三個不同種源的鐵皮石斛多糖比較及其初步的藥理活性評價

黃俊彬，丁 婕，朱海媚，李運容，黃丹丹，魏 剛,

（1.廣東省中醫(yī)院，廣東廣州 510120；2.廣州中醫(yī)藥大學，廣東廣州 510006）

“北有人參，南有石斛”，鐵皮石斛分布廣泛，目前種植區(qū)域主要有云南廣西、廣東丹霞、浙江福建等幾大產區(qū)[1]。石斛在《本草綱目》中有“補五臟虛勞羸瘦，強陰益精。久服，厚腸胃”[2]等記載。而鐵皮石斛作為石斛中在2010年版《中國藥典》中被單獨收錄，且作為藥食同源的佳品，在食品行業(yè)中應用廣泛，市場上石斛茶、石斛酒、石斛飲料、石斛面條等食品和保健品層出不窮[3]，并宣稱石斛類產品具有提高免疫力、抗腫瘤或抗衰老等功效。研究發(fā)現，鐵皮石斛的主要活性成分有多糖、黃酮、茋類、酚類和揮發(fā)油等[4?8]，而多糖作為鐵皮石斛中含量最高的成分，具有良好的抗氧化[9]、抗腫瘤[10]、調節(jié)胃腸道功能[11?12]、降血糖[13]以及提高機體免疫力[14?15]等作用。

但鐵皮石斛現有的主要有效成分的評價指標一般體現為多糖總含量，不僅缺乏特異性，且并非多糖含量越高越好。目前，鐵皮石斛的研究主要集中在成分分離、結構鑒定及藥理藥效研究[16?17]，但由于價格昂貴，市場上產品繁多雜亂，品質良莠不齊，研究者多采用單一的鐵皮石斛來源進行研究，缺乏比較性研究。不同產地、不同部位、不同采收時間等不同研究操作下獲得的實驗結果也很難以進行有效的比較[18]。多糖的分離純化及結構鑒定的難度很大，這與其結構復雜有很大的關系[19?20]，且由于提取、分離、降解的方法不同，獲得的多糖片段差異較大[21?22]。目前多糖提取主要采用水提醇沉法，部分研究采用纖維素凝膠樹脂和葡聚糖凝膠柱等進行純化后的片段進行研究[23]，在多糖的其他指標里，主要有測定分子量[24]、單糖組成比例[25?26]及外紅光譜[27]等。

本研究通過收集主要的三大道地產區(qū)的鐵皮石斛，參考以上常規(guī)方法對其進行結構鑒定及分析，擬通過相同的提取分離純化方式，在前期穩(wěn)定方法獲得多糖片段的情況下[28]，得到一個相對穩(wěn)定分子量的多糖片段，通過比較其初步的結構表征，探討不同鐵皮石斛的差異及活性，為鐵皮石斛的種植產地、產品開發(fā)的原材料選擇及質量評價提供一定的參考，也為進一步的石斛多糖藥理活性評價奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

云南種鐵皮石斛鮮條（批號20140412） 由課題組成員陶盛昌購自淘寶店；浙江種鐵皮石斛鮮條（批號20160315） 由浙江朱旭升先生提供；丹霞種鐵皮石斛鮮條（批號：20160425） 由福建省連城冠江鐵皮石斛有限公司江仁輝先生提供；以上三種鐵皮石斛經廣州中醫(yī)藥大學中藥學院研究員魏剛教授鑒定分別為云南種鐵皮石斛、浙江本地種鐵皮石斛、丹霞種鐵皮石斛；純凈水 華潤怡寶食品飲料（深圳）有限公司；乙酸銨、苯酚 天津市永大化學試劑有限公司；1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP） 阿拉??；鹽酸溶液、氫氧化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉 天津市大茂化學試劑廠；乙腈 色譜純，德國Merk公司；石油醚、無水乙醇、正丁醇、三氯甲烷 天津市致遠化學試劑有限公司；濃硫酸 廣州市東紅化工廠；MTT（噻唑藍粉劑）、DMSO（二甲基亞砜） Sigma公司；FBS（胎牛血清） Hyclone公司；雙抗、DMEM培養(yǎng)液、胰酶 Gibco公司；所有分離用有機溶劑 均為國產分析純；葡聚糖T系列（5000 u，批號00269；11000 u，批號00270；80000 u，批號00892；15000 u，批號008 93；273000 u，批號00894；667000 u，批號00896） 美國Sigma公司；DEAE纖維素DE-52上海源葉生物科技有限公司；Sephacryl S-300 High Resolution GE公司；單糖標準品（D-葡萄糖、D-甘露糖、鼠李糖、木糖、半乳糖醛酸、阿拉伯糖） 中國食品藥品檢定研究院；Hela細胞株（人宮頸癌細胞，Cat：KG042，LOT20160912）、HT-29細胞株（結腸癌細胞，Cat：KG042，LOT20160912） 凱基生物有限公司。

LC-20AT型高效液相色譜儀 日本島津公司；蒸發(fā)光散射檢測器ELSD 6000 廣州萬譜儀器有限公司；AB204-N型精密電子天平 梅特勒-托利多（Mettler Toledo）公司；TYXH-1漩渦混合器 上海喬躍電子有限公司；EYELA OSB-2100旋轉蒸發(fā)儀埃朗科技國際貿易（上海）有限公司；電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司；PHB-1 數字式pH計 上海三信儀表廠；SCIENTZ-10N冷凍干燥機 寧波新芝生物科技股份有限公司；TD-5-A離心機 上海安亭科學儀器廠；TC-15電熱套式恒溫器新華市醫(yī)療器械廠；中壓層析柱（3.5 cm×55 cm、1.6 cm×80 cm）、HL-2D恒流泵 上海滬西儀器分析有限公司；DM34 mm透析袋 上海士鋒生物科技有限公司；CO2細胞培養(yǎng)箱 德國 Heraeus公司；MULTISKAN GO酶標儀 美國Bio-Rad公司；MIT-2顯微鏡 日本奧林巴斯。

1.2 實驗方法

1.2.1 鐵皮石斛粗多糖的提取分離 分別精密稱取不同種源的鐵皮石斛粉末各10 g，置于1000 mL的圓底燒瓶中，加入石油醚100 mL，加熱回流2 h，取出，放冷，過濾，棄去濾液，濾渣烘干后，以同樣的方法重復提取兩次，合并濾液，減壓濃縮至合適的體積，放冷，并邊攪拌邊緩慢的加入四倍體積的無水乙醇醇沉，得到白色絮狀的多糖沉淀，并置于4 ℃冰箱過夜。以4000 r/min離心10 min，取沉淀，獲得多糖后置于60 ℃烘箱烘干。將多糖用熱水按1:100 g/mL重新溶解，置于分液漏斗中，根據樣品和Sevag試劑（三氯甲烷:正丁醇=4:1）的體積比為4:1的比例，緩慢加入Sevag試劑，振蕩5 min，靜置后棄去下層溶液，以5000 r/min離心15 min，重復三次除去多糖溶液中的蛋白。最后，移除上層溶液加入四倍體積的無水乙醇重新醇沉，得到粗多糖[28]，分別命名為YN（云南）、DX（丹霞）、ZJ（浙江），稱重分別為2.2、1.4、1.4 g。密封干燥保存，備用。

1.2.2 纖維素凝膠樹脂DEAE-52純化多糖 分別精密稱取1.2.1提取的三個不同種源的鐵皮石斛粗多糖YN、DX、ZJ各300 mg，各加入10 mL的蒸餾水溶解，溶解完全后經0.45 μm的微孔濾膜過濾，緩慢上樣到纖維素凝膠樹DEAE-52進行洗脫。上樣量為300 mg/10mL，流速為1 mL/min，采用純水洗脫，用自動收集器每10 min收集一管，采用《中國藥典》苯酚硫酸法[29]測定吸光度，并繪制吸收曲線，根據吸收曲線收集洗脫液，濃縮，冷凍干燥，得到多糖。

1.2.3 葡聚糖凝膠Sephacryl S-300純化多糖 將上述1.2.2得到的三份多糖各精密稱取100 mg，分別溶解于5 mL熱水中，待溶解完全后經0.45 μm的微孔濾膜過濾，緩慢上樣到葡聚糖凝膠Sephacryl S-300進行洗脫。上樣量為100 mg/5 mL，流速為0.5 mL/min，采用0.2 mol/L的NaCl溶液洗脫，用自動收集器每10 min收集一管，采用苯酚硫酸法測定吸光度并繪制吸收曲線，根據吸收曲線收集洗脫液，濃縮，透析，冷凍干燥，分別得到三個不同種源的多糖片段，并命名為YN-WDOPA、DX-WDOPA、ZJ-WDOPA。密封干燥保存，備用。

1.2.4 不同種源鐵皮石斛多糖分子量測定 采用超高效液相色譜儀和蒸發(fā)光散射檢測器測定多糖分子量，分別稱取已知分子量（5000、11000、80000、150000、273000、667000 u）的葡聚糖標準品各10 mg溶解于2 mL的純凈水中，待完全溶解后經0.22 μm微孔濾膜過濾，進樣量為5 μL，安捷倫凝膠色譜柱（Agilent，PL aquagel-OH MIXED-H, 300 mm×7.5 mm，8 μm）與保護柱（Agilent，PL aquagel-OH Guard，50 mm×7.5 mm, 8 μm）串聯(lián)，流動相為20 mmol/L乙酸銨溶液，流速為0.5 mL/min，柱溫箱40 ℃，漂移管110 ℃，氣體流速為2.0 L/min，增益1。根據標準品的保留時間及分子量，做出lgMw-RT標準曲線。將不同種源的多糖YN-WDOPA、DX-WDOPA、ZJWDOPA按照上述方法處理，一并進樣，測量分子量。

1.2.5 不同種源鐵皮石斛多糖單糖組成及比例差異

1.2.5.1 供試品制備 分別精密稱取樣品YN、YNWDOPA、ZJ、ZJ-WDOPA、DX、DX-WDOPA各2 mg，溶解于2 mL純凈水中，再分別精密吸取各樣品溶液1000 μL，置于5 mL的安瓿瓶中，精密加入3 mol/L鹽酸溶液500 μL，封口后置于110 ℃條件下水解1 h，取出，放冷，再加入3 mol/L NaOH溶液調節(jié)pH至7.0，即得水解液。精密吸取水解液400 μL置于5 mL安瓿瓶中，再加入0.3 mol/L NaOH溶液400 μL和0.5 mol/L PMP溶液250 μL，混勻，在70 ℃的條件下衍生反應100 min，取出后加入0.3 mol/L鹽酸溶液450 μL，漩渦混勻，加入三氯甲烷2 mL萃取，漩渦混勻，離心（4000 r/min）10 min，棄去氯仿層，重復萃取3~5遍，直至氯仿層無顏色，水層過0.22 μm微孔濾膜，即得供試品溶液。

1.2.5.2 混標對照品溶液制備 精密稱取各單糖標準品適量，加水溶解，使其濃度皆為3 mg/L，精密吸取混標對照品溶液400 μL置于5 mL安瓿瓶中，再按照“1.2.5.1”供試品的制備方法制備混標對照品溶液。

1.2.5.3 單糖組成測定 采用超高效液相色譜儀進行單糖組成測定，色譜柱為安捷倫Eclipse XDBC18（5 μm，4.6 mm×250 mm）；流動相A-B=乙腈-乙酸銨（0.02 mol/L），梯度洗脫：0~18 min：16.8%A；18~20 min：16.8%~25%A；20~30 min：25%~30%A；30~35 min：30%A；柱溫30 ℃；流速為1 mL/min；進樣量10 μL；檢測波長250 nm。將配置好的混標對照品溶液和供試品溶液依次進樣。

1.2.6 不同種源鐵皮石斛多糖的紅外光譜比較 稱取三個多糖片段樣品YN-WDOPA、DX-WDOPA、ZJ-WDOPA各2 mg，分別加入溴化鉀200 mg左右，混合均勻，在紅外燈下研磨至均勻細粉并進行壓片，片狀應透明無顆粒，在4000~400 cm?1范圍下進行紅外掃描。

1.2.7 不同種源鐵皮石斛多糖的初步藥理活性比較

實驗應用MTT法觀察三個不同種源的多糖片段分別對Hela細胞和HT-29細胞增殖作用的影響。將對數生長期的腫瘤細胞加入到96孔板中，細胞計數濃度為3×104個/mL，每孔100 μL，放入培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)，將配制好的母液（4 mg多糖加入1 mL的PBS溶液，濃度為4 mg/mL）用無菌0.22 μm微孔濾膜濾過，再用無血清DMEM配成25、50、100、200、400 μg/mL系列濃度的多糖溶液，96孔板棄去上清液，每孔加入100 μL多糖溶液，每個樣品每個濃度設4個復孔。以加入等量100 μL培養(yǎng)基作為空白組對照，分別在培養(yǎng)24、48 h后測定其OD值。比較不同濃度下各個片段的細胞抑制率，從而比較它們的抗腫瘤活性。抑制率均與空白對照組進行比較，計算公式為

1.3 數據處理

本研究選擇的是三個不同產地的成熟期大棚仿生種植的鐵皮石斛樣品，經3次重復性實驗進行測定，采用軟件SPSS20.0進行分析，P<0.05為有統(tǒng)計學意義。

2 結果與分析

2.1 三個不同種源的鐵皮石斛多糖DEAE-52吸收曲線

YN、DX、ZJ三個粗多糖的DEAE-52吸光度測定結果如圖1所示，可以明顯看出，不同種源的DEAE-52洗脫曲線基本相似，只是吸光度的大小有所差異，代表洗脫下來的多糖含量的高低不同，而有吸收的范圍是基本一致的，可以用于確定大致需要的洗脫時間。分別按其主要吸光度范圍合并相應管數的多糖溶液，濃縮，干燥。

圖1 三個不同種源的鐵皮石斛多糖DEAE-52吸收曲線Fig.1 The DEAE-52 absorption curve of Dendrobium officinale polysaccharide from three different provenances

2.2 三個不同種源的鐵皮石斛多糖Sephacryl S-300吸收曲線

三個不同種源的鐵皮石斛多糖片段的Sephacryl S-300吸光度測定如圖2所示：三個批次的Sephacryl S-300洗脫曲線基本相似，而吸光度的大小存在差異，有吸收的管數存在細微的差別，故分別收集吸光度較大且共有的第一個峰的管數，即第21~45管的多糖溶液，合并，濃縮，透析，干燥。

圖2 三個不同種源的鐵皮石斛多糖Sephacryl S-300吸收曲線Fig.2 The Sephacryl S-300 absorption curve of Dendrobium officinale polysaccharide from three different provenances

2.3 超高效凝膠滲透色譜法測定多糖分子量

如圖3所示，y=?0.5258x+14.191，R2=0.9918，表明線性關系良好。YN-WDOPA分子量為757623 u；ZJ-WDOPA計算分子量為605958 u；DX-WDOPA的分子量為663240 u?，F有的研究報道，不同來源、不同提取分離純化方法得到的鐵皮石斛分子量差異很大，但由于提取、分離的方法不同，從一百多萬到幾千的分子量都有[30]，本實驗方法下多糖分子量，符合現有報道范圍，但也提示，在相同的方法下制備的多糖片段，不同種源分子量有差異，但總體還在同一量級范圍內（RSD=11.33%）。

圖3 lgMw-RT標準曲線Fig.3 The standard curve of lgMw-RT

2.4 不同種源鐵皮石斛多糖單糖組成及比例測定

如圖4、圖5顯示，以及表1的單糖面積計算，實驗所選擇的三個產地的鐵皮石斛多糖經水解后，存在的主要單糖為甘露糖和葡萄糖，且云南種鐵皮石斛多糖無論是在粗多糖階段還是分離純化后的階段，其甘露糖與葡萄糖的比值，均大于丹霞種和浙江種，而丹霞種與浙江種鐵皮石斛多糖片段的單糖組成比例相差不大，說明實驗所選的這三個不同產地的鐵皮石斛之間，多糖的結構存在一定的差異，此外，經過DEAE-52及凝膠Sephacryl S-300洗脫后，單糖組成及比例均發(fā)生了明顯的變化，說明在純化多糖的過程中，纖維素凝膠樹脂的洗脫提高了甘露糖與葡萄糖的比值，從而改變了多糖的結構。

表1 三個種源多糖片段的單糖組成及比例Table 1 Monosaccharide composition and ratio of Dendrobium officinale polysaccharide from three different provenances

圖4 混合標準品液相色譜圖Fig.4 The HPLC chromatogram of mixed standards

圖5 樣品液相色譜圖Fig.5 The HPLC chromatogram of sample

2.5 不同種源鐵皮石斛多糖的紅外光譜比較

由圖6可知，三個不同種源的鐵皮石斛多糖片段在紅外光譜上具有較高的相似性，3400 cm?1處的強吸收峰為O-H的伸縮振動形成，C-H鍵的伸縮振動則產生了2930 cm?1附近的特征峰存在，1030 cm?1特征峰的C-O鍵及1642 cm?1特征峰的CO-H鍵彎曲振動均提示，DX-WDOPA、YN-WDOPA、ZJ-WDOPA三個片段為糖類化合物。811 cm?1附近的紅外吸收處為甘露糖的特征峰，這也與單糖的組成及比例的測定結果相吻合，876 cm?1和760 cm?1附近的特征峰表明，該片段所含的糖為β型[31]。

圖6 YN-WDOPA、DX-WDOPA、ZJ-WDOPA紅外光譜圖Fig.6 Infrared spectra of the YN-WDOPA、DX-WDOPA、ZJ-WDOPA

2.6 不同種源鐵皮石斛多糖的初步藥理活性比較

2.6.1 多糖對Hela細胞增殖作用的影響 如圖7、圖8所示，與空白組相比較，三個產地的鐵皮石斛多糖片段對Hela細胞的增殖均具有一定的抑制作用，其中在24 h的實驗中，YN-WDOPA在低濃度的時候具有一定的抑制作用，在25、50 μg/mL與空白組對比具有統(tǒng)計學意義（P<0.05），ZJ-WDOPA的作用更為明顯，各濃度下均對Hela細胞增殖具有抑制作用（P<0.05）。云南種的活性隨著濃度的增加，呈現先降低后升高的趨勢，可能多糖在低濃度時并無抑制作用，作為腫瘤細胞的“營養(yǎng)劑”，低多糖濃度促進細胞增殖，隨著多糖濃度增加，才展現一定的抗腫瘤活性。但總體對Hela細胞的抑制率在最高濃度也未能達到一個較高水平（30%左右）。在48 h的結果中，三個種源的多糖片段均表現出了較好的抗腫瘤活性（P<0.05），其中在低濃度25 μg/mL下，浙江種達到46.97%，丹霞種的抑制率除了在低濃度作用較好（32.53%）外，在50~400 μg/mL下，抑制率逐漸增加。

圖7 三個產地WDOPA多糖片段對Hela細胞抑制作用（24 h）Fig.7 Inhibitory effect of WDOPA polysaccharide fragments from three origins on Hela cells（24 h）

圖8 三個產地WDOPA多糖片段對Hela細胞抑制作用（48 h）Fig.8 Inhibitory effect of WDOPA polysaccharide fragments from three origins on Hela cells（48 h）

2.6.2 多糖對HT-29細胞增殖作用的影響 如圖9、圖10所示，與空白對照組相比較，24 h的實驗結果中，三個產地的鐵皮石斛多糖片段對HT-29細胞的增殖抑制作用都很弱，基本在20%以下，大多數濃度的抑制率不具有統(tǒng)計學差異（P>0.05）。在48 h的實驗結果中，三個產地的鐵皮石斛多糖均與濃度有一定的關系，隨著濃度的增加，抑制率不斷攀升，其中丹霞種的作用效果最好，在400 μg/mL的濃度下，抑制率達到了42.82%（P<0.01），說明該丹霞種的鐵皮石斛多糖片段對人宮頸癌細胞具有一定活性，可為進一步的體外或動物實驗提供一定參考。

圖9 三個產地WDOPA多糖片段對HT-29細胞抑制作用（24 h）Fig.9 Inhibitory effect of WDOPA polysaccharide fragments from three origins on HT-29 cell（24 h）

圖10 三個產地WDOPA多糖片段對HT-29細胞抑制作用（48 h）Fig.10 Inhibitory effect of WDOPA polysaccharide fragments from three origins on HT-29 cells（48 h）

3 討論與結論

本實驗主要采用同樣的方法對三個不同種源的鐵皮石斛進行比較及初步的活性評價，實驗結果顯示不同種源的鐵皮石斛多糖在含量、分子量、單糖組成及比例和抗腫瘤活性上均有一定的差異性。本實驗中的分離提取純化方法簡單易行，重現性較好。而實驗中纖維素凝膠樹脂DEAE-52和葡聚糖凝膠Sephacryl S-300的純化能夠改變多糖的單糖組成比例，這一發(fā)現還需要進一步的結構研究進行闡釋。

在三個不同產地鐵皮石斛的活性比較中，除低劑量的浙江種的鐵皮石斛多糖純化片段對Hela細胞有一定抑制作用外，對該細胞作用并不明顯。但在對HT-29的抑制上，丹霞種鐵皮石斛的的抑制率與多糖的提高而增加，可為鐵皮石斛活性研究提供一定的參考，但具體更深入的原因有待進一步的研究。

鐵皮石斛分布廣泛，據很多文獻研究發(fā)現，不同生長期、不同年限、不同種植方法之間的鐵皮石斛多糖也都存在較大差異，本次研究僅選擇成熟期大棚仿生種植的鐵皮石斛進行研究，后續(xù)應當收集更多批次的鐵皮石斛樣品進行多糖實驗，才能得到更具說服力的實驗數據。

在現在的鐵皮石斛產品研發(fā)中，一般顯示的主要評價指標為石斛總多糖，而在本實驗中發(fā)現，同樣方法下獲得的石斛多糖片段結構和活性均存在一定差異，那么僅單純依靠多糖的總量去評價鐵皮石斛品質的高低，是需要進一步的研究去確定的，如內在的多糖分子量大小、單糖組成比例及結構解析，可能更加影響多糖的藥理活性。這也對目前鐵皮石斛種植及產品開發(fā)的方向具有一定參考意義。