甘草多糖的免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用機(jī)制研究進(jìn)展

柴美靈，武曉英，張曉紅，喬宏萍，李 娜，劉 地

(太原師范學(xué)院生物系，山西晉中 030600)

現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，許多中藥有效成分可通過促進(jìn)相關(guān)免疫細(xì)胞分泌白介素、腫瘤壞死因子等細(xì)胞因子發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[1]。因此，中藥的免疫調(diào)節(jié)、抗炎作用受到研究人員的廣泛關(guān)注。甘草在多個國家藥典中均有記載，是一種有著悠久歷史的中草藥，在醫(yī)藥、食品和工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用[2]。目前，從甘草中共提取分離得到300多種黃酮類混合物、20余種三萜皂苷類化合物及多糖成分，研究結(jié)果證實，甘草具有鎮(zhèn)咳、抗菌、抗病毒、抗炎癥、抗氧化、抗癌等多種活性功能[3]。其次，藥理研究發(fā)現(xiàn)，多糖類化合物是一種免疫調(diào)節(jié)劑，可以激活免疫細(xì)胞來提高機(jī)體的免疫功能，對正常細(xì)胞產(chǎn)生的毒副作用也比較小[4]。甘草多糖是從甘草中提取出來的活性多糖，易溶于水，對感染引發(fā)的炎癥等疾病表現(xiàn)出治療活性，也具有多種不同的功效，例如抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、抗炎癥、吞噬作用等[5]，對免疫系統(tǒng)具有多種途徑的調(diào)節(jié)作用。因此，通過分析甘草多糖的組成成分，探究其對機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用機(jī)制，為開發(fā)甘草作為新型抗炎藥物應(yīng)用于畜牧業(yè)養(yǎng)殖提供參考。

1 甘草多糖的組成

甘草多糖是甘草中比較重要的一個成分，是主要由葡萄糖及葡萄糖醛酸組成的有機(jī)大分子多糖。何培新等選用人工與野生甘草作為研究材料，應(yīng)用GC/MS對甘草多糖進(jìn)行單糖組分分析，得出甘草多糖的單糖組分主要是甘露糖和葡萄糖，另外還含有阿拉伯糖、核糖、木糖、半乳糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸，并得出人工與野生甘草多糖均為酸性多糖[6]。李薇等以藥典所規(guī)定的3種基源的甘草(脹果甘草、光果甘草、烏拉爾甘草)為研究對象，通過柱前衍生(PMP)-HPLC法對其多糖的單糖組成進(jìn)行分析研究，比較了3種甘草多糖中的5個單糖成分，發(fā)現(xiàn)甘露糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖的比例均有差別，表明不同品種的甘草多糖中單糖的組成雖然相同，但其比例卻有較大的差異[7]。由此可以認(rèn)為甘露糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖是甘草多糖的主要單糖組成。

2 甘草多糖的免疫調(diào)節(jié)作用

免疫調(diào)節(jié)在維持機(jī)體健康中發(fā)揮重要作用。其基本機(jī)制是激活巨噬細(xì)胞和活化補(bǔ)體系統(tǒng)，進(jìn)而使機(jī)體相互協(xié)調(diào)促進(jìn)體液免疫和細(xì)胞免疫應(yīng)答，同時分泌相關(guān)免疫活性因子完成免疫調(diào)節(jié)，實現(xiàn)機(jī)體健康。

2.1 調(diào)節(jié)機(jī)體固有免疫 甘草多糖可作為免疫增強(qiáng)劑來增強(qiáng)機(jī)體固有免疫力，主要調(diào)節(jié)機(jī)體的網(wǎng)狀內(nèi)上皮系統(tǒng)功能，激活淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞等免疫細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞因子的生成，影響蛋白質(zhì)的合成及抗體的生成，改善機(jī)體的免疫功能，能在多條途徑、多個層面對免疫系統(tǒng)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

已有的報道稱甘草多糖對正常細(xì)胞無毒害作用，具有多種非特異性免疫增強(qiáng)功能，能提高巨噬細(xì)胞吞噬能力和能量代謝水平，能激活并提高網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)功能[8]。王樹琪和唐中生等研究發(fā)現(xiàn)甘草多糖可促進(jìn)體外樹突狀細(xì)胞(DC)的分化和成熟，增強(qiáng)DC的免疫學(xué)活性[9]。馮磊等在探究炙甘草多糖誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化中發(fā)現(xiàn)，水溶性炙甘草多糖能促進(jìn)巨噬細(xì)胞的M1極化、拮抗IL-4誘導(dǎo)的M2極化，可同時調(diào)節(jié)小鼠巨噬細(xì)胞再極化[10]。

2.2 調(diào)節(jié)體液免疫 甘草多糖能直接刺激細(xì)胞免疫中的B淋巴細(xì)胞增殖，達(dá)到增進(jìn)其特異性免疫功能。胡菁等從甘草殘渣中提取分離得到甘草多糖，采用血清溶血素及抗體生成細(xì)胞水平實驗、碳粒廓清實驗、S180荷瘤小鼠實驗測定其免疫和抗腫瘤作用，研究表明甘草多糖通過促進(jìn)血清溶血素IgM和IgG的生成增強(qiáng)小鼠體液免疫功能[11]。

2.3 調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫 細(xì)胞免疫是T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答反應(yīng)，同時伴隨細(xì)胞因子的輔助來提高免疫能力。熱米拉·米吉提等研究發(fā)現(xiàn)甘草多糖對經(jīng)刀豆蛋白(ConA)誘導(dǎo)的T淋巴細(xì)胞的增殖或轉(zhuǎn)化具有明顯促進(jìn)作用，表明甘草多糖提高了機(jī)體的細(xì)胞免疫功能[12]。

2.4 調(diào)節(jié)細(xì)胞因子 細(xì)胞因子(CK)是由多種細(xì)胞產(chǎn)生的，包括白細(xì)胞介素(IL)、干擾素(IFN)、腫瘤壞死因子(TNF)等。甘草多糖激活巨噬細(xì)胞分泌的多種細(xì)胞因子，可通過調(diào)節(jié)NK細(xì)胞、CTL細(xì)胞、LAK細(xì)胞介導(dǎo)的非特異性免疫與Th細(xì)胞、細(xì)胞毒性T細(xì)胞介導(dǎo)的特異性免疫來增強(qiáng)機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)功能。

甘草多糖促進(jìn)輔助性T淋巴細(xì)胞釋放細(xì)胞因子IL-2、TNF-α增強(qiáng)免疫；可促使T細(xì)胞分泌IFN-γ的數(shù)量增多或活性增強(qiáng)以來上調(diào)機(jī)體免疫水平，其次甘草多糖能使小鼠血清中TNF-α水平顯著降低，抑制肝腫瘤的生長。叢媛媛等研究甘草多糖對RAW 264.7巨噬細(xì)胞免疫功能的影響，得出甘草多糖促進(jìn)TNF-α、IL-1β、NO及NOS釋放，上調(diào)iNOS、TNF-α、IL-1β的mRNA水平，從而增強(qiáng)RAW264.7巨噬細(xì)胞的免疫功能[13]。孫舒玉等通過研究發(fā)現(xiàn)甘草多糖能促進(jìn)人外周血γδT細(xì)胞增殖，同時甘草多糖作用后，γδT細(xì)胞分泌的IFN-γ和TNF-α明顯增多[14]。

3 甘草多糖的抗炎作用

生物體通過自身防御系統(tǒng)來維持氧化還原平衡狀態(tài)，一旦平衡被打破，氧化應(yīng)激會導(dǎo)致生物大分子受到損傷，進(jìn)而造成機(jī)體的功能障礙[15]。炎癥是機(jī)體對外來刺激的一種正常防御反應(yīng)，機(jī)體的炎癥反應(yīng)可以刺激ROS生成增多，從而造成機(jī)體的氧化應(yīng)激損傷[16-17]。大量的研究證實，糖尿病、肥胖、癌癥、帕金森、老年癡呆、抑郁癥、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病都與炎癥有關(guān)。然而，甘草及其活性多糖具有抗炎、抗變態(tài)反應(yīng)和提高抗氧化力、調(diào)控炎癥反應(yīng)的藥理活性。

3.1 調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和抗氧化平衡 氧化應(yīng)激(OS)是指體內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡并傾向于氧化的一種狀態(tài)，當(dāng)機(jī)體在遭受有害刺激后，體內(nèi)活性氧自由基(ROS)過量產(chǎn)生，使氧化和抗氧化系統(tǒng)失衡。甘草多糖對ROS中的羥自由基(·OH)、超氧陰離子(O2-·)、DPPH自由基(DPPH·)具有良好的清除能力，同時還具有較強(qiáng)的還原能力，可以有效調(diào)節(jié)氧化和抗氧化系統(tǒng)的平衡[18]。

甘草多糖還可以通過調(diào)節(jié)機(jī)體抗氧化力來維持氧化-抗氧化平衡。衣蕾等在羅曼雞體內(nèi)注射新城疫疫苗后發(fā)現(xiàn)，甘草多糖顯著提高了血清總抗氧化能力(T-AOC)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、過氧化氫酶(CAT)活性和超氧化物歧化酶(SOD)含量，降低了丙二醛(MDA)含量[19]。同樣在廖成水對鼠傷寒沙門菌誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞氧化和抗氧化平衡研究中發(fā)現(xiàn)，甘草多糖能顯著降低在鼠傷寒沙門菌損傷下巨噬細(xì)胞中的MDA和ROS含量，顯著提高GSH-Px、SOD和T-AOC的抗氧化水平[20]。

3.2 調(diào)控MAPK細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)是細(xì)胞氧化應(yīng)激和損傷反應(yīng)的主要信號通路，MAPK信號途徑主要有ERK、JNK和p38三種途徑，能調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長、分化，還參與環(huán)境的應(yīng)激適應(yīng)和炎癥反應(yīng)等多種細(xì)胞病理的調(diào)節(jié)。連科迅等用LPS刺激巨噬細(xì)胞使MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活并誘發(fā)炎癥反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)通過硒化修飾的新疆烏拉爾甘草多糖(SeGUP)能明顯抑制ERK、JNK和p38蛋白磷酸化表達(dá)，且得出硒化甘草多糖的抗炎作用強(qiáng)于甘草多糖[21]。

3.3 調(diào)控炎癥過程的關(guān)鍵因子NF-κB NF-κB是炎癥過程的關(guān)鍵調(diào)控因子，在炎癥和免疫反應(yīng)中，核轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)在誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄和調(diào)節(jié)基因表達(dá)過程中具有重要作用，如誘生型NO合酶(iNOS)等酶和TNF-α等炎癥因子都通過NF-κB進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控。Cheng C Y等研究了LPS刺激的RAW264.7巨噬細(xì)胞在應(yīng)用于NF-κB熒光素酶檢測后，結(jié)果顯示甘草復(fù)方中草藥能降低培養(yǎng)液中NO、IL-6和TNF-α等炎癥介質(zhì)的分泌，降低iNOS和COX-2的細(xì)胞蛋白水平，降低JNK和p38MAPK的磷酸化，抑制NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性[22]。

3.4 防治骨關(guān)節(jié)炎 汪巍的研究是通過建立大鼠骨關(guān)節(jié)炎模型對其關(guān)節(jié)腔注射不同濃度的甘草多糖，表明甘草多糖可通過促進(jìn)葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶(GlcAT-I)的表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)大鼠骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞增殖和糖胺多糖(GAG)的合成，表明甘草多糖具有防治骨關(guān)節(jié)炎的作用[23]。

3.5 抗胃潰瘍和治療胃炎 趙云生等通過建立醋酸致小鼠毛細(xì)血管炎性滲透、無水乙醇致小鼠胃潰瘍、利血平致小鼠胃潰瘍與胃出血的動物模型研究了甘草多糖抗胃潰瘍作用，發(fā)現(xiàn)甘草多糖具有治療胃炎作用，對胃潰瘍有明顯抑制作用且量效關(guān)系明顯[24]。錢峻探討了甘草多糖對慢性萎縮性胃炎病變胃粘膜細(xì)胞的保護(hù)作用及其機(jī)制，發(fā)現(xiàn)甘草多糖可以通過調(diào)控AKT-Mdm2-p53通路以及提高Bcl-2/Bax的比值來抑制乙醇誘導(dǎo)的胃粘膜細(xì)胞損傷，還能通過提高胃粘膜組織中SOD和GSH含量并降低MDA的含量來實現(xiàn)抗氧化的作用[25]。

3.6 治療肺炎 武曉英等通過煙熏法構(gòu)建COPD小鼠模型，探究了甘草多糖對慢性阻塞性肺疾病(COPD)的小鼠肺組織炎癥和氧化損傷的修復(fù)作用，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過甘草多糖的灌胃治療后，促炎癥細(xì)胞因子IL-17、IL-6和TNF-α 的分泌降低，抑制炎癥細(xì)胞因子IL-10的分泌升高，同時其抗氧化能力提高，表明甘草多糖能夠有效修復(fù)COPD小鼠肺組織的炎癥及氧化損傷[26]。

4 炎癥與免疫的關(guān)系

炎癥與免疫密切相關(guān)，炎癥反應(yīng)大多涉及免疫機(jī)制，免疫反應(yīng)的臨床表現(xiàn)一般會晚于急性炎癥反應(yīng)，也沒有急性炎癥反應(yīng)表現(xiàn)得劇烈，而炎癥反應(yīng)和早期免疫反應(yīng)參與細(xì)胞相同。首先，TNF-α 是免疫調(diào)節(jié)起關(guān)鍵作用的細(xì)胞因子，是細(xì)胞受到刺激后最早分泌的“前炎性因子”，可以準(zhǔn)確反映細(xì)胞的活化程度，TNF-α還可以和IL-10、IL-6、IL-1β等各種類型的炎性因子共同作用，造成炎癥的瀑布級聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)炎癥反應(yīng)；其次，炎癥早期癥狀，如血管壁通透性增加、炎性滲出、組織腫脹等伴有炎癥遞質(zhì)水平的提升也必定相應(yīng)地影響到相關(guān)免疫細(xì)胞的功能，在使用LPS建立動物炎癥模型，機(jī)體巨噬細(xì)胞就會通過分泌TNF-α和IL-1β等多種炎癥因子增強(qiáng)機(jī)體免疫力。因此，甘草多糖不僅能調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力，還能加強(qiáng)抗氧化防御系統(tǒng)，保護(hù)機(jī)體免受炎癥導(dǎo)致的氧化損傷。

5 甘草多糖在畜牧業(yè)中的應(yīng)用

植物多糖作為天然活性物質(zhì)，具有來源廣泛、生物活性高、無殘留、無抗藥性等優(yōu)點，越來越多的被作為一種綠色安全的飼料添加劑被應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖中，其對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用也使其作為免疫增強(qiáng)劑應(yīng)用于動物生產(chǎn)中[27]。

馬璐等在日糧中添加不同水平甘草多糖后，發(fā)現(xiàn)21日齡肉雞血清中IgM、IL-6、IFN-γ的質(zhì)量濃度和新城疫抗體水平(P<0.05)顯著提高，這表明甘草多糖在一定程度上提高了肉雞的免疫器官指數(shù)、新城疫抗體水平、免疫球蛋白、細(xì)胞因子和脾相關(guān)細(xì)胞因子的基因表達(dá)水平，達(dá)到提高機(jī)體免疫的功能[28]。

黃靜通過構(gòu)建ETEC(產(chǎn)腸毒素大腸桿菌)感染豬腸道上皮細(xì)胞損傷模型，加入甘草多糖共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)其對ETEC感染的耐受性顯著增強(qiáng)，探討出甘草多糖可通過抑制TLR2、TLR4、TLR9受體和促炎因子IL-8、IL-6、IL-1β和TNF-α mRNA的表達(dá)來抑制ETEC感染引起的豬腸道上皮細(xì)胞的炎性反應(yīng)，從而得出甘草多糖可以達(dá)到保護(hù)ETEC感染下豬腸道細(xì)胞免疫機(jī)能的功效[29]。

6 結(jié)語與展望

炎癥是多種疾病的共同病理過程，涉及多種作用機(jī)制和多個細(xì)胞信號通路，現(xiàn)有很多天然藥物具有良好的抗炎效果且毒副作用小，因此探索有關(guān)天然藥物的抗炎免疫機(jī)理可進(jìn)一步研究相關(guān)的炎癥反應(yīng)。眾多研究表明中藥草中的多糖類物質(zhì)存在治療炎癥、抗氧化、防應(yīng)激等活性，廣泛應(yīng)用于畜禽的疾病防治、增強(qiáng)畜禽免疫力、提高動物生產(chǎn)性能、改善動物產(chǎn)品質(zhì)量等方面, 同時還可以避免藥物殘留和耐藥性的發(fā)生[30]。綜上所述，甘草多糖作為一種免疫調(diào)節(jié)劑可提高動物機(jī)體的免疫功能，起到保護(hù)機(jī)體的作用，與抗生素相比，在動物體內(nèi)不會產(chǎn)生毒副作用，對環(huán)境和人類的健康均無不良影響，因而在畜牧業(yè)發(fā)展中具有顯然的應(yīng)用前景。