[29]DHP(3) 31.00 10.00 0.00 0.00 8.00 0.00 0.00 10.00/25.00/50.00/100.00/200.00/400.00 μg/mL [63]DOPA-2 4.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.25/12.50/25.00/50.00 μg/mL [31]DOPA-1 5.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.25/12.50/25.00/50.00 μg/mL [31]DOP-1-1 5.90 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 25.00/50.00/100.00 μg/mL [32]

表10 具有抗糖尿病活性的石斛多糖的單糖組成Table 10 Monosaccharide composition of Dendrobium polysaccharides with anti-diabetic activity

圖21 具有免疫功能石斛多糖的糖苷鍵類(lèi)型統(tǒng)計(jì)Fig.21 Statistics of glycosidic bond types of Polysaccharides from Dendrobium with immune function

3.2 糖苷鍵與活性的聯(lián)系

3.2.1 與免疫調(diào)節(jié)作用的關(guān)系

從近年來(lái)前人所研究的 17篇描述了糖苷鍵結(jié)構(gòu)且具有免疫活性的石斛多糖的文章發(fā)現(xiàn)，具有免疫活性的多糖可能是含有α類(lèi)型、也可能是含有β類(lèi)型的糖苷鍵（見(jiàn)表11），而且其糖苷鍵類(lèi)型涵蓋9種，包括α-(1→4)、α-(1→6)、α-(1→2)、α-(1→3)、α-(1→3.6)、β-(1→4)、β-(1→6)、β-(1→3)、β-(1→3.6)。其中，64.71%具有免疫活性的多糖含有β-(1→4)糖苷鍵，且近年來(lái)，僅有兜唇石斛多糖（DNP-W6(1)）、霍山石斛多糖（HPS-1B23）、金釵石斛多糖（DNP-W3(2)與DNP-W5(2)[41.47.48.53]未檢測(cè)顯示含有β-(1→4)糖苷鍵（詳見(jiàn)圖 21）；而 35.29%具有免疫活性的多糖存在α-(1→4)糖苷鍵，只有接近18.00%的免疫活性多糖具有α-(1→6)或β-(1→6)糖苷鍵。在Sónia S. Ferreira等[70]研究者對(duì)不同來(lái)源的生物多糖分析總結(jié)圖中，具有免疫作用活性的多糖均被檢測(cè)出含有β-(1→4)糖苷鍵結(jié)構(gòu)，與石斛多糖結(jié)構(gòu)糖苷鍵相對(duì)比，我們推測(cè)β-（1→4）糖苷鍵可能是具有免疫活性的關(guān)鍵因素。

3.2.2 與抗氧化活性的關(guān)系

結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者們研究的具有抗氧化活性多糖與多糖糖苷鍵結(jié)構(gòu)的5篇文章中發(fā)現(xiàn)（表12、圖22），β-(1→4)、α-(1→4)和α-(1→6)同時(shí)存在，或者其中一種類(lèi)型糖苷鍵存在，均具有抗氧化活性。而且在這5個(gè)案例中，60.00%的石斛多糖都含有β-(1→4)糖苷鍵，而40.00%的石斛多糖被檢測(cè)到含有α-(1→4)和α-(1→6)糖苷鍵。因此，我們推測(cè)具有抗氧化活性的石斛多糖的糖苷鍵類(lèi)型，可能是β-(1→4)、α-(1→4)和α-(1→6)這3種類(lèi)型之一。

圖22 具有抗氧化性的石斛多糖中糖苷鍵類(lèi)型統(tǒng)計(jì)Fig.22 Statistics of glycosidic bond types in Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

表11 具有免疫活性的石斛多糖的糖苷鍵類(lèi)型Table 11 Glycosidic bond types of Dendrobium polysaccharides with immunological activity

表12 具有抗氧化活性的石斛多糖的糖苷鍵Table 12 Glycosidic bonds of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

4 抗氧化石斛多糖單糖組成與活性的定量分析

圖23 單糖組成與有無(wú)抗氧化活性矩陣圖Fig.23 Monosaccharide composition and antioxidant activity matrix

圖24 基于隨機(jī)森林模型分析單糖組成與是否有抗氧化活性重要性排序圖Fig.24 Analysis of the importance of monosaccharide composition and antioxidant activity based on random forest model

本文通過(guò)研究具有抗氧化活性石斛多糖的單糖組成中重要的5種單糖，兩兩之間的關(guān)系，根據(jù)圖23，可以確定甘露糖和半乳糖的線性關(guān)系以及甘露糖與阿拉伯糖的線性關(guān)系，在有較高抗氧化活性的石斛多糖中，都具有一定的相關(guān)性，相關(guān)性都為0.58，而在極低（幾乎沒(méi)有）抗氧化活性的石斛多糖中，它們之間的相關(guān)性為-0.03和-0.14，幾乎沒(méi)有聯(lián)系；而其他單糖兩兩之間線性關(guān)系并非越高，抗氧化性越強(qiáng)。由隨機(jī)森林模型對(duì)抗氧化活性的石斛多糖中的單糖的重要性進(jìn)行判定。對(duì)比多種石斛單糖對(duì)隨機(jī)森林模型準(zhǔn)確度下降速率與指標(biāo)純度貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)具有抗氧化活性的石斛多糖 DPPH·模型影響最大的單糖為葡萄糖，其它單糖影響的重要性如圖24a和24b所示。

圖25 具有抗氧化性的石斛多糖單糖組成總體與有無(wú)活性規(guī)律聚類(lèi)熱圖Fig.25 Cluster heat map of monosaccharide composition and activity of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

圖26 基于隨機(jī)森林模型預(yù)測(cè)石斛多糖的清除自由基DPPH實(shí)驗(yàn)抗氧化性模型Fig.26 Prediction of DPPH antioxidant activity of Dendrobium polysaccharides based on random forest model

為建立石斛多糖結(jié)構(gòu)與抗氧化活性強(qiáng)弱的關(guān)聯(lián)，我們以單糖組成與相對(duì)豐度為自變量，DPPH·的EC50為因變量，通過(guò)隨機(jī)森林模型，分別建立了石斛多糖結(jié)構(gòu)與抗氧化的定性與定量模型。石斛多糖結(jié)構(gòu)與抗氧化的定性模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度可達(dá)70.00%，基本可以通過(guò)單糖組成與相對(duì)豐度判斷DPPH·活性的高與低，與此同時(shí)發(fā)現(xiàn)部分高活性與低活性的多糖結(jié)構(gòu)中存在一定的相似性；石斛多糖具有抗氧化性的模式結(jié)構(gòu)具有多種可能的組合（圖25）。

我們建立DPPH自由基清除率EC50實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值的線性回歸方程（見(jiàn)圖 26），根據(jù)圖形分析，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值的趨勢(shì)整體一致，圖形中的點(diǎn)大部分集中在置信區(qū)間內(nèi)。實(shí)驗(yàn)所得的DPPH自由基清除率EC50數(shù)值與模型預(yù)測(cè)所得的EC50數(shù)值較為接近（表13），這證明模型預(yù)測(cè)的結(jié)果整體趨勢(shì)是準(zhǔn)確的，石斛多糖的單糖組成與相對(duì)豐度能夠預(yù)測(cè)抗氧化活性的高低。

表13 石斛多糖DPPH自由基清除率模型Table 13 Dendrobium polysaccharide DPPH free radical scavenging rate model

5 結(jié)論

5.1 近年來(lái)，學(xué)者們對(duì)石斛多糖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，也對(duì)石斛多糖的多種功能：抗氧化、調(diào)節(jié)免疫、抗糖尿病等活性進(jìn)行了探討，但是僅淺顯說(shuō)明石斛多糖的活性與單糖有關(guān)，并未對(duì)石斛多糖的結(jié)構(gòu)與功能兩者之間的關(guān)系進(jìn)行深入探索。因此，本文對(duì)石斛多糖的不同活性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸納總結(jié)，對(duì)石斛多糖的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)單糖組成和糖苷鍵是石斛多糖活性的重要影響因素。并且首次通過(guò)具有抗氧化活性的石斛多糖的單糖組成、相對(duì)含量和DPPH自由基清除率EC50值，建立隨機(jī)森林模型，簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)石斛多糖有無(wú)抗氧化活性，模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度為70.00%。在本綜述中，發(fā)現(xiàn)對(duì)石斛多糖有無(wú)抗氧化活性影響最大的單糖為葡萄糖，石斛多糖抗氧化活性的高低與甘露糖和半乳糖的線性關(guān)系以及甘露糖與阿拉伯糖的線性關(guān)系具有相關(guān)性，相關(guān)性均為0.58。模型結(jié)果與現(xiàn)有研究多糖抗氧化活性受到阿拉伯糖的影響的結(jié)論一致，同時(shí)觀察到甘露糖和半乳糖也有可能對(duì)多糖抗氧化活性有所影響。

5.2 本文對(duì)石斛多糖結(jié)構(gòu)與功能間的作用關(guān)系進(jìn)行了深入的討論與探究，為以后石斛多糖相關(guān)藥物的研發(fā)提供了幫助，對(duì)人類(lèi)疾病治療具有臨床應(yīng)用價(jià)值。但是由于石斛多糖復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特性，目前對(duì)其研究不夠深入也不夠成熟，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠統(tǒng)一以及全面，因此更加精確的石斛多糖結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)活性定性與定量關(guān)系的研究有待進(jìn)一步探索。