當(dāng)歸多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)、藥理作用及構(gòu)效關(guān)系研究進展

金陽，葛金環(huán)，劉思琦，陳建寧，李廷利

（黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040）

傘形科植物當(dāng)歸（Angelicae sinensis）是常用傳統(tǒng)中藥，一般以黃棕褐色的圓柱形干燥根入藥，廣泛分布于世界各地，多用于婦女護理健康、保健、膳食補充和食物［1］。當(dāng)歸始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，具有補血活血、調(diào)經(jīng)止痛、潤腸通便等作用［2］，素有“十方九歸”之稱。當(dāng)歸多糖是一類天然高分子化合物，為當(dāng)歸主要活性物質(zhì)，具有廣泛藥理作用，如促進造血功能、提高免疫能力、抗腫瘤、抗氧化等［3］，其豐富的藥理活性與其結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。近年來，隨著新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，當(dāng)歸多糖在提取分離純化、活性機制、結(jié)構(gòu)修飾等方面研究甚多［4］，但其藥理作用研究大部分都只在藥效學(xué)，很少有構(gòu)效關(guān)系的研究。為促進當(dāng)歸多糖更深入地應(yīng)用，本文對當(dāng)歸多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)及藥理作用進行了系統(tǒng)性的整理和歸納，并探究其可能存在結(jié)構(gòu)和生物活性的關(guān)系，為今后當(dāng)歸多糖的實驗研究和臨床應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，也可為當(dāng)歸的綜合開發(fā)應(yīng)用提供理論參考。

1 當(dāng)歸多糖的結(jié)構(gòu)研究

當(dāng)歸多糖屬于植物多糖，由至少10 個相同或不同的單糖以α-或β-糖苷鍵連接而成的聚糖，廣泛存在于自然界植物體中。當(dāng)歸多糖根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為兩種類型：一類是同聚多糖，即由一種單糖重復(fù)組成的；二是雜多糖，即由兩種或兩種以上的單糖組成，如葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖等，但其組分主要以葡萄糖為主。當(dāng)歸粗多糖經(jīng)分離純化后，得到多糖APS-bⅡ，為白色粉末，此多糖為首次從當(dāng)歸中分離出來的一種多糖［5］。目前從當(dāng)歸中提取的多糖，主要以雜多糖為主，見圖1，主要結(jié)構(gòu)骨干是α（1，4）-Glc，相對分子量分布在5.1～2 300 kDa。其中活性多糖以水溶性多糖為主，多糖的理化性質(zhì)和生物活性與單糖主鏈、單糖組成、相對分子質(zhì)量、糖苷鍵的構(gòu)型和位置、官能團、分支度等結(jié)構(gòu)參數(shù)以及高級構(gòu)象密切相關(guān)［6］。到目前為止，從當(dāng)歸中提取多糖見表1。

2 當(dāng)歸多糖的藥理作用

2.1 抗腫瘤

目前，腫瘤主要通過化療、放療、手術(shù)等方式治療，常用藥物為順鉑等，但這些治療藥物會對身體產(chǎn)生嚴重的不良反應(yīng)，容易讓患者對藥物產(chǎn)生耐藥性，導(dǎo)致機體免疫系統(tǒng)受到抑制，使患者難以堅持治療。因此，尋找新的腫瘤治療藥物是迫切需要解決的問題。中醫(yī)學(xué)認為，防治療腫瘤講究扶正固本，可以通過直接促進腫瘤細胞凋亡或間接增強免疫功能來實現(xiàn)抗腫瘤作用。當(dāng)歸多糖的抗腫瘤作用在臨床應(yīng)用上具有顯著療效，并得到了高度認可。當(dāng)歸多糖抗腫瘤的作用具有多方位、多靶點的特點，一是通過增強機體免疫功能，如激活淋巴細胞和巨噬細胞、促進細胞因子分泌，發(fā)揮間接抗腫瘤作用；二是通過對腫瘤細胞內(nèi)信號途徑調(diào)節(jié)，抑制腫瘤細胞的生長、降低其遷徙力和黏附力，誘導(dǎo)細胞凋亡；三是通過聯(lián)合用藥，降低毒性增加療效。當(dāng)歸多糖的抗腫瘤作用見表2。

表2 當(dāng)歸多糖的抗腫瘤作用

2.2 抗氧化作用

生物系統(tǒng)內(nèi)的自由基是生命細胞的“殺手”，是機體利用氧氣進行代謝反應(yīng)時產(chǎn)生的一類具有高度生物活性且氧化性極強的化合物。正常情況下，機體維持著“氧化-抗氧化”之間的動態(tài)平衡，但當(dāng)自由基或機體自身的抗氧化能力失衡時，則會導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)受到破壞，蛋白質(zhì)和核酸變質(zhì)，因此會加速機體衰老甚至誘發(fā)各種疾病?，F(xiàn)代研究表明，當(dāng)歸多糖對體內(nèi)自由基有較強的清除功能，調(diào)控高酚氧化酶活性、超氧化物歧化酶活性和谷胱甘肽過氧化物酶活性，緩解機體的氧化應(yīng)激反應(yīng)。當(dāng)歸多糖可提高機體組織的抗氧化能力，使機體免受氧化應(yīng)激損傷，同時對美容和延緩衰老也具有十分重要的意義。目前，在當(dāng)歸中分離發(fā)現(xiàn)一株內(nèi)生真菌——微生物胞外多糖（EPS），是一種新的天然抗氧化劑［26］。當(dāng)歸多糖的抗氧化作用見表3。

表3 當(dāng)歸多糖的抗氧化作用

2.3 免疫調(diào)節(jié)

當(dāng)歸多糖及其衍生物能夠激活免疫系統(tǒng)，對機體的非特異性免疫和特異性免疫（體液免疫和細胞免疫）均有促進作用［39］，其既能明顯增強非特異性免疫中吞噬細胞的吞噬和攝取能力，又能提高血清中抗體的水平，增強小鼠體液和細胞免疫的能力，促進小鼠脾淋巴細胞增殖反應(yīng)。最新研究表明，多糖因其較強的免疫調(diào)節(jié)能力以及生物可降解和低毒性等特點，為開發(fā)新型多糖免疫增強劑奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)歸多糖的免疫調(diào)節(jié)作用見表4。

表4 當(dāng)歸多糖的免疫調(diào)節(jié)作用

2.4 造血作用

再生障礙性貧血（AA）是由多種原因引起的骨髓造血衰竭綜合征，該疾病的主要表現(xiàn)特征是全血細胞減少，其發(fā)病機制與造血干細胞功能損傷或數(shù)目減少、造血微環(huán)境損傷及微環(huán)境中基質(zhì)細胞損傷導(dǎo)致的正、負造血調(diào)控因子表達異常有關(guān)。當(dāng)歸多糖能通過直接或間接途徑促進造血干細胞和造血祖細胞增殖分化或促進其他造血生長因子、提高外周全血細胞數(shù)量、改善造血微環(huán)境等多種造血環(huán)節(jié)來促進機體造血，從而達到補血效果［40］，治療貧血有一定的療效。當(dāng)歸多糖的造血作用見表5。

表5 當(dāng)歸多糖造血作用

2.5 保肝作用

肝臟作為人體最大的消化腺和主要的排毒器官，有新陳代謝、造血、凝血、免疫調(diào)節(jié)和解毒等多種功能。近些年由于藥物不當(dāng)使用和飲酒過度等原因，使肝臟細胞損傷過度，機體失衡，導(dǎo)致肝臟類疾病發(fā)生逐漸增高。當(dāng)歸多糖可以清除自由基，提高抗氧化活性，使肝細胞膜結(jié)構(gòu)恢復(fù)，從而對肝損傷、酒精性肝病、肝功能的異常等各種肝臟疾病的治療具有顯著療效。當(dāng)歸多糖的保肝作用見表6。

表6 當(dāng)歸多糖的保肝作用

2.6 其他作用

當(dāng)歸多糖結(jié)構(gòu)多樣，生物活性豐富，對機體還有其他的作用。研究表明，當(dāng)歸多糖還具有抗病毒、防輻射、腎臟保護等多種生物活性。當(dāng)歸多糖的其他作用見表7。

表7 當(dāng)歸多糖的其他作用

3 當(dāng)歸多糖的構(gòu)效關(guān)系

3.1 當(dāng)歸多糖的結(jié)構(gòu)與其生物活性的關(guān)系

研究證明，多糖結(jié)構(gòu)組成對其生物活性的影響更大［57］。孫元琳等［58］研究了支鏈中性糖、酯化度和半乳糖殘基對當(dāng)歸多糖（ASP3）輻射防護功能的影響，結(jié)果表明，毛狀區(qū)的中性糖支鏈主要起到ASP3 的輻射防護作用，光滑區(qū)的半乳糖醛酸主鏈也有調(diào)節(jié)作用。同時，不同酯化程度會引起不同空間構(gòu)型，從而影響ASP3 的輻射防護功能。WASSER S［59］提出，具有抗腫瘤活性的多糖至少具有（1→6）-β 分枝、（1→3）-β-D-葡聚糖主鏈、三螺旋結(jié)構(gòu)。DEMLEITNER S等［60］提出，（1→3）-β-糖苷鍵的連接是具有抗腫瘤活性多糖的必須結(jié)構(gòu)，與相對分子質(zhì)量的大小無關(guān)。WLAB C 等［24］研究發(fā)現(xiàn)，APS-2I可直接與半乳糖凝集素-3（Gal-3）結(jié)合，這種結(jié)合作用導(dǎo)致Caspase-9 和Caspase-3 途徑激活，從而誘導(dǎo)Gal-3 高表達的白血病細胞凋亡，其發(fā)揮作用可能與APS-2I的結(jié)構(gòu)1，4-GalpA、1，3Rhap、1，2，6-Galp、1，6-Galp 和1，2-Manp的骨架和含有Taraf、1，4-Galp、1，3-Araf、1，5-Araf、1，3，5-Araf 和1，6-Galp 的分支密切相關(guān)，該實驗進一步證明了多糖活性由糖鏈結(jié)構(gòu)決定，與分子量大小無直接關(guān)系。YU Z 等［61］發(fā)現(xiàn)當(dāng)歸中分離可得到水溶性酸性雜多糖（ASP），其一個骨架由（1→3）聯(lián)系Galp，（1→6）聯(lián)系Galpand 2-OMe-（1→6）聯(lián)系Galpand GlcpA 和Araf 終止，所有Arafand 大多數(shù)Glcpare 分布在分支。研究結(jié)果顯示，ASP 能抑制HepG2、MCF-7 和A549 細胞的增殖，進而達到抗腫瘤療效。

3.2 當(dāng)歸多糖的分子量與其生物活性的關(guān)系

分子量的高低與當(dāng)歸多糖的活性密切相關(guān)，當(dāng)歸多糖分子量不同，其生物活性也不同。孫元琳等［72］通過三氟乙酸（trifluoroacetic acid，TFA）對當(dāng)歸多糖（ASP3）進行水解，獲得了組成相近相對分子質(zhì)量較高的多糖（ASP3-PH），與ASP3-PH 相比，高分子量的ASP3的輻射防護活性更高，這可能與當(dāng)歸多糖的空間結(jié)構(gòu)和高分子量密切相關(guān)。單俊杰等［43］采用4 種不同濃度乙醇對當(dāng)歸多糖進行降解，研究不同聚合度的當(dāng)歸多糖組分對小鼠脾淋巴細胞增殖及誘生IFN-γ 的影響，發(fā)現(xiàn)降解后多糖AP-Ⅰ和AP-Ⅱ組分分子量較大，增強了其免疫活性。

3.3 當(dāng)歸多糖的糖醛酸殘基與其生物活性的關(guān)系

多糖的糖醛酸殘基與其理化性質(zhì)密切相關(guān)，可改變多糖的溶解性。YANG X B 等［29］從當(dāng)歸水溶性多糖（CAP）中分離得到的APF1、APF2和APF3，這三種多糖的糖醛酸鍵具有穩(wěn)定和耐熱水解的特性，熱穩(wěn)定是APF2 ＞APF1 ＞APF3 ＞CAP，其中發(fā)現(xiàn)APF2 的糖醛酸含量較高，因此，APF2體現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性和免疫刺激活性，是一種潛在的新型免疫刺激劑。SHANG P等［73］對當(dāng)歸4 種多糖（AP-0、AP-1、AP-2、AP-3）在體外腫瘤細胞侵襲轉(zhuǎn)移作用進行了探究，發(fā)現(xiàn)含高含量糖醛酸的AP-0和AP-3對肝癌細胞侵襲轉(zhuǎn)移有較強的抑制作用。

3.4 當(dāng)歸多糖通過化學(xué)修飾引入不同官能團對其生物活性的影響

硫酸化、磷酸化、硒化、乙?；?、羧甲基化等方法是對當(dāng)歸多糖進行化學(xué)修飾的常用方法，是通過對多糖糖殘基上的羥基、羧基等官能團進行修飾，從而獲得生物活性較好的多糖衍生物，其中以硫酸化和硒化最為常見。QIN T 等［41］認為硒化當(dāng)歸多糖具有硒和多糖的雙重藥理活性，發(fā)揮生物活性主要與其硒和多糖的含量有關(guān)，硒多糖增強免疫活性依賴于最佳硒和碳水化合物含量。實驗結(jié)果表明，sCAP2L 的活性最強，這可能是由于其硒和碳水化合物CAP2L含量最佳所致。許多研究認為硒化當(dāng)歸多糖有望成為新型免疫增強劑的組分藥物。研究發(fā)現(xiàn)［74］多糖經(jīng)硫酸化修飾后，其對DPPH 機體自由基、超氧自由基（·O2-）和羥基自由基（·OH）的清除率可以得到提高。也有研究發(fā)現(xiàn)，通過對當(dāng)歸多糖硫酸化修飾前后總還原能力和清除羥基自由基能力無明顯增強，這可能是由于不同體系產(chǎn)生自由基的機制不同，以及多糖結(jié)構(gòu)在硫酸化過程中被破壞造成的。YANG T 等［57］研究發(fā)現(xiàn)APS 經(jīng)硫酸化生成的APS-1 具有明顯的抗病毒活性和提高機體免疫功能，認為APS-1可能是一種潛在的新型抗病毒藥物。

3.5 當(dāng)歸多糖的不同單糖組成和含量與生物活性的關(guān)系

有研究表明［29］，在APF1、APF2 和APF3 中，發(fā)現(xiàn)3個多糖組分中主要糖類在不同的多糖組分之間存在差異。APF1 主要由阿拉伯糖組成，最高可達53.4%；APF2 的主要糖類為阿拉伯糖（38.1%）和半乳糖醛酸（25.7%）；APF3 是一種主要由半乳糖醛酸（32.2%）組成的高酸性多糖組分。然而，筆者發(fā)現(xiàn)富含半乳糖醛酸的多糖組分在所有測試參數(shù)中都表現(xiàn)出較高的活性，這種單糖組成的差異可能有助于對H2O2損傷的巨噬細胞的保護和抗氧化作用。周濤［23］研究發(fā)現(xiàn)SASP和JASP-1A 對羥基自由基和DPPH 自由基均有一定的清除能力，但SASP 的抗氧化作用遠大于JASP-1A，這與SASP 中阿拉伯糖含量較高有關(guān)。LI H Y 等［64］探討不同當(dāng)歸產(chǎn)物中的多糖（ASTP、ASTUP、ASJP和ASYP）體內(nèi)保肝作用的“構(gòu)-效”關(guān)系，發(fā)現(xiàn)ASTP、ASTUP、ASJP 和ASYP 的組成主要是L-阿拉伯糖，其中ASTP中的阿拉伯糖含量最高，多糖的組成不同決定其結(jié)構(gòu)特性，而結(jié)構(gòu)特性決定其保肝作用。

4 展望

多糖是比蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子所攜帶的結(jié)構(gòu)信息更多的一類極性大分子［74］。廣泛存在于動物、植物、真菌和微生物體內(nèi)［75］。在自然界中，多糖是最豐富的生物聚合物之一，在生物體和細胞的生命活動中發(fā)揮著重要作用，具有廣泛的生物活性。由于單糖組成和結(jié)構(gòu)均存顯著差異，多糖在自然界中多以混合物的形式存在。已經(jīng)獲得近300 多種純度和質(zhì)量較高的天然糖類化合物，在科研和生活中被廣泛應(yīng)用，例如常用于科學(xué)研究的大腸桿菌脂多糖，作為藥物的茯苓多糖、香菇多糖、枸杞多糖等。

當(dāng)歸多糖作為當(dāng)歸中的主要生物活性物質(zhì)之一，具有毒副作用小，安全性好等優(yōu)點。當(dāng)歸總多糖包含果膠多糖、中性多糖和弱酸性多糖。但是天然當(dāng)歸多糖由于產(chǎn)率低、分離純化復(fù)雜等問題，致使現(xiàn)有的研究主要是針對當(dāng)歸的雜多糖或衍生物的生物活性。當(dāng)歸雜多糖是由阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖組成?，F(xiàn)代藥理研究表明，當(dāng)歸多糖不僅可以增強機體免疫功能、抗氧化等作用，還可以減輕人體重要器官的異常病變，具有抗腫瘤、防輻射、保肝等許多藥理活性，應(yīng)用價值巨大。深入探究當(dāng)歸多糖的結(jié)構(gòu)是研究其生物活性的前提，不僅有助于其作用機制的深入研究，還有助于開發(fā)更加有效的類似物或者衍生物作為相應(yīng)疾病治療的新型藥物。目前，當(dāng)歸多糖的結(jié)構(gòu)特征和藥理活性之間的構(gòu)效關(guān)系處于初步探討階段，仍需要大量實驗進行補充驗證。為使當(dāng)歸多糖的化學(xué)成分及藥理活性有更全面的了解，推動我國中藥當(dāng)歸資源的開發(fā)利用，同時拓展研究當(dāng)歸多糖衍生物新功能，還需廣大科研人員共同探索和努力。