D-甘露糖生產(chǎn)工藝及生理功能研究進(jìn)展

倪娓娓，胡超群，白福來，季文娜，張 茜,

（1.濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司，山東濟(jì)南 250000；2.濟(jì)南圣泉唐和唐生物科技有限公司，山東濟(jì)南 250000）

D-甘露糖化學(xué)式為C6H12O6（結(jié)構(gòu)式見圖1），常溫常壓下呈白色結(jié)晶粉末狀態(tài)，味甜而略帶后苦，熱量較低。D-甘露糖在自然界中分布廣泛：是體液和組織中糖類化合物的重要組成成分，如血清球蛋白、卵類粘蛋白及細(xì)胞表面受體中含有D-甘露糖的聚糖等[1]；棕樹籽、椰子外殼等植物的細(xì)胞壁中含有由D-甘露糖組成的多糖，同時在一些水果中也含有游離的D-甘露糖，如柑橘、桃、蘋果等[2]。目前主要通過植物提取法、化學(xué)合成法、生物轉(zhuǎn)化法等工藝生產(chǎn)D-甘露糖，隨著對D-甘露糖研究的深入以及應(yīng)用領(lǐng)域的增加，市場需求量在不斷擴(kuò)大。

圖1 D-葡萄糖和D-甘露糖的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structural formulas of D-glucose and D-mannose

人體內(nèi)的D-甘露糖參與維持正常的細(xì)胞通訊機(jī)能，包括細(xì)胞溝通、黏著、訊息傳導(dǎo)與接收等，在人體免疫防御系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，缺乏或過度表達(dá)可能會增加許多疾病的易感性和嚴(yán)重程度[3-5]。近年來，D-甘露糖的生理功能已成為研究熱點(diǎn)，D-甘露糖干預(yù)已被發(fā)現(xiàn)在預(yù)防和緩解泌尿系統(tǒng)感染、抗腫瘤等方面發(fā)揮重要作用[6-7]，或可作為一種重要的功能性原料和生物反應(yīng)修飾劑，在功能性食品以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。本篇綜述就D-甘露糖的生產(chǎn)工藝、代謝途徑以及生理功能等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 D-甘露糖的生產(chǎn)工藝

目前，D-甘露糖的生產(chǎn)方法主要包括植物提取法、化學(xué)合成法和生物轉(zhuǎn)化法三種，過去商品化的D-甘露糖是從植物中提取，或以D-葡萄糖為原料通過化學(xué)方法生產(chǎn)。然而，上述兩種方法受到原料供應(yīng)、能耗、副產(chǎn)物或下游復(fù)雜純化步驟的限制。因此近年來生物法生產(chǎn)D-甘露糖受到越來越多的關(guān)注。不同生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展見表1。

1.1 植物提取法

植物提取法是通過水解（酸水解、酶水解等）、過濾、分離、純化、濃縮等步驟對植物和水果中多糖和寡糖進(jìn)行水解分離提取D-甘露糖的過程，其中，棕櫚仁、咖啡渣、巴西莓種子、紅棗粉等是生產(chǎn)D-甘露糖較好的原料[8-9]。研究文獻(xiàn)中植物提取法的溫度一般在50～121 ℃之間，時間控制在30 min～4 h 之間[10-12]，具體D-甘露糖提取條件與得率見表1。此外，許多微生物的細(xì)胞壁中也含有D-甘露糖聚糖，如釀酒酵母、畢赤酵母等，也可以用于D-甘露糖的提取[13]。這種方法的優(yōu)勢是純植物來源、成本低、得率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)，缺點(diǎn)是生產(chǎn)過程需要高溫和高濃度的酸/堿等溶劑，容易造成環(huán)境污染，且生產(chǎn)制備受地域、季節(jié)影響較大。

1.2 化學(xué)合成法

化學(xué)合成法主要是使用鉬酸鹽催化D-葡萄糖異構(gòu)化反應(yīng)合成D-甘露糖，利用化學(xué)合成法生產(chǎn)需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，根據(jù)表1 中可知溫度范圍為100～150 ℃，pH 為3.0 左右，反應(yīng)時間在1～2 h 之間，D-葡萄糖轉(zhuǎn)化D-甘露糖得率為29.2%～44.8%?；瘜W(xué)法的優(yōu)勢是原料來源穩(wěn)定，劣勢是原料價(jià)格較高，另外由于無機(jī)催化劑對底物的特異性較差，往往伴隨許多副產(chǎn)物的產(chǎn)生，分離困難，成本較高。因此，化學(xué)合成法仍有許多生產(chǎn)工藝方面的挑戰(zhàn)需要克服，目前不適合D-甘露糖的工業(yè)化生產(chǎn)。

表1 不同工藝生產(chǎn)D-甘露糖研究進(jìn)展Table 1 Research progress in the production of D-mannose by different processes

1.3 生物轉(zhuǎn)化法

生物轉(zhuǎn)化法是以D-果糖或D-葡萄糖為原料，通過酶促反應(yīng)轉(zhuǎn)化得到D-甘露糖?？梢詮奈⑸镏邪l(fā)掘相關(guān)酶基因，通過構(gòu)建重組表達(dá)質(zhì)粒載體，得到可以高產(chǎn)相關(guān)酶的重組工程菌，用以酶促反應(yīng)生產(chǎn)D-甘露糖[14]。研究最多的酶是D-甘露糖異構(gòu)酶，另外D-來蘇糖異構(gòu)酶也可以用來生產(chǎn)D-甘露糖，其是一種醛糖-酮糖異構(gòu)酶，具有廣泛的底物特異性，可以催化D-木酮糖和D-來蘇糖以及D-果糖和D-甘露糖之間的異構(gòu)化反應(yīng)[15]。目前已經(jīng)被證明可以從假單胞菌、鏈霉菌、大腸桿菌等菌屬中分離出來相關(guān)酶基因，多以大腸桿菌為載體合成工程菌[14,16]。

酶法生產(chǎn)D-甘露糖相關(guān)研究相對較多，其他文獻(xiàn)生產(chǎn)條件與得率可見表1。在生產(chǎn)過程中，酶活性受溫度和pH 的影響較大，由表1 可知溫度在45～60 ℃間，pH 在6.5～9.0 范圍內(nèi)，反應(yīng)時間1～8 h，轉(zhuǎn)化率為22.1%～39.3%。酶法生產(chǎn)D-甘露糖的優(yōu)點(diǎn)是原料來源穩(wěn)定、反應(yīng)條件溫和、成本低。但是目前報(bào)道中使用的異構(gòu)酶催化效率不高，易受反應(yīng)條件的影響。

2 D-甘露糖的代謝途徑

攝入的D-甘露糖通過腸道被吸收、代謝，代謝過程的第一步是利用己糖激酶（HK）和三磷酸腺苷作為輔助因子通過磷酸化轉(zhuǎn)化成甘露糖-6-磷酸（M-6-P）。第二步可分為三個代謝途徑：一是M-6-P 通過磷酸甘露糖異構(gòu)酶（PMI）轉(zhuǎn)化為D-果糖-6-磷酸（F-6-P），隨后進(jìn)入糖酵解途徑；二是通過2-酮基-3-脫氧-D-甘油-D-半乳壬酮糖-9-磷酸合成酶（KPS）生成2-酮基-3-脫氧-D-甘油-D-半乳壬酮糖-9-磷酸（KDN-9-P），進(jìn)一步合成KDN；三是M-6-P 可以通過磷酸甘露糖變位酶（PMM）轉(zhuǎn)化為甘露糖-1-磷酸（M-1-P），M-1-P 與三磷酸鳥苷（GTP）反應(yīng)通過鳥苷二磷酸甘露糖焦磷酸化酶（GMPP）生成鳥苷二磷酸甘露糖（GDP-M）和焦磷酸鹽，GDP-M 是一種D-甘露糖供體，可通過甘露糖磷酸多萜醇合成酶（DPM）生物合成甘露糖磷酸多萜醇（Dol-P-M），隨后這些中間產(chǎn)物參與糖基化反應(yīng)，將D-甘露糖結(jié)合到糖蛋白和糖脂中，包括N-糖基化、O-甘露糖基化、C-甘露糖基化和糖基化磷脂酰肌醇-錨定蛋白合成。除了外源攝入的D-甘露糖外，葡萄糖和糖原可以轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸（G-6-P），G-6-P 通過磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（PGI）轉(zhuǎn)化成F-6-P、F-6-P 與M-6-P 之間可以通過PMI 轉(zhuǎn)化。D-甘露糖的代謝途徑簡圖如圖2 所示[26-27]。

圖2 D-甘露糖的代謝途徑[26-27]Fig.2 D-Mannose metabolic pathway[26-27]

通過研究發(fā)現(xiàn)D-甘露糖的分解代謝幾乎與葡萄糖相同。在哺乳動物細(xì)胞中，95%～98%的D-甘露糖進(jìn)入細(xì)胞，通過PMI 分解代謝，大約2%用于糖基化，M-6-P 的利用在很大程度上取決于細(xì)胞內(nèi)PMI和磷酸甘露糖變位酶的比值，比值越高分解代謝越強(qiáng)，比值越低有利于糖基化途徑[28-29]。另外，葡萄糖來源的F-6-P 也可以通過PMI 生成D-甘露糖，隨后進(jìn)行下一步代謝。

3 D-甘露糖的生理功能與應(yīng)用

近年來，隨著人們對D-甘露糖研究的深入，其多種生理功能被發(fā)現(xiàn)，包括預(yù)防和緩解尿道感染、抗腫瘤、免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)等，一是D-甘露糖可以阻止尿道致病性大腸桿菌與甘露糖基糖蛋白黏附，起到泌尿系統(tǒng)保護(hù)作用；二是攝入的D-甘露糖可以通過在腫瘤細(xì)胞內(nèi)以M-6-P 的形式積累，抑制與葡萄糖代謝相關(guān)酶，或者通過降低葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白表達(dá)，干擾腫瘤細(xì)胞葡萄糖攝取，進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤作用；三是發(fā)現(xiàn)D-甘露糖可通過增強(qiáng)初始T 細(xì)胞向調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（Treg 細(xì)胞）轉(zhuǎn)化起到免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。另外也發(fā)現(xiàn)D-甘露糖具有一定的皮膚護(hù)理作用。因此，預(yù)測D-甘露糖在健康食品和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛，具有很大的市場潛力。

3.1 預(yù)防和緩解泌尿系統(tǒng)感染

泌尿感染是由細(xì)菌直接侵入尿路而引起的炎癥，最常見尿路病原體是大腸桿菌[30]。大腸桿菌具有特異的毒力因子，常見的是Ⅰ型菌毛粘附蛋白FimH，能夠幫助細(xì)菌與位于尿路上皮細(xì)胞的D-甘露糖基糖蛋白黏附，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，這種相互作用被認(rèn)為是一種信號級聯(lián)[31-32]，具體機(jī)制見圖3。

圖3 尿道致病性大腸桿菌侵襲尿路上皮機(jī)制示意圖[32]Fig.3 Schematic diagram of uropathogenic Escherichia coli invading the urothelium[32]

D-甘露糖通過尿道排出體外時，可以與Ⅰ型菌毛尖端的黏附蛋白FimH 結(jié)合，使其飽和，阻止信號級聯(lián)的誘導(dǎo)，進(jìn)而阻止細(xì)菌粘附在尿路上皮。研究已經(jīng)證明D-甘露糖對尿路感染具有很好的抑制效果。LENGE 等[33]進(jìn)行一項(xiàng)系統(tǒng)回顧和薈萃分析發(fā)現(xiàn)D-甘露糖在劑量為420 mg～2 g 之間時，以每日1 至3 次，每月1 周等不同頻率進(jìn)行干預(yù)時，耐受性良好，副作用極小，只有一小部分人出現(xiàn)腹瀉現(xiàn)象，對復(fù)發(fā)性尿路感染具有保護(hù)作用（與安慰劑相比），其效果與抗生素類似。KYRIAKIDES 等[34]對8 項(xiàng)關(guān)于D-甘露糖的研究進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以500 mg～2 g 劑量的D-甘露糖干預(yù)不同時間（3 d～6 個月），可以降低復(fù)發(fā)性尿路感染的發(fā)生率，延長復(fù)發(fā)感染的時間間隔，提高患者的生活質(zhì)量。與天然D-甘露糖相比，經(jīng)過化學(xué)修飾的D-甘露糖對FimH 具有更高的親和力，這種D-甘露糖苷分子能夠通過菌毛更緊密地與細(xì)菌結(jié)合[35-37]。

另外有研究發(fā)現(xiàn)D-甘露糖和蔓越莓可以提高抗生素的治療效果。RDULESCU 等[38]在一項(xiàng)初步隨機(jī)研究中對平均年齡為39.77±10.36，無并發(fā)癥尿路感染的93 名健康非孕婦進(jìn)行單獨(dú)使用抗生素或與蔓越莓提取物和D-甘露糖聯(lián)合使用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在抗生素中添加蔓越莓提取物和D-甘露糖后，在第7 d的治愈率較高（84.4% vs 91.6%），另外對于耐藥菌株治愈率顯著提高（37.5% vs 88.8%）。該結(jié)果說明蔓越莓提取物和D-甘露糖與抗生素聯(lián)合治療對尿路感染具有更高的治愈率，可增強(qiáng)尿病原體對急性尿路感染抗菌治療的敏感性。

以上研究數(shù)據(jù)表明D-甘露糖預(yù)防和緩解泌尿感染功能相對明確，耐受性好，安全性高，并且也發(fā)現(xiàn)了與其他具有泌尿系統(tǒng)保護(hù)作用的物質(zhì)聯(lián)用能發(fā)揮更好的效果。國外已經(jīng)有D-甘露糖或D-甘露糖與蔓越莓精華、維生素C 共同添加的產(chǎn)品，主打維護(hù)泌尿系統(tǒng)健康功效，如美國NOW Foods 諾奧的D-Mannose甘露糖膠囊、科立純（Clinicians）甘露糖&蔓越莓尿道輔助沖劑、美國健安喜GNC 蔓越莓+甘露糖精華。但我國還沒有批準(zhǔn)D-甘露糖可以作為食品原料或食品添加劑，所以D-甘露糖還不能在食品中應(yīng)用。

3.2 抗腫瘤

3.2.1 D-甘露糖干擾腫瘤細(xì)胞的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝人體正常細(xì)胞和組織主要以有氧氧化供能，而腫瘤細(xì)胞糖代謝發(fā)生變化，在氧氣充足下，惡性腫瘤細(xì)胞糖酵解異?；钴S，主要以糖酵解供能，表現(xiàn)為葡萄糖攝取率高，代謝產(chǎn)物乳酸含量高[39]。GONZALEZ 等[40]發(fā)現(xiàn)與半乳糖、果糖、葡萄糖相比，D-甘露糖更能有效抑制腫瘤細(xì)胞的增殖?？赡艿臋C(jī)制是D-甘露糖通過HK 進(jìn)行磷酸化生成M-6-P，在腫瘤細(xì)胞內(nèi)以M-6-P 的形式積累，M-6-P 可以抑制介導(dǎo)葡萄糖代謝的三種酶：己糖激酶、磷酸葡萄糖異構(gòu)酶和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶，干擾了糖的進(jìn)一步代謝，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，D-甘露糖和葡萄糖之間代謝關(guān)聯(lián)示意圖見圖4。

圖4 D-甘露糖與D-葡萄糖代謝關(guān)聯(lián)示意圖[40]Fig.4 Diagram of the relationship between D-mannose and Dglucose metabolism[40]

此外，王浩等[41]利用結(jié)直腸癌細(xì)胞系HCT116及HT29 體外和原發(fā)結(jié)直腸腫瘤小鼠模型，發(fā)現(xiàn)D-甘露糖可能通過降低葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白GLUT1表達(dá)干擾結(jié)直腸癌細(xì)胞葡萄糖攝取及細(xì)胞增殖，降低原發(fā)結(jié)直腸腫瘤小鼠模型的腫瘤發(fā)生率及發(fā)展程度。表明D-甘露糖可能通過干擾葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝等途徑抑制腫瘤細(xì)胞生長、增殖，從而達(dá)到抗腫瘤的效果。

目前研究文獻(xiàn)證明，D-甘露糖對肺癌、肝癌、結(jié)直腸癌、胰腺腫瘤等疾病均發(fā)揮一定的作用。葛紅等[42]發(fā)現(xiàn)11.1 mmol/L D-甘露糖可以抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549、H460，可明顯增加H460 細(xì)胞系放射敏感性和細(xì)胞凋亡率，并且隨著D-甘露糖濃度增加，對H460 細(xì)胞系具有更加顯著的抑制作用。單婷婷[43]研究發(fā)現(xiàn)在D-甘露糖干預(yù)可以抑制人肝癌細(xì)胞株HepG2 的增殖和遷移。GONZALEZ 等[40]進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)使用抗腫瘤藥物相比，D-甘露糖聯(lián)合順鉑或阿霉素（抗瘤藥物）可增加腫瘤細(xì)胞的凋亡，并且在小鼠模型中也發(fā)現(xiàn)了相似效果，可減小小鼠腫瘤組織，提高腫瘤小鼠存活率，并且他們發(fā)現(xiàn)不同腫瘤細(xì)胞對D-甘露糖的敏感性取決于磷酸D-甘露糖異構(gòu)酶（PMI）的水平，并且當(dāng)PMI 水平較低時，腫瘤細(xì)胞對D-甘露糖更敏感。與這項(xiàng)研究結(jié)果一致，衣俊羽等[7]也發(fā)現(xiàn)D-甘露糖不僅能抑制乳癌細(xì)胞增殖，還可以增加乳癌細(xì)胞對表柔比星的（一種治療癌癥的藥物）敏感性，并且PMI 表達(dá)較低的乳癌細(xì)胞對D-甘露糖更敏感。

3.2.2 D-甘露糖修飾抗腫瘤藥物載體 D-甘露糖還可以通過修飾抗癌藥物起到抗腫瘤功能。與正常細(xì)胞相比，惡性腫瘤過度表達(dá)D-甘露糖受體，D-甘露糖可以被用于選擇性靶向和遞送藥物[44]。使用D-甘露糖修飾納米遞送系統(tǒng)，通過將細(xì)胞毒性藥物特異性遞送到腫瘤細(xì)胞中，可以直接誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，從而降低對正常細(xì)胞的毒性。

一些研究結(jié)果表明，納米遞送系統(tǒng)表面經(jīng)D-甘露糖修飾后可提高藥物對腫瘤細(xì)胞的靶向性，提高藥物抗腫瘤效果，目前常用的納米遞送系統(tǒng)有聚合物膠束、脂質(zhì)體、納米顆粒等[45]。王世江[46]通過D-甘露糖與聚乳酸-羥基乙酸共聚物-聚乙二醇聚合物嵌段綴合并結(jié)合于吉非替尼納米混合膠束外表面，能夠促進(jìn)藥物在肺癌A549 細(xì)胞組織聚積，誘導(dǎo)凋亡的效果，另外利用裸鼠肺癌異種移植瘤模型，發(fā)現(xiàn)可以起到減緩腫瘤生長速度和腫瘤組織增殖比例的作用。陳靜[47]以D-甘露糖化膽固醇配體修飾甘草次酸脂質(zhì)體，制備具有肝靶向性的藥物，發(fā)現(xiàn)以HepG2 細(xì)胞作為細(xì)胞模型，可提高甘草次酸在HepG2 的攝取量，增強(qiáng)細(xì)胞增殖抑制效果及促進(jìn)細(xì)胞凋亡，并且通過給予藥物干預(yù)（劑量5.25 mg/mL），在新西蘭兔的血藥濃度和昆明小鼠的組織分布試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)藥物具有肝靶向性。另外有研究發(fā)現(xiàn)D-甘露糖與抗癌藥物納米顆粒結(jié)合同樣可以增強(qiáng)治療效果，將D-甘露糖與甲氨蝶呤無載體納米顆粒通過可水解的酯鍵結(jié)合，可通過溶酶體酸度和酯酶的雙重誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)藥物按需釋放，增強(qiáng)特異性識別，降低藥物劑量和對正常細(xì)胞和組織的毒性，通過體外（人乳腺癌細(xì)胞系MCF-7）和體內(nèi)（MCF-7 人乳腺癌裸鼠（BALB/c）模型）試驗(yàn)，結(jié)果表明D-甘露糖可增強(qiáng)藥物抗腫瘤活性，具有良好的治療效果和生物安全性[48]。然而，在臨床使用之前，還需要獲得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證其在人體中的安全性[49]。

另外光動力療法是抗癌療法之一，為了減少光動力治療對正常細(xì)胞的損傷，可以利用D-甘露糖對光敏劑進(jìn)行修飾，提高了光敏劑對癌細(xì)胞的選擇性，是一種新型安全高效的靶向光動力療法[50]。蔡穎等[51]通過β-環(huán)糊精和金剛烷超分子識別作用制備了D-甘露糖修飾的光敏劑納米粒子，其粒徑均一，在溶液中穩(wěn)定性良好，能夠被D-甘露糖受體過度表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231 特異性識別并大量攝取，并在665 nm LED 燈照射下表現(xiàn)出對MDAMB-231 細(xì)胞靶向光動力治療的效果。

綜上所述，D-甘露糖一方面可以在腫瘤細(xì)胞中通過M-6-P 的積累抑制葡萄糖代謝相關(guān)酶，進(jìn)而干擾糖的進(jìn)一步代謝，或通過降低葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白表達(dá)減少腫瘤細(xì)胞的葡萄糖攝取，發(fā)揮抗腫瘤作用。另一方面由于腫瘤細(xì)胞中過度表達(dá)D-甘露糖受體，可以利用D-甘露糖修飾抗腫瘤藥物提高靶向性，增強(qiáng)對腫瘤細(xì)胞的抑制效果，降低對正常細(xì)胞的毒性。因此，D-甘露糖在腫瘤治療方面具有很大的潛力。

3.3 免疫調(diào)節(jié)

3.3.1 D-甘露糖干預(yù)對Ⅰ型糖尿病和氣道炎癥的影響 一些研究發(fā)現(xiàn)D-甘露糖是通過增強(qiáng)初始T 細(xì)胞向調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（Treg 細(xì)胞）轉(zhuǎn)化起到免疫調(diào)節(jié)作用。Treg 細(xì)胞是必不可少的免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞，在誘導(dǎo)和維持免疫耐受、預(yù)防和抑制自身免疫性疾病中起著重要作用[52]。ZHANG 等[53]以Treg 細(xì)胞缺陷的Ⅰ型糖尿病模型的非肥胖糖尿病小鼠為研究對象，發(fā)現(xiàn)D-甘露糖可以預(yù)防和抑制Ⅰ型自身免疫性糖尿病，也可以在卵蛋白誘導(dǎo)的哮喘性氣道炎癥小鼠模型中預(yù)防和抑制肺部氣道炎癥的發(fā)展，并增加小鼠Foxp3+調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的比例。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其機(jī)制是D-甘露糖通過促進(jìn)TGF-β潛伏形式的激活，誘導(dǎo)初始CD4+T 細(xì)胞生成Treg 細(xì)胞，而TGF-β（TGF-β是最重要的免疫抑制細(xì)胞因子之一）的活化是通過上調(diào)整合素αvβ8 和增加活性氧來介導(dǎo)的。

3.3.2 D-甘露糖干預(yù)對紅斑狼瘡的影響 同樣的D-甘露糖也可以通過對Treg 細(xì)胞等免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)改善紅斑狼瘡癥狀，WANG 等[54]首先發(fā)現(xiàn)D-甘露糖可以抑制骨髓源性樹突狀細(xì)胞成熟（BMDCs）以及BMDCs 誘導(dǎo)的抗原特異性CD4+T 細(xì)胞增殖和活化，增加了正常C57BL/6 小鼠Foxp3+調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的循環(huán)頻率。隨后利用移植物抗宿主病（cGVHD）狼瘡樣小鼠模型和B6.lpr 自發(fā)性紅斑狼瘡小鼠模型，發(fā)現(xiàn)D-甘露糖處理降低了自身抗體的產(chǎn)生，同時降低了效應(yīng)記憶和輔助T 細(xì)胞以及生發(fā)中心B 細(xì)胞和漿細(xì)胞的頻率。以上研究結(jié)果表明，D-甘露糖改善了狼瘡模型中的自身免疫激活，至少部分是由于能夠增加Treg 細(xì)胞，下調(diào)未成熟的樹突狀細(xì)胞誘導(dǎo)和效應(yīng)T 細(xì)胞激活。

3.3.3 D-甘露糖干預(yù)對骨質(zhì)疏松的影響 研究發(fā)現(xiàn)炎癥的加劇會破壞骨代謝，T 細(xì)胞可以通過調(diào)節(jié)干擾素IFN-γ和腫瘤壞死因子TNF-α水平抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMMSCs）介導(dǎo)的骨形成，Treg 細(xì)胞可以抑制T 細(xì)胞，減少促炎細(xì)胞因子的分泌，從而改善基于BMMSCs 的顱骨缺損修復(fù)[55]。因此，D-甘露糖或可通過增加Treg 細(xì)胞增殖作用減少小鼠的骨質(zhì)疏松，LIU 等[56]在飲水中添加D-甘露糖干預(yù)12 月齡老年C57BL6/J 小鼠和8 周齡去卵巢C57BL6/J 小鼠兩個月后，與未處理組相比，D-甘露糖干預(yù)組皮質(zhì)骨體積和骨小梁顯微結(jié)構(gòu)明顯增加，下調(diào)了小鼠骨髓中破骨形成相關(guān)細(xì)胞因子，同時增加了小鼠脾臟中Treg 細(xì)胞，表明D-甘露糖可能是通過誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞增殖來減輕小鼠由于衰老和雌激素缺乏而引起的骨質(zhì)疏松。

以上結(jié)果表明，D-甘露糖作為一種對人體有益的單糖，將來或可在促進(jìn)免疫耐受、治療/預(yù)防與自身免疫和過敏相關(guān)的人類疾病中廣泛應(yīng)用。

3.4 皮膚護(hù)理

皮膚真皮網(wǎng)狀層內(nèi)有豐富的膠原纖維、彈力纖維和網(wǎng)狀纖維，使皮膚具有較大的彈性和韌性。在皮膚老化過程中纖維細(xì)胞失去了合成膠原的能力，膠原降解增加，皮膚的生物力學(xué)性能下降。

研究發(fā)現(xiàn)D-甘露糖可能具有改善皮膚生物力學(xué)特性的功能。MEUNIER 等[57]發(fā)現(xiàn)由D-甘露糖、M-6-P、磷酸鈉、甘油和水組成的復(fù)合物，能夠通過重組真皮膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)和改善皮膚生物力學(xué)性能來逆轉(zhuǎn)可見的衰老跡象。涂抹人類皮膚組織7 d，可以提高V 型膠原蛋白、衰老關(guān)鍵蛋白抗原、健抗原蛋白三種蛋白表達(dá)，網(wǎng)狀真皮密度增加；另外與安慰劑組相比，可以顯著提高面部膠原密度，減少魚尾紋數(shù)量和頸部皺紋的體積和深度。但關(guān)于D-甘露糖在皮膚護(hù)理功能方面的文獻(xiàn)研究相對較少，這一功能尚需大量研究進(jìn)行進(jìn)一步證實(shí)。

4 總結(jié)與展望

近年來，D-甘露糖受到食品、醫(yī)藥等行業(yè)越來越多的關(guān)注，對其生產(chǎn)工藝及生物學(xué)特性進(jìn)行不斷的深入研究發(fā)現(xiàn)，與植物提取法和化學(xué)轉(zhuǎn)化法相比，生物法生產(chǎn)D-甘露糖具有較大優(yōu)勢，且D-甘露糖是一種極具潛在功能和價(jià)值的“信號糖”，可以通過不同途徑發(fā)揮多種生理學(xué)功能：一是可以阻止細(xì)菌粘附在尿路上皮防治尿道感染；二是可以通過干擾葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝，抑制癌細(xì)胞的增殖，也能夠通過修飾抗腫瘤藥物載體選擇性靶向和遞送抗腫瘤藥物；三是可以通過促進(jìn)Treg 細(xì)胞增加在自身免疫性疾病中表現(xiàn)出免疫調(diào)節(jié)作用。

目前尚需更多關(guān)于D-甘露糖的研究數(shù)據(jù)支持以促進(jìn)其在功能性食品和生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。在生產(chǎn)工藝方面，為了提高D-甘露糖的得率、降低生產(chǎn)成本，需要更多針對生物轉(zhuǎn)化法的異構(gòu)酶催化效率提高以及工藝條件優(yōu)化方面的研究；在生理功能應(yīng)用方面，D-甘露糖預(yù)防和緩解泌尿系統(tǒng)感染機(jī)制相對明確，已經(jīng)被添加到主要針對女性泌尿系統(tǒng)保護(hù)的膳食補(bǔ)充劑中。但關(guān)于D-甘露糖的抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、皮膚護(hù)理等功能的研究較新，關(guān)于作用機(jī)制的深入了解及其他作用途徑的探索、在不同類產(chǎn)品中的具體應(yīng)用及優(yōu)勢等，尚需更多研究數(shù)據(jù)進(jìn)行支撐。另外，D-甘露糖的長期安全性有待進(jìn)一步證實(shí)，D-甘露糖有望在功能性食品和臨床治療中發(fā)揮更積極和重要的作用。