多糖降血糖活性構(gòu)效關(guān)系及作用機(jī)制研究進(jìn)展

楊玉潔，劉靜宜，譚 艷，王淑惠，陳漢民，周愛梅,*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東省功能食品活性物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642；2.廣東展翠食品股份有限公司，廣東 潮州 515634）

生活水平的提高導(dǎo)致人們生活和飲食方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，由此引發(fā)許多慢性疾病，如心血管疾病、肥胖癥和糖尿病等[1]。近年來，糖尿病的患病率日益增長(zhǎng)且有年輕化的趨勢(shì)，臨床表現(xiàn)為糖代謝紊亂，還伴隨許多并發(fā)癥包括中風(fēng)、神經(jīng)病變、視網(wǎng)膜病變和腎病等[2]，嚴(yán)重危害人們的健康。糖尿病包括1型糖尿病、2型糖尿病和其他類型如妊娠期糖尿病等，其中患病率最高的為2型糖尿病，2型糖尿病占糖尿病患者的90%以上，給患者造成心理和生理困擾，同時(shí)也給醫(yī)療系統(tǒng)帶來巨大負(fù)擔(dān)[3]。目前國(guó)內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)徹底根治糖尿病的方法，降低餐后血糖是一個(gè)重要的治療思路。臨床上一般采用注射胰島素和口服降糖藥進(jìn)行治療?？诜堤撬幇p胍類降糖藥物、α-葡萄糖苷酶抑制劑、噻唑烷二酮類、磺脲類藥物（格列本脲、格列吡嗪和格列美脲）和非磺脲類胰島素促分泌劑等[4]。其中有些藥物會(huì)產(chǎn)生一定的不良反應(yīng)，如二甲雙胍導(dǎo)致部分患者消化不良[5]，磺脲類藥物會(huì)增加患者體重與心血管疾病的發(fā)病率[6]。為避免這些藥物的不良反應(yīng)，科研工作者將目光放到具有降血糖作用的天然活性物質(zhì)上，如黃酮類化合物[7]、皂苷類化合物[8]、生物堿[9]和多糖[10]等。其中多糖已經(jīng)在許多工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用了幾十年，如藥品、生物材料、食品等[11]。與此同時(shí)，人們開始認(rèn)識(shí)到多糖在生物體中的功能絕非僅僅作為支持組織結(jié)構(gòu)和能量來源，更重要的是其具有生物活性[12]。目前研究較多的有多糖的免疫調(diào)節(jié)[13]、抗腫瘤[14]、抗氧化[15]、降血糖[16]等活性，所以多糖也稱為“生物應(yīng)答效應(yīng)物”[17]。這些研究成果推動(dòng)了多糖在生物分子領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

多糖的降血糖活性十分重要，并且與多糖結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[18]，包括分子質(zhì)量[19]、單糖組成[20-22]、支鏈結(jié)構(gòu)[23-25]、高級(jí)結(jié)構(gòu)等[26-29]。而多糖的降血糖機(jī)制也是研究熱點(diǎn)，目前研究發(fā)現(xiàn)的機(jī)制主要包括調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性[30-31]、調(diào)節(jié)肝臟糖代謝[32-33]、調(diào)節(jié)腸道菌群[34-38]、對(duì)胰島細(xì)胞的保護(hù)和修復(fù)作用[33,39-40]及提高胰島素的敏感性等[41-42]。本文綜述了多糖的結(jié)構(gòu)對(duì)其降血糖活性的影響，并總結(jié)了多糖的降血糖機(jī)制，為進(jìn)一步開發(fā)和利用多糖的降血糖活性提供參考。

1 多糖結(jié)構(gòu)與其降血糖活性的關(guān)系

1.1 分子質(zhì)量對(duì)多糖降血糖活性的影響

分子質(zhì)量是影響多糖降血糖活性的一個(gè)重要因素。研究表明，多糖最佳活性的發(fā)揮有賴于其分子質(zhì)量的大小[43]。多糖分子質(zhì)量在合適的范圍內(nèi)才能發(fā)揮最佳活性，因?yàn)榉肿淤|(zhì)量越大，多糖分子體積越大，其跨膜阻力也將隨之增大，因此不利于吸收利用，進(jìn)而影響降血糖活性的發(fā)揮；但相對(duì)分子質(zhì)量太低，則多糖無法形成具有活性的結(jié)構(gòu)，從而降低其降血糖活性[24]。不同來源的多糖產(chǎn)生生物活性的最佳分子質(zhì)量范圍不同[23-24,44-46]。如邵淑宏[46]在研究烏龍茶多糖降血糖活性時(shí)測(cè)定了3 種烏龍茶多糖（安溪鐵觀音多糖、鳳凰單樅多糖和武夷大紅袍多糖）的分子質(zhì)量，結(jié)果顯示這3 種多糖分子質(zhì)量存在數(shù)量級(jí)差異（平均分子質(zhì)量分別為817、930 kDa和2 640 kDa），其中較大分子質(zhì)量的武夷大紅袍多糖對(duì)α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用最強(qiáng)。Hu Juan等[19]的研究結(jié)果表明，高劑量的大分子質(zhì)量太子參多糖PF40（52～210 kDa）降低糖尿病小鼠血糖的能力與二甲雙胍相似，但分子質(zhì)量小的太子參多糖PF90（3.0～6.8 kDa）的效果較差。有些來源的多糖，分子質(zhì)量小則更有利于降血糖活性的發(fā)揮。如Xu Yaqin等[47]對(duì)黑加侖多糖（blackcurrant polysaccharides，BCP）進(jìn)行降解，制備了兩種分子質(zhì)量較低的多糖（DBCP-1和DBCP-2），結(jié)果發(fā)現(xiàn)DBCP-1（1.30×104kDa）和DBCP-2（9.62×103kDa）比BCP（3.26×104kDa）具有更高的α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性。Wang Cong等[22]將白樺茸多糖進(jìn)行腸道內(nèi)的模擬消化，消化后的多糖（UIOPS-1I）分子質(zhì)量降低，但對(duì)α-葡萄糖苷酶的抑制活性卻顯著提高，其半抑制濃度（half-maximal inhibitory concentration，IC50）為52.97 μg/mL，遠(yuǎn)低于陽性對(duì)照阿卡波糖的IC50（101.12 μg/mL）。

1.2 單糖組成對(duì)多糖降血糖活性的影響

對(duì)多糖的單糖組成進(jìn)行分析并研究其與多糖活性之間的關(guān)系具有重要意義，因?yàn)槎嗵堑膯翁墙M成不同，可能導(dǎo)致其生物活性也不同[20-22]。這是由于單糖組成能夠影響多糖的鏈結(jié)構(gòu)與高級(jí)結(jié)構(gòu)，而高級(jí)結(jié)構(gòu)是影響多糖活性強(qiáng)弱的一個(gè)重要因素。并且有研究認(rèn)為，多糖結(jié)構(gòu)中可能存在由寡糖片段形成的“活性中心”，例如糖醛酸能明顯影響多糖的活性[48-49]。表1總結(jié)了部分具有降血糖活性的多糖的單糖組成。

表1 具有降血糖活性的一些多糖的單糖組成Table 1 Monosaccharide compositions of polysaccharides with hypoglycemic activity

從表1可以看出，大部分具有降血糖活性的多糖都具有阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和木糖，還有少部分具有半乳糖醛酸、鼠李糖和巖藻糖。多糖中個(gè)別單糖的存在或缺失會(huì)影響其降血糖活性。如白樺茸多糖中D-木糖含量的減少對(duì)于α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性的抑制能力有增強(qiáng)作用[22]。陳慶等[20]在研究刺梨多糖（RSPs-40和RSPs-60）時(shí)發(fā)現(xiàn)，與RSPs-40相比，RSPs-60缺少果糖，但其抑制α-葡萄糖苷酶的能力更強(qiáng)，這可能是果糖的缺失造成的。但對(duì)于其他來源的多糖，果糖的存在不一定會(huì)導(dǎo)致降血糖活性的減弱。如Gong Yajun等[43]研究發(fā)現(xiàn)，3 種麥冬多糖（山麥冬多糖、沿階草多糖和闊葉山麥冬多糖）僅含有葡萄糖和果糖，但對(duì)HepG2細(xì)胞和3T3-L1細(xì)胞的胰島素抵抗模型均有較好的效果。

1.3 糖苷鍵對(duì)多糖降血糖活性的影響

多糖通常由各種單糖通過糖苷鍵連接而成。根據(jù)連接糖基的方式不同，可將糖苷鍵分為不同的類型。糖苷鍵在多糖活性方面發(fā)揮重要作用，其中一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是多糖分子鏈的局部構(gòu)象，由糖基之間糖苷鍵決定[55]。過去的觀點(diǎn)認(rèn)為，以1→4糖苷鍵連接的多糖很少有活性[44]，但隨著研究的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)具有降血糖活性的多糖大多具有1→3、1→4和1→6糖苷鍵。如Wang Huijun等[56]的研究表明，綠茶多糖主鏈由半乳糖1→3和1→6糖苷鍵連接，能夠促進(jìn)RIN-5F細(xì)胞（大鼠胰腺組織/胰島細(xì)胞瘤）胰島素分泌相關(guān)基因的表達(dá)。于曉鳳[57]的研究表明，蛹蟲草菌胞外多糖主鏈以1→4連接的半乳糖為主，能有效抑制α-葡萄糖苷酶活性，恢復(fù)小鼠糖耐受能力，降低小鼠血糖值，改善脂代謝紊亂現(xiàn)象。Wang Lei等[58]研究發(fā)現(xiàn)，刺梨多糖中1→或1→6的糖苷鍵數(shù)量占總糖苷鍵的37.8%，1→2或1→4的糖苷鍵占15%，能改變?chǔ)?葡萄糖苷酶構(gòu)象從而抑制其活性（IC50=4.15 mg/mL）。

1.4 高級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)多糖降血糖活性的影響

多糖分子質(zhì)量相對(duì)較大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此具有裝載豐富生物信息的能力。多糖結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)類似，也可分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。多糖的生物活性與其一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)都有密切的關(guān)系；高級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)多糖降血糖活性的影響與其來源有關(guān)[26-28]，但大多數(shù)多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)降血糖活性是有利的。表2總結(jié)了部分具有降血糖活性的多糖的立體構(gòu)型。

由表2可以發(fā)現(xiàn)，一般來說，高級(jí)結(jié)構(gòu)的存在有利于多糖降血糖活性的發(fā)揮。其原因可能是如糖、醛、酸這類具有光學(xué)活性的生色團(tuán)存在，導(dǎo)致多糖光學(xué)活性等發(fā)生變化[28]，從而影響降血糖活性。還有觀點(diǎn)認(rèn)為，多糖特殊的空間構(gòu)型能夠突出其合適的活性作用部位，而使部分活性片段更好地發(fā)揮作用。但多糖活性的發(fā)揮是一個(gè)分子識(shí)別過程，不同多糖的分子識(shí)別機(jī)制不同[62]，因此也有研究發(fā)現(xiàn)例外。如表2中金線蓮多糖不具備三股螺旋立體結(jié)構(gòu)，而是一種棒狀的聚集體，無分支且大小均一，但同樣表現(xiàn)出較強(qiáng)的α-葡萄糖苷酶抑制活性[54,59]。又如黃精多糖、滇黃精多糖均具有三股螺旋結(jié)構(gòu)，且滇黃精多糖在溶液中分子螺旋結(jié)構(gòu)數(shù)量多于黃精多糖，但黃精多糖的α-葡萄糖苷酶抑制活性卻高于滇黃精多糖[32]。

表2 具有降血糖活性的一些多糖的立體構(gòu)型Table 2 Stereoscopic configurations of polysaccharides with hypoglycemic activity

1.5 多糖基團(tuán)對(duì)其降血糖活性的影響

多糖引入基團(tuán)后其生物活性會(huì)發(fā)生改變[23-25]，多糖之間可能因?yàn)橐胄碌幕鶊F(tuán)而產(chǎn)生了分子間作用力，使得多糖的高度和寬度發(fā)生變化并且產(chǎn)生聚集[50]，導(dǎo)致多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化從而影響其活性。也有觀點(diǎn)認(rèn)為，引入基團(tuán)會(huì)影響多糖的溶解性從而影響其活性[63-64]。

1.5.1 多糖的硫酸酯化對(duì)其降血糖活性的影響

多糖硫酸酯化后得到多糖硫酸酯，其原理是多糖大分子鏈上單糖分子中的羥基被硫酸基團(tuán)取代，此過程可天然形成或人工合成。一般來說，硫酸酯化對(duì)于多糖的活性有提高作用[65-67]，這是因?yàn)榱蛩峄揎椏梢愿淖兌嗵堑目臻g結(jié)構(gòu)，從而影響其構(gòu)效關(guān)系。例如中性茶多糖本身有顯著的降血糖作用，硫酸酯化后的中性茶多糖粒徑變大、變粗糙，同時(shí)聚集性增強(qiáng)，其降血糖活性高于未硫酸酯化的中性茶多糖，表現(xiàn)在糖尿病小鼠口服硫酸酯化的中性茶多糖后，其血糖濃度在7 h內(nèi)從造模后0 h的（16.85±6.76）mmol/L降低到（6.87±1.36）mmol/L[66]。Wang Yufen等[65]從粒毛盤菌Lachnumsp.YM240的發(fā)酵液中分離出一種該菌種的胞外多糖并進(jìn)行硫酸化處理，研究表明硫酸化的粒毛盤菌胞外多糖抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性的能力相比未硫酸化的更高，且隨著濃度提高，抑制率為68%左右。表3總結(jié)了具有降血糖活性的多糖硫酸酯。

表3 具有降血糖活性的多糖硫酸酯Table 3 Sulfated polysaccharides with increased hypoglycemic activity

1.5.2 多糖的羧甲基化對(duì)其降血糖活性的影響

羧甲基化修飾是目前多糖改性應(yīng)用最廣泛的方法之一，是利用多糖與酸或羧酸衍生物的醚化反應(yīng)向多糖鏈上引入羧甲基來實(shí)現(xiàn)多糖空間結(jié)構(gòu)和水溶性的改變，從而影響其生物活性[68,70-71]。Liu Wei等[71]制備了羧甲基化的草珊瑚多糖，研究發(fā)現(xiàn)羧甲基化的草珊瑚多糖在質(zhì)量濃度1 mg/mL時(shí)的α-葡萄糖苷酶抑制活性高于陽性對(duì)照藥物阿卡波糖，抑制率為83.38%（IC50=（146.06±15.74）μg/mL）。Wang Yufen等[68]將從粒毛盤菌Lachnumsp. YM240發(fā)酵液中獲得的多糖進(jìn)行羧甲基修飾，結(jié)果表明飼喂羧甲基化的粒毛盤菌多糖的糖尿病小鼠空腹血糖及血清甘油三酯水平顯著降低，胰島素敏感性也顯著提升。但也有研究發(fā)現(xiàn)，一些多糖進(jìn)行羧甲基化修飾后，其降血糖活性下降。如Ren Yuanyuan等[70]研究發(fā)現(xiàn)，羧甲基化的蟲草多糖抑制α-葡萄糖苷酶活性的能力并沒有提高反而有所下降，低于未羧甲基化的蟲草多糖。這可能是因?yàn)槿〈鶝]有被引入到準(zhǔn)確位置，這也說明并不是所有的化學(xué)修飾都能顯著提高多糖的生物活性，這也與多糖的結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，包括官能團(tuán)、主鏈的糖單元、支鏈的類型和聚合度、糖苷鍵以及多糖的構(gòu)象。

1.5.3 多糖的乙?；瘜?duì)其降血糖活性的影響

乙酰化修飾也是多糖最常用的化學(xué)修飾法之一，一般采用乙酸酐吡啶法，可以簡(jiǎn)單、快速并高效地制備乙?；嗵?。研究發(fā)現(xiàn)，多糖經(jīng)過乙酰化修飾后其降血糖活性有所改變，原因是乙酰化可使多糖空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使其形狀變得不規(guī)則，同時(shí)分子質(zhì)量也會(huì)發(fā)生變化，從而影響多糖的降血糖活性[24,70,72-73]。但乙?；幚砗?，多糖的降血糖活性是提高還是降低與多糖來源有關(guān)。如徐雅琴等[73]通過體外活性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，乙?；暮谒氪桌豕麑?shí)多糖比未乙?；亩嗵蔷哂懈鼜?qiáng)的α-淀粉酶（IC50分別為0.071 mg/mL和0.323 mg/mL）和α-葡萄糖苷酶抑制活性（IC50分別為0.011 mg/mL和2.079 mg/mL）。焦中高[24]研究發(fā)現(xiàn)，紅棗多糖對(duì)α-葡萄糖苷酶僅有很微弱的抑制作用（IC50=16.61 mg/mL），但采用乙酸酐法對(duì)其進(jìn)行乙?；幚砗笃鋵?duì)α-葡萄糖苷酶的抑制活性提高了3.91 倍。相反，Chen Shuhan等[72]研究發(fā)現(xiàn)，乙酰化處理降低了水溶性玉米絲多糖的降血糖活性，其α-淀粉酶抑制活性（IC50=10.31 mg/mL）比未修飾過的玉米絲多糖（IC50=10.07 mg/mL）要低，可能原因是沒有找到合適的乙?；然蛞阴；揎椷^程中多糖分子質(zhì)量不在合適的范圍內(nèi)。

2 多糖的降血糖機(jī)制

2.1 多糖調(diào)控相關(guān)消化酶活性

人體腸道內(nèi)存在多種酶，例如α-葡萄糖苷酶、淀粉酶和麥芽糖酶等。這些酶在消化吸收中充當(dāng)了重要的角色，可破壞糖類物質(zhì)的α-1,4-糖苷鍵，將淀粉、麥芽糖、蔗糖和寡糖等水解為人體易于消化吸收的物質(zhì)如葡萄糖等。葡萄糖的產(chǎn)生是餐后血糖水平升高的原因，可引起糖尿病患者胰島素敏感性降低，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥而加重病情[74]。大量研究表明，多糖可以有效抑制這類酶的活性而發(fā)揮其降血糖活性[75-78]。

α-葡萄糖苷酶是一種重要的糖類消化酶，被認(rèn)為是調(diào)節(jié)餐后高血糖的臨床治療靶點(diǎn)，能夠催化α-(1,4)-糖苷鍵水解，使寡糖水解生成葡萄糖。因此，抑制α-葡萄糖甘酶的活性能夠降低餐后血糖水平，從而預(yù)防糖尿病及其并發(fā)癥[58,79]。如陳慶等[20]研究發(fā)現(xiàn)，刺梨多糖RSPs-40和RSPs-60表現(xiàn)出較強(qiáng)的α-葡萄糖苷酶抑制活性，且均優(yōu)于陽性對(duì)照阿卡波糖。尹紅力等[74]研究發(fā)現(xiàn)，黑木耳酸性多糖對(duì)α-葡萄糖苷酶的抑制率超過50%，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證明黑木耳酸性多糖可以減緩糖尿病小鼠體質(zhì)量的降低，提高己糖激酶、琥珀酸脫氫酶的活性，有效緩解糖尿病小鼠的病情。Bu Tong等[30]研究發(fā)現(xiàn)，海帶多糖可以有效抑制α-葡萄糖苷酶的活性（IC50=38 μmol/L），體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)海帶多糖可以降低糖尿病小鼠的血糖濃度從而緩解病情。Chen Juncheng等[31]的研究證明，灰兜巴多糖能很好地抑制α-葡萄糖苷酶活性（IC50為0.019 mg/mL，而陽性對(duì)照阿卡波糖的IC50為0.097 mg/mL），并減輕胰島素抵抗。

除了α-葡萄糖甘酶外，淀粉酶、麥芽糖酶的活性與血糖含量也有關(guān)，多糖可通過抑制這些消化酶的活性進(jìn)一步延緩碳水化合物的吸收，從而達(dá)到降低餐后血糖的目的。王飛[75]在研究桃膠多糖的降血糖活性作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)桃膠多糖能抑制淀粉酶、麥芽糖酶的活性而實(shí)現(xiàn)較好的降血糖效果，而陽性對(duì)照阿卡波糖僅能抑制淀粉酶活性，不能抑制麥芽糖酶活性。Hasan等[80]研究證明，石巖楓多糖具有α-淀粉酶抑制活性（IC50=2.038 mg/mL），并且在口服葡萄糖耐量實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其能有效降低大鼠血糖濃度。BelHadj等[81]研究也發(fā)現(xiàn)，接受石莼多糖治療的糖尿病大鼠，其血漿和小腸中α-淀粉酶和麥芽糖酶活性下降，且血漿中甘油三酯和總膽固醇的水平也降低，而高密度脂蛋白膽固醇的水平則升高，證實(shí)了石莼多糖具有治療糖尿病的潛在作用。

2.2 多糖調(diào)節(jié)肝臟糖代謝中關(guān)鍵酶表達(dá)

肝臟是調(diào)控機(jī)體內(nèi)血糖水平和生理機(jī)能十分重要的器官。在調(diào)控過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的主要有以下4 種酶：葡萄糖激酶能將葡萄糖磷酸化并轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸；糖原合成酶（glycogen synthetase，GS）能將多余的葡萄糖逐個(gè)轉(zhuǎn)化為糖原儲(chǔ)存起來；而葡萄糖-6-磷酸酶（glucose-6-phosphatase，G6Pase）和糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase，GP）能催化糖原分解生成葡萄糖[82-83]。研究發(fā)現(xiàn)，多糖可以調(diào)節(jié)肝細(xì)胞的耗糖量和肝糖原的生成而實(shí)現(xiàn)降血糖作用[32-33]，其機(jī)制是多糖通過影響葡萄糖代謝途徑中的關(guān)鍵酶表達(dá)，從而調(diào)節(jié)肝臟糖代謝。如靈芝多糖能使糖尿病小鼠肝臟中G6Pase和GP的mRNA水平顯著降低，并且空腹血糖水平也降低[84]。Xiao Zuoqi等[82]給予糖尿病大鼠麥冬多糖后，大鼠肝中GK和GS的活性和mRNA水平明顯升高，而G6Pase、GP活性和mRNA水平顯著降低，并降低了空腹血糖濃度。

2.3 多糖調(diào)控腸道菌群

攝入過多高糖高脂肪食物會(huì)破壞正常腸道菌群，從而引發(fā)2型糖尿病[85]。目前有研究證實(shí)，阿卡波糖和二甲雙胍可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群增加益生菌的含量，特別是乳酸桿菌和雙歧桿菌的含量，從而改善慢性低度炎癥、減輕胰島素抵抗[34]。同樣，許多研究表明，多糖對(duì)于腸道菌群也有調(diào)控作用[34-38]。Nguyen等[86]研究發(fā)現(xiàn)，海帶多糖降低了高脂飲食小鼠腸道內(nèi)潛在致病細(xì)菌ClostridiumXIVb（梭狀桿菌XIVb）和ClostridiumXI（梭狀桿菌XI）的豐度，增加了有益細(xì)菌副桿菌屬（Parabacteroides）和擬桿菌屬（Bacteroides）的豐度，逆轉(zhuǎn)了高脂飲食誘導(dǎo)所造成的不良影響。靈芝多糖降低了胰島素抵抗小鼠血漿胰島素濃度，逆轉(zhuǎn)了全身胰島素抵抗，還在屬水平上減少了對(duì)炎癥和胰島素抵抗起到了促進(jìn)作用的明串珠菌屬（Leuconostoc）的豐度[87]。

事實(shí)上，多糖調(diào)控腸道菌群降血糖并不是單純地通過調(diào)控腸道菌群豐度實(shí)現(xiàn)的。Larsen等[88]研究發(fā)現(xiàn)擬桿菌門（Bacteroidetes）和厚壁菌門（Firmicutes）的豐度之比與血糖濃度呈正相關(guān)，但Chen Yuqing等[89]的研究證明，給予冬菇多糖處理的糖尿病小鼠，其糞便中Bacteroidetes數(shù)量顯著增加，而Firmicutes和變形菌門（Proteobacteria）豐度下降，糖尿病小鼠血糖濃度降低。這可能是由于多糖和腸道菌群是相互作用的，部分多糖可以在不被降解的情況下通過消化系統(tǒng)進(jìn)入大腸，多糖調(diào)控腸道菌群的同時(shí)也能被腸道菌群分解利用，將多糖降解為短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs），而SCFAs在維持上皮屏障功能、降低血糖濃度、降低胰島素抵抗和緩解炎癥方面有重要作用[90-91]。因此，在研究多糖通過調(diào)控腸道菌群降血糖時(shí)，部分腸道菌群門、屬上豐度的變化，不能直接代表多糖降低血糖的能力。

2.4 多糖保護(hù)和修復(fù)胰島細(xì)胞

雖然大部分糖尿病患者都為2型糖尿病，但隨著患病率的攀升，1型糖尿病患者的總數(shù)也越來越大，其患病機(jī)制為Fas（又稱APO-1/CD95，是存在于細(xì)胞表面與凋亡有關(guān)的抗原）系統(tǒng)介導(dǎo)的胰島細(xì)胞凋亡和胰島素絕對(duì)不足[92]。胰島素是由胰臟內(nèi)的胰島β細(xì)胞分泌的一種蛋白質(zhì)激素，也是機(jī)體內(nèi)唯一降低血糖的激素，同時(shí)可促進(jìn)糖原、脂肪、蛋白質(zhì)合成[93]。研究證實(shí)，多糖具有保護(hù)和修復(fù)胰島細(xì)胞的作用[33,39-40]。李承德等[40]的研究表明，黃芪多糖通過下調(diào)Fas表達(dá)抑制β細(xì)胞凋亡，阻止胰島β細(xì)胞受損，促進(jìn)胰島素的分泌，血糖濃度下降。楊榮敏[39]研究發(fā)現(xiàn)，枸杞多糖能提高胰島β細(xì)胞的存活率，有效降低細(xì)胞培養(yǎng)液上清中的一氧化氮和丙二醛含量，提高細(xì)胞培養(yǎng)液上清的超氧化物岐化酶活性，達(dá)到降血糖的效果。Wu Guangjie等[33]研究發(fā)現(xiàn)，從綠豆、小豆、豌豆和豇豆中提取出的4 種豆類多糖均具有修復(fù)糖尿病小鼠胰腺組織的損傷和減少胰島萎縮的作用，其中以小豆多糖和豇豆多糖的效果最為顯著，觀察切片可以發(fā)現(xiàn)這兩組胰島細(xì)胞基本恢復(fù)正常。

2.5 多糖提高胰島素的敏感性

胰島素是機(jī)體內(nèi)唯一能降低血糖的激素，當(dāng)機(jī)體發(fā)生胰島素抵抗時(shí)，胰島素識(shí)別受體異常，導(dǎo)致葡萄糖攝取和利用的效率下降，然后機(jī)體代償性地分泌過多胰島素產(chǎn)生高胰島素血癥，易導(dǎo)致代謝綜合征和2型糖尿病。研究表明，多糖具有提高胰島素敏感性的能力，能夠調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)改善胰島素抵抗[41,82]，其機(jī)制是多糖能夠調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)通路上受體的表達(dá)。下面介紹兩種經(jīng)典的胰島素信號(hào)通路。

第一條是磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B， PKB，也稱Akt）通路。當(dāng)胰島素激活細(xì)胞表面胰島素受體（insulin receptor，INsR）之后，INsR與胰島素受體底物（insulin receptorsubstrate，IRS）結(jié)合，使IRS靠近質(zhì)膜的同時(shí)被磷酸化，磷酸化的IRS激活PI3K。隨后，活化的PI3K催化磷脂酰肌醇(4,5)二磷酸鹽（phosphatidyl inositol 4,5-bisphosphate，PIP2）磷酸化成磷脂酰肌醇(3,4,5)三磷酸鹽（phosphatidyl inositol 3,4,5-trisphosphate，PIP3）。PIP3再與Akt相互作用，磷酸化糖原合成激酶3（glycogen synthase kinase 3，GSK3）并使之失活，恢復(fù)其催化合成糖原的活性，糖原合成增加促使血糖降低。第二條經(jīng)典通路是PKB/葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4（glucose transporter 4，GLUT4）通路。葡萄糖易化擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)家族是細(xì)胞吸收葡萄糖過程的主要載體。其中GLUT4作為己糖易化擴(kuò)散轉(zhuǎn)位體家族的一員，負(fù)責(zé)將葡萄糖運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)。正常情況下，GLUT4在細(xì)胞的內(nèi)部，接收到胰島素信號(hào)就會(huì)迅速往細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)移，大大提高葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，因此GLUT4水平出現(xiàn)異常會(huì)導(dǎo)致胰島素抵抗。PKB是GLUT4易位的主要上游調(diào)節(jié)因子，PKB的磷酸化可以促進(jìn)GLUT4的表達(dá)和向細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)移。事實(shí)上，這兩條經(jīng)典通路是相互聯(lián)系的，圖1是這兩條通路降低血糖的示意圖。

圖1 胰島素通過PI3K-Akt-GLUT4通路降血糖示意圖Fig. 1 Insulin reduces blood glucose through phosphatidylinositol 3-kinase-protein kinase B-glucose transporter 4 (PI3K-Akt-GLUT4) pathway

綜上所述，胰島素信號(hào)通路蛋白主要包括第一條經(jīng)典通路中的胰島素受體、胰島素受體底物、磷脂酰肌醇3-激酶、Akt、糖原合成酶激酶-3和第二條經(jīng)典通路中的GLUT 4，這些信號(hào)通路被認(rèn)為是參與胰島素抵抗發(fā)生的主要因素，多糖可以通過調(diào)節(jié)這些通路蛋白的表達(dá)來緩解胰島素抵抗，提高胰島素敏感性。

如Xiao Zouqi等[82]的研究證明，麥冬多糖可以上調(diào)肝組織胰島素受體、胰島素受體底物-1、磷脂酰肌醇3-激酶、Akt和GLUT 4蛋白的表達(dá)，下調(diào)糖原合成酶激酶-3的表達(dá)，并且能有效增加糖尿病大鼠肝糖原含量，降低空腹血糖濃度。Liu Min等[41]研究發(fā)現(xiàn)，黃芪多糖可部分恢復(fù)糖尿病小鼠骨骼肌中PKB磷酸化和GLUT4向細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)移，并且降低了糖尿病小鼠的體質(zhì)量增加和空腹血糖濃度，改善了糖尿病小鼠的胰島素抵抗。

另外，多糖還能影響胰高血糖素介導(dǎo)的環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）-激活蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）信號(hào)通路，恢復(fù)血液中胰島素與胰高血糖素的比例從而降低血糖濃度[56]。信號(hào)分子作用于膜受體后，通過G蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶（adenylate cyclase，AC）系統(tǒng)產(chǎn)生cAMP，cAMP作為第二信使可以激活PKA進(jìn)行信號(hào)傳遞與放大，調(diào)節(jié)PKA下游通路蛋白的表達(dá)。如Liu Yage等[94]研究發(fā)現(xiàn)，鐵皮石斛多糖顯著降低了小鼠肝臟中cAMP-PKA信號(hào)通路相關(guān)蛋白胰高血糖素、胰高血糖素受體、AC、PKA-C及p-PKA的蛋白表達(dá)量，從而降低糖尿病小鼠的血糖。

3 結(jié) 語

多糖作為一種毒副作用低、生物相容性好的活性物質(zhì)備受關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，具有降血糖活性的多糖可通過調(diào)控相關(guān)消化酶活性、糖代謝途徑、腸道菌群和影響相關(guān)通路蛋白的表達(dá)等達(dá)到降血糖的目的，并且其降血糖活性與多糖的分子質(zhì)量、取代基和初高級(jí)結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。目前，多糖在降血糖方面的研究主要集中在降血糖活性的驗(yàn)證及作用機(jī)制上，存在的問題和未來研究發(fā)展的方向主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。一是對(duì)多糖的構(gòu)效關(guān)系及糖尿病有關(guān)的并發(fā)癥研究較少；二是部分研究從腸道菌群的角度出發(fā)，卻未能揭示具體作用機(jī)制；三是多糖在體內(nèi)的代謝途徑也未明確。以上均是多糖未來的重點(diǎn)研究方向，應(yīng)結(jié)合更先進(jìn)的技術(shù)手段解析多糖結(jié)構(gòu)，并在化學(xué)分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合物理、生物等技術(shù)手段進(jìn)一步深入研究。同時(shí)在此基礎(chǔ)上，應(yīng)從較新的角度揭示降血糖作用機(jī)制，為未來篩選高降血糖活性多糖奠定基礎(chǔ)。