黃芪多糖生物活性研究進展

蔡江瀅 何菁榮 鄒興龍 張祎 竇春江

摘要：黃芪是傳統(tǒng)藥食兩用的中藥材之一，含有200多種化學(xué)成分，如多糖、皂甙、黃酮、氨基酸等有效成分，其中黃芪多糖是含量最多、免疫活性較強的一類水溶性物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，黃芪多糖具有抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫、降血糖、保護心臟、抗炎、抗氧化等生物學(xué)活性，除此之外，黃芪多糖還對正常的腸道菌群具有調(diào)節(jié)及促生長作用，具有一定的藥用價值，有望作為一種新型中藥益生元。文章就近年來黃芪多糖的生物活性研究進展作一綜述，旨在為黃芪多糖的藥品研制及益生元的研究提供新思路。

關(guān)鍵詞：黃芪多糖（APS）;益生元活性;微生態(tài)制劑

中圖分類號： R248.1??????????? 文獻標志碼：A

黃芪（Astragalus membranaceus）為多年生草本植物，豆科黃芪屬，分為膜莢黃芪和內(nèi)蒙古黃芪。最早被記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，至今已有兩千多年的應(yīng)用歷史，主要產(chǎn)于我國甘肅省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、黑龍江省和山西省等地?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究和大量臨床實踐證實黃芪具有多種生物學(xué)活性，主要包括免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗衰老、降血脂、保肝、祛痰和利尿等作用[1-3]。

研究表明，黃芪中包含200多種化學(xué)成分，其中異黃酮（Isoflavonoids）、皂苷（Saponins）、黃芪多糖（Astrag? alus polysaccharide，APS）等3種化合物是黃芪的主要活性成分。異黃酮如芒柄花黃素、芒柄花苷、毛蕊異黃酮及其糖苷具有加強免疫、強身健體的功效。皂苷中的黃芪甲苷（Astragaloside IV）因其顯著的藥理活性，可作為黃芪質(zhì)量代表性指標。此外，黃芪中還含有氨基酸、維生素和微量元素[4-6]。

最新研究表明，黃芪多糖對多種益生菌具有促進生長作用，有可能成為中藥益生元。此外，值得注意的是，黃芪多糖的動物保健功能也已經(jīng)成為研究熱點，鑒于其特有的功效，黃芪多糖作為一種新型飼料添加劑，通過發(fā)揮抗菌、抗病毒、免疫調(diào)節(jié)等作用來提高動物機體的免疫功能，對于動物產(chǎn)品品質(zhì)的改善、促進畜牧業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展有著重要意義[7-8]。大量研究證實，黃芪多糖的生物學(xué)活性主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1抗腫瘤作用

研究發(fā)現(xiàn)，黃芪中的醇溶性多糖（APS）能夠有效改變血清中細胞免疫因子（TNF-α，IL-2和IFN-γ）的水平及各種免疫細胞（巨噬細胞、淋巴細胞和NK細胞）的活性，抑制小鼠體內(nèi)H22肝細胞的生長和擴散，進而引起腫瘤細胞的凋亡，使其附加損傷大大減輕[9]。APS4可以通過誘導(dǎo)DNA損傷，細胞周期障礙，線粒體膜電位損傷和產(chǎn)生過多的 ROS來抑制人體胃癌 MGC-803細胞的增殖作用[10]。APS 可以通過激活巨噬細胞來釋放 NO和TNF-α，進而阻斷MCF-7癌細胞的生長[11]。

閆麗君等[12]通過不同濃度的APS處理肺癌 NCI- H460細胞，干預(yù)其體外抗腫瘤實驗，采用 MTT 法及 Western blot 法檢測后，結(jié)果顯示，與對照組比較，經(jīng) APS處理48 h后，該腫瘤細胞的凋亡率（早期凋亡率、晚期凋亡率、總凋亡率）及凋亡蛋白表達水平（Caspase-3，Bax /Bcl-2比例）均顯著增加，推測 APS 抑制 NCI- H460細胞的增殖活性及誘導(dǎo)其凋亡的作用機制可能與細胞周期的阻滯及線粒體凋亡途徑有關(guān)。

李彩虹等[13]通過聯(lián)合APS不同劑量組和DDP化療干預(yù)卵巢癌 SKOV3細胞的體外培養(yǎng)，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn) APS能介導(dǎo)卵巢癌細胞對 DDP化療的增敏作用，可知 APS可能通過增加凋亡相關(guān)因子的表達這一途徑來發(fā)揮其對卵巢癌細胞的促凋亡作用，提示APS可能具有抗卵巢癌功能。

2免疫調(diào)節(jié)作用

Ca2+-cAMP通路被認為可能是APS 和PSP在機體細胞內(nèi)發(fā)揮免疫調(diào)控作用的途徑之一，適量的黃芪多糖可有效抑制沙門氏菌對小鼠的感染，促進機體產(chǎn)生抑炎因子IL-10，增強小鼠自身的免疫功能; APS可以通過激活A(yù)MPK/SIRT-1信號傳導(dǎo)途徑降低 OTA所誘導(dǎo)的體內(nèi)外免疫應(yīng)激[14]。Zhou等[15]發(fā)現(xiàn)C57BL/10J和 C57BL/6J這兩類荷瘤小鼠通過口服25 d黃芪多糖，可激活由TLR4介導(dǎo)的 MyD88依賴性免疫信號及傳導(dǎo)途徑來調(diào)節(jié)宿主自身的免疫功能，顯著提高腫瘤細胞凋亡率、免疫器官指數(shù)和血液中促炎性細胞因子（TNF-α，IL-1β和IL-6）的水平，減輕腫瘤的重量。申冬冬等[16]學(xué)者通過建立SD 大鼠模型研究APS對其免疫功能的影響，經(jīng)腹腔注射后，結(jié)果顯示，黃芪多糖干預(yù)組腸缺血再灌注損傷大鼠小腸組織的病變程度明顯減輕， CD3+/CD4+比值顯著升高，TNF-α、ICAM-1、IL-6含量均顯著降低，提示黃芪多糖可能通過調(diào)節(jié)損傷大鼠的T 淋巴細胞亞群和相關(guān)因子的表達水平從而改善機體的免疫功能。

3降血糖作用

糖尿病是一種以血糖升高為特征的代謝性疾病，易引起多種并發(fā)癥，如糖尿病腎病、酮癥酸中毒、視網(wǎng)膜病變等。研究顯示，有學(xué)者在提取黃芪的有效成分時，發(fā)現(xiàn)一種由AERP1和AERP2成分組成的新型多糖（AERP）[17]。在糖尿病的小鼠體內(nèi)，這種新型多糖具有降血糖作用，可以降低血糖水平、減輕組織破壞程度并且能夠有效抑制認知障礙，改變腸道微生物群并調(diào)節(jié) SCFAs 的組成。

吳英萍等[18]建立糖尿病大鼠模型，聯(lián)合胰島素和黃芪多糖對大鼠進行干預(yù)，經(jīng)連續(xù)6周灌胃給藥后，通過ELISA法測定大鼠體內(nèi)TNF-α含量，結(jié)果與單用胰島素組比較，聯(lián)用組血清中TNF-α的含量顯著降低，提示APS可通過降低TNF-α的表達水平，降低對胰島β細胞的損傷程度，從而減輕胰島素抵抗。

4心血管保護作用

Saikun等[19]通過給大鼠含有不同劑量APS 的高脂飲食，發(fā)現(xiàn)APS在大鼠體內(nèi)具有一定的降血脂活性，可促進大鼠體內(nèi)膽固醇及膽汁酸代謝，顯著引起大鼠血清中TC、LDL-C、TG含量的減低，從而發(fā)揮降血脂作用。Debin等[20]發(fā)現(xiàn)，APS可通過抑制細胞凋亡來降低或減輕心肌細胞體積的增長，從而減少MVRI引起的心肌細胞凋亡。在病理學(xué)層面，APS能夠改善CVB3所誘導(dǎo)的小鼠心肌損傷、擴張型心肌病、慢性心肌纖維化和炎癥[21]。同時，APS可以調(diào)節(jié)AA大鼠Keap1/Nrf2-ARE 信號通路的表達，增加心肌細胞的抗氧化能力，減少氧化應(yīng)激和抑制炎癥，改善其心功能[22]。何麗紅等[23]研究發(fā)現(xiàn)，黃芪多糖對人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVEC）周期及血管內(nèi)皮細胞生長因子（VEGF）的表達存在顯著影響，在APS濃度為0～100μg ·mL-1范圍內(nèi)，HUVEC 細胞的增殖活性隨 APS 濃度的增大而增加，當濃度為100μg ·mL-1時，APS對VEGF 的促表達能力達到最佳，提示APS促進HUVEC 細胞的分裂增殖可能通過誘導(dǎo)細胞周期由G0/G1期向G2/M期和S期轉(zhuǎn)變及上調(diào)細胞促增長因子VEGF 的表達水平這一機制來實現(xiàn)。

5抗炎作用

目前認為Th1/Th2和Th17/Treg 細胞比例的失衡是哮喘發(fā)作的主要病因，APS可通過降低血清中炎性細胞因子 IL-4、IL-8水平，升高 IFN-γ水平來平衡Th1/ Th2細胞比例，發(fā)揮其抗炎作用，從而減輕小鼠氣道炎性損傷，增強哮喘的治療效果[24]。同時，APS還可以通過調(diào)節(jié)因子IL-10、IL-17的水平來平衡Th17/Treg細胞比例，減輕Neu 和Eos對肺組織的浸潤損傷，起到一定的保護作用[25]。劉丹華等[26]通過黃芪多糖（APS）對脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的DF-1細胞炎癥的調(diào)控機制。研究發(fā)現(xiàn)在 APS 的干預(yù)下，與 LPS 組相比，APS 聯(lián)合 LPS 組 DF-1細胞NF-κBp65磷酸化水平和TNF-α、IL-1β蛋白含量均顯著降低，SOCS3 mRNA表達量明顯增加。由此可知，APS 的抗炎作用可通過促進SOCS3的高表達來抑制NF-κBp65信號通路的激活途徑來發(fā)揮。

6抗氧化作用

大量研究表明，抗氧化物質(zhì)能有效清除體內(nèi)多余的自由基，是預(yù)防機體衰老的一個重要途徑。孫晨等[27]系統(tǒng)地研究了黃芪不同極性部位及其多糖的抗氧化活性。采用鄰二氮菲-Fe3+法測定后發(fā)現(xiàn)，APS及黃芪正丁醇部位的吸光度值隨質(zhì)量濃度的增大而顯著增加，由此推測黃芪多糖及黃芪正丁醇部位具有較強的抗氧化能力。胡碧君[28]研究微波輔助提取黃芪多糖的工藝及抗氧化活性，發(fā)現(xiàn)在APS濃度為0.5～2.0 g/L 的范圍內(nèi)，DPPH ·自由基清除率與APS濃度呈正性相關(guān);在0.5～2.5 g/L范圍內(nèi)，隨著APS濃度的增大，OH ·自由基清除率也有顯著升高。由此認為在一定的濃度范圍內(nèi)，APS對DPPH ·和OH ·這2種自由基具有一定的清除能力，且呈劑量依賴性。

7抗輻射實驗

周妮娜等[29]體外培養(yǎng)人骨髓間充質(zhì)干細胞（HM? SC-bm），采用2Gy劑量X射線和APS進行干預(yù)，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：50μg/mL APS濃度為藥物最佳干預(yù)濃度。與單純照射組（IR）相比，加藥照射組（IR+APS）可顯著提高HMSC-bm細胞的增殖活力，有效減低2Gy X射線照射后細胞的微核率和細胞內(nèi)53BP1簇集焦點的數(shù)量?？芍狝PS 的防護作用可通過增加HMSC-bm對X射線的輻射抗性和促進基因組DNA修復(fù)過程來完成。

8益生元活性

早在1995年，Glenn Gibson等將益生元定義為“一種不可消化的食品成分，它通過選擇性地刺激結(jié)腸中1種或有限數(shù)量細菌的生長或活性來有益地影響宿主，從而改善宿主健康”。2000年，乳酸桿菌和雙歧桿菌被認為是“益生元的首選靶標生物”[30-31]。此后，益生元的定義被不斷完善。2017年，ISAP共識小組認為益生元本質(zhì)是“一種被宿主微生物選擇性利用的底物，具有健康益處”。

國內(nèi)已有研究發(fā)現(xiàn)APS對腸道乳桿菌具有促生作用，2.5%的黃芪多糖對鼠李糖乳桿菌促生長效果最為明顯[32];蔡賀南[33]發(fā)現(xiàn)APS對卷曲乳酸桿菌具有促生長作用，且劑量依賴性明顯，這些結(jié)果均初步揭示APS 具有明顯的益生元活性。提純方法的不同，所提取到的黃芪多糖各組份理化特性差異較大，在腸道中的生物學(xué)活性也各有差異。雖然初步研究表明黃芪多糖具有益生元活性，然而具體到黃芪多糖的哪些組份、各組分對腸道菌群的影響、相關(guān)的代謝機制和作用機理等尚不清楚，有待采用微生態(tài)學(xué)技術(shù)進行深入研究。

9未來黃芪研究熱點與方向

黃芪多糖具有抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、降低血糖、保護心血管、抗炎、抗氧化、抗輻射、益生元活性等廣泛的生物學(xué)作用。作為安全有效的中草藥，臨床上黃芪藥效作用的發(fā)揮主要是異黃酮類和皂苷及其代謝產(chǎn)物，多糖的作用不甚明了。黃芪及其成份進入機體后與腸道菌群之間相互作用的分子機制尚不清楚，且由于黃芪中所含的化合物種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其藥物靶分子也呈現(xiàn)出相應(yīng)的多樣性和復(fù)雜性。隨著微生態(tài)學(xué)研究的逐漸深入，它與祖國醫(yī)藥學(xué)之間的關(guān)系不斷被發(fā)現(xiàn)和拓展;有關(guān)中醫(yī)藥學(xué)與微生態(tài)學(xué)關(guān)系的實踐研究更是層出不窮，諸如中藥對人體微生態(tài)的影響、中藥作為微生態(tài)調(diào)節(jié)劑的作用機制、中藥微生態(tài)制劑的臨床應(yīng)用研究、正常菌群參與機體吸收和利用中藥有效成分的作用及微生態(tài)學(xué)在中醫(yī)臨床、針灸等多方面的研究。由此可見，一門中西醫(yī)結(jié)合的新興邊緣學(xué)科——中醫(yī)藥微生態(tài)學(xué)正悄然興起并將蓬勃發(fā)展。隨著中醫(yī)藥微生態(tài)的深入發(fā)展，其必將為中西醫(yī)結(jié)合提供更廣闊的科學(xué)內(nèi)涵和更直接的參照模式。鑒于在調(diào)控腸道菌群方面有著特殊的作用，黃芪多糖在微生態(tài)方面的應(yīng)用很可能成為打開中醫(yī)奧秘大門的一個突破點。

參考文獻：

[1] Liu Ping，Zhao Haiping，Luo Yumin. Anti-Aging Implicationsof Astragalus Membranaceus（Huangqi）：A Well-Known Chi? nese Tonic.[J]. Aging and disease，2017，8（6）：868-886.

[2] Zhenzhen Guo，Yanmei Lou，Muyan Kong，et.al. A SystematicReview of Phytochemistry，Pharmacology and Pharmacokinet? ics on Astragali Radix：Implications for Astragali Radix as a Personalized Medicine[J]. International Journal of Molecular Sciences，2019，20（6）：1463-1506.

[3]馬秀，劉少靜，張婉瑩，等.黃芪多糖的分離純化及藥理作用研究進展[J].化學(xué)工程師，2019，33（8）：50-53.

[4] Zheng Qun，Zhu Jia-Zhen，Bao Xiao-Yi，et.al. A PreclinicalSystematic Review and Meta-Analysis of Astragaloside IV for Myocardial Ischemia/Reperfusion Injury.[J]. Frontiers in physiology，2018，9：795-809.

[5] Gong Amy G W，Duan Ran，Wang Huai Y，et.al. Evaluationof the Pharmaceutical Properties and Value of Astragali Ra? dix.[J]. Medicines（Basel，Switzerland），2018，5（2）：46-61.

[6] Xian Wu，Wei Zhou，Qingshuang Wei，et.al. Cytoprotective effects of the medicinal herb Astragalus membranaceuson lipo? polysaccharideexposed cells[J]. Molecular Medicine Reports，2018，18（5）：4321-4327.

[7]陳輝.黃芪多糖的生物學(xué)功能及其在畜禽中的應(yīng)用研究進展[J].湖南飼料，2020（3）：25-29.

[8]陽田恬，賀喜，范志勇，等.黃芪多糖的生物學(xué)功能及其飼用化前景[J].廣東飼料，2019，28（8）：37-39.

[9] Juan Yu，Hai-yu Ji，An-jun Liu. Alcohol-soluble polysaccha?ride from Astragalus membranaceus ：Preparation，character? istics and antitumor activity[J]. International Journal of Bio? logical Macromolecules，2018，118：2057-2064.

[10] Juan Yu，Haiyu Ji，Xiaodan Dong，et al. Apoptosis of humangastric carcinoma MGC-803 cells induced by a novel As? tragalus membranaceus polysaccharide via intrinsic mito? chondrial pathways[J]. International Journal of Biological Macromolecules，2019，126：811-819.

[11] Wenfang Li，Kedong Song，Shuping Wang，et al. Anti-tumorpotential of astragalus polysaccharides on breast cancer cell line mediated by macrophage activation[J]. Materials Sci? ence & Engineering C，2019，98：685-695.

[12]閻力君，洪濤，王福玲，等.黃芪多糖水提工藝的優(yōu)化及其體外抗腫瘤活性[J].中成藥，2017，39（10）：2045-2049.

[13]李彩虹，高巧玲，羅幼珍.黃芪多糖促進順鉑抑制卵巢癌細胞增殖的機制研究[J].巴楚醫(yī)學(xué)，2021，4（1）：50-55.

[14] Dandan L，Jiarui S，Jiashan L，et al. Activation of AMPK-dependent SIRT-1 by astragalus polysaccharide protects against ochratoxin A- induced immune stress in vitro and in vivo[J]. Inter J of Biological Macromolecules，2018，120：683-692.

[15] Zhou Lijing，Liu Zijing，Wang Zhixue，et al. Astragalus poly?saccharides exerts immunomodulatory effects via TLR4-me? diated MyD88-dependent signaling pathway in vitro and in vivo.[J]. Scientific reports，2017，7：44822.

[16]申冬冬，袁飛，侯江紅.黃芪多糖對幼鼠腸缺血再灌注損傷腸組織TNF-α、ICAM-1、IL-6及免疫功能的影響[J].中華中醫(yī)藥學(xué)刊，2017，35（6）：1528-1532.

[17] Yameng Liu，Wei Liu，Jing Li，et al.A polysaccharide ex?tracted from Astragalus membranaceus residue improvescognitive dysfunction by altering gut microbiota in diabetic mice[J].Carbohydrate Polymers，2018，205：500-512.

[18]吳英萍，張永杰，楊文奎.黃芪多糖聯(lián)用胰島素對糖尿病大鼠胰島素抵抗的作用機制研究[J].中國臨床藥理學(xué)雜志，2020，36（13）：1830-1832，1841.

[19] Saikun Pan，Ruirui Gao，Shengjun Wu. Preparation，charac?terization and hypolipidaemic activity of Astragalus membra? naceus polysaccharide[J]. Journal of Functional Foods，2017，39：264-267.

[20] Debin Liu，Lei Chen，Jianye Zhao，Kang Cui. Cardioprotec?tion activity and mechanism of Astragalus polysaccharide in vivo and in vitro[J]. International Journal of Biological Mac? romolecules，2018，111：947-952.

[21] Liu D，Chen L，Liu T，et al. Astragalus polysaccharide fromAstragalus Melittin ameliorates inflammation via suppress? ing the activation of TLR-4/NF-κB p65 signal pathway and protects mice from CVB3- induced virus myocarditis[J]. In? ternationalJournal of Biological Macromolecules ，2019，126：179-186.

[22] Sun Y，Liu J，Wan L，et al. Improving Effects of AstragalusPolysaccharides on Cardiac Function via Keap1/Nrf 2- ARE SignalPathway in Adjuvant Arthritis Rats[J]. Chinese Herbal Medicines，2016，8（2）：143-153.

[23]何麗紅，鄭宣，莫佳航，等.黃芪多糖對人臍靜脈內(nèi)皮細胞的增殖及表達VEGF 的影響[J].中國中西醫(yī)結(jié)合外科雜志，2019，25（6）：862-867.

[24]凌昊，趙霞.黃芪多糖治療哮喘的機制研究進展及展望[J].浙江中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報，2016，40（1）：72-74

[25]閆偉華，常靜俠.黃芪多糖對哮喘大鼠氣道炎癥及肺組織血管內(nèi)皮生長因子表達的影響[J].中國臨床藥理學(xué)雜志，2020，36（8）：953-955.

[26]劉丹華，張瑞莉，田旭，等.黃芪多糖在LPS誘導(dǎo)的 DF-1細胞炎癥反應(yīng)中的抗炎作用及其調(diào)節(jié)機制[J].中國獸醫(yī)學(xué)報，2021，41（1）：143-149.

[27]孫晨，朱輝，董德濤，等.黃芪提取物抗氧化活性研究[J].山東化工，2020，49（8）：27-28，31.

[28]胡碧君.黃芪多糖提取工藝優(yōu)化及其抗氧化活性研究[J].中國藥業(yè)，2018，27（24）：11-14.

[29]周妮娜，張利英，劉永琦，等.黃芪多糖對電離輻射誘發(fā)間充質(zhì)干細胞基因DNA 損傷的保護作用[J].中國現(xiàn)代應(yīng)用藥學(xué)，2016，2（33）：139-143.

[30] Giorgio La Fata，Robert Rastall，Christophe Lacroix，HermieHarmsen，M. Mohajeri，Peter Weber，Robert Steinert. Re?cent Development of Prebiotic Research—Statement froman Expert Workshop[J]. Multidisciplinary Digital Publish?ing Institute，2017，9（12）：1376-1386.

[31] Gibson Glenn R，Hutkins Robert，Sanders Mary Ellen，et al.Expert consensus document：The International Scientific As?sociation for Probiotics and Prebiotics（ISAPP）consensusstatement on the definition and scope of prebiotics.[J]. Na?ture reviews. Gastroenterology & hepatology，2017，14（8）：491-502.

[32]汪雅馨，焦婷婷，張莉杰.添加黃芪多糖對鼠李糖乳桿菌生長的促進作用[J].糧食加工，2019，44（2）：40-42.

[33]蔡賀南，黎清，傅思武，等.黃芪多糖對卷曲乳桿菌體外生長的作用[J].中國微生態(tài)學(xué)雜志，2020，32（2）：143-145.