抗炎多糖研究進展

關 欣，劉 瑋，姚文兵

中國藥科大學生物制藥教研室，南京 210009

近年來的一系列研究表明，多糖在免疫調節、抗炎、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、降血糖、降血脂等方面都具有很好的作用。有關多糖抗炎活性的相關研究逐漸增多，據文獻報道[1-3]，多糖主要是通過抑制趨化因子與粘附因子的表達、抑制炎癥發展過程中的關鍵酶的活性，調節各種細胞因子的生成，從而影響白細胞向炎癥部位的募集、粘附以及滲出，發揮抗炎作用。多糖的理化性質決定了其生物活性，多糖的抗炎活性與其分子量的分布、單糖組成、糖鏈的構型及構象等都有很大的關系。本文綜述了近年來研究較多的抗炎多糖及其結構特點。

1 葡聚糖

根據相關文獻報道[4]，含有β-葡聚糖結構的多糖具有調節機體免疫功能的作用，但是，這類多糖中既有發揮抗炎作用的多糖、也有發揮促炎作用的多糖，例如：由β-D-1，3連接的葡聚糖構成的多糖主鏈，以及通過1，6位連接到該主鏈的β-D-1，3葡聚糖側鏈構成的茶薪菇（Agrocybe chaxingu）多糖[5]能夠抑制脂多糖（LPS）誘導的巨噬細胞分泌一氧化氮（NO）的水平，以及減少前列環素-2（PGE2）的生成，從而起到抗炎的作用；而埃杜拉香菇（Lentinula edodes）葡聚糖[6]卻可以通過調節多種細胞因子的表達而增強脾細胞的免疫應答，起到促炎的作用。這兩種多糖均是由葡聚糖鏈組成，但是對機體的免疫調節作用卻不相同，這可能與其分子量的分布以及糖鏈的結構相關。

早在1998年，就有學者[4]提出，具有1，3連接的β-D-葡聚糖能夠與肺泡巨噬細胞表面的特異性受體相結合，從而激活巨噬細胞釋放炎癥因子。那么，茶薪菇多糖發揮抗炎作用是否與其結構中存在有很多1，6分枝的葡聚糖側鏈相關？雖然關于其構效關系尚不完全清楚，但Neyrinck等[7]通過研究發現分子量在4500～5500 kDa之間的帶有1，6分枝的β-D-1，3連接的葡聚糖對脂多糖誘導的小鼠肝損傷具有治療作用，能夠抑制血清中的腫瘤壞死因子（TNF-α）的表達以及PGE2的生成，起到抗炎的作用，但該多糖的抗炎作用又具有器官特異性，僅對受損的肝臟具有抗炎活性，而在肺與脾則表現出促炎癥發生的作用。目前，又有相關文獻報道[8]，給感染殺鮭氣單胞菌的鯉魚喂食在端基葡萄糖的6位連有側鏈結構的β-D-1，3連接的葡聚糖，通過測定血清中各種細胞因子的表達，結果發現這類β-葡聚糖可以顯著地上調鯉魚前腎內皮細胞分泌的多種促炎因子，而下調由腸道內皮細胞分泌的炎癥介質TNF-α1、TNF-α2、白介素1β（IL-1β）和白介素6（IL-6）的表達。由上述可以看出，帶有分枝鏈的β-D-葡聚糖僅對肝臟以及腸道器官具有抗炎作用，這可能是因為該多糖經腸道吸收以及肝臟代謝后其分枝糖鏈被水解，從而形成了不具有分枝的β-D-1，3連接的葡聚糖及其片段，因此不再具有抗炎作用。

除了β-葡聚糖具有抗炎作用，α-葡聚糖也同樣可以發揮抗炎活性，Zhang等[9]從梨形環棱螺（Bellamya purificata）的足肌中提取得到兩種水溶性多糖（BPS-1，BPS-2），分子量分別為7.2×106kDa和8.3×106kDa。BPS-1與BPS-2主要由95%左右的α-D-葡聚糖組成，以及少量的巖藻糖、阿拉伯糖、木糖；BSP-2還含有少量的半乳糖及甘露糖。這兩種多糖都是由 1，4連接的 α-葡聚糖構成的骨架，BPS-1在主鏈糖環的C-6位帶有1，3連接的α-葡聚糖分枝，BPS-2在C-3及C-6位都存在有1，3連接的α-葡聚糖分枝。這兩種多糖均能夠抑制二甲苯誘導的鼠耳腫脹，1 mg·mL-1時抑制率分別為57.56%、56.46%。BPS-1對急性炎癥模型小鼠的治療效果稍好于BPS-2，這可能是由于BPS-1僅含有C-6位的葡聚糖側鏈，而BPS-2的C-3位葡聚糖側鏈對抗炎活性產生了一定的影響。由上述可以看出，α-D-葡聚糖和β-D-葡聚糖都具有抗炎作用，這類多糖發揮抗炎活性的原因可能與其葡聚糖主鏈骨架的分枝結構、大分子特性，以及給藥部位等相關。

2 酸性多糖

目前報道的許多抗炎多糖多含有醛酸基團或硫酸化基團，關于這一類抗炎多糖的研究，一般都是通過對其進行酸水解或酶水解，得到不同分子量的多糖片段，通過比較這些多糖片段的抗炎活性，從而確定其發揮抗炎作用的有效結構單元及特征。

Popov等[10]從甜椒（Capsicum annum）中提取到一種果膠多糖，經過對該果膠多糖的純化，得到一種分子量為600 kDa以上的多糖，該多糖含有大量的半乳糖醛酸及少量中性糖，對脂多糖誘導的小鼠炎癥模型具有抗炎作用，能夠抑制血清中的TNF-α的產生以及IL-10的分泌。用于該抗炎活性研究的果膠多糖含有一些中性糖及蛋白質，因此，為了確定其發揮抗炎作用的有效物質及結構片段，進一步應用酸水解法降解該果膠多糖，經純化后，得到一種帶有甲基及乙?；摩?D-1，4半乳糖醛酸多糖片段，不含有中性糖及蛋白，半乳糖醛酸含量為95%，并經證明該多糖片段是其發揮抗炎作用的有效結構單元。Kuang等[11]也是通過酸水解法對麻黃（Ephedra sinica）多糖及其4種酸水解片段采用這種研究方法，發現含有半乳糖醛酸含量很高的麻黃多糖片段，對刀豆集素A（ConA）誘導的脾淋巴細胞增殖的抑制效果越好，對其中抗炎效果最好的麻黃多糖片段ESP-B4進行進一步的水解，得到產物ESP-B4a，發現這一片段不再具有免疫抑制作用，因此，ESP-B4的分枝結構或空間構象對于其抗炎作用可能非常重要，但關于其發揮抗炎作用的最小結構單元及特征還未見深入的研究。很多植物多糖的抗炎作用都與半乳糖醛酸的存在相關，例如，芹菜梗（Apium graveolens）多糖[12]、沼委陵菜（Comarum palustre）多糖[13]等。

除了半乳糖醛酸與多糖的抗炎活性有一定的關系，一些來自于海藻類物質中的硫酸化多糖也具有抗炎活性。Kang等[14]通過酶輔助提取法從昆布（Ecklonia cava）中獲得了一種昆布多糖（AMG ext），該多糖提取液經濾膜純化后，收集分子量大于50 kDa的多糖（＞50 kDa Fr），再經乙醇沉淀得到粗多糖（CPS Fr），對該粗多糖進一步純化，得到一種分子量為1.3×106kDa的多糖PPS，這四種多糖分別含有48%、65%、69%以及82%的巖藻糖。除此之外，均含有少量的鼠李糖、半乳糖、醛酸及硫酸基團等。其中，硫酸脂鍵的取代度也隨著每一步的純化而逐漸增多，四種多糖分別含有0.41%、0.52%、0.71%以及0.92%取代度的硫酸基團。通過比較這四種多糖的抗炎活性，發現它們對脂多糖 （LPS）誘導的RAW264.7巨噬細胞生成NO的水平具有抑制作用，抑制效果從小到大依次是：AMG ext，＞50 kDa Fr，CPS Fr，PPS。PPS在25-200 μg·mL-1之間能夠呈劑量依賴性的抑制RAW 264.7巨噬細胞表達的一氧化氮合酶（iNOS）和環氧合酶（COX-2），減少NO以及PGE2的生成。比較這四種不同多糖的理化性質，其主要差別在于所含巖藻糖及硫酸基團的含量不同。由其結果可以看出，含有巖藻糖及硫酸基團越多的多糖，其抗炎效果越好。因此，組成該多糖的硫酸化巖藻糖可能是其發揮抗炎作用的關鍵。

關于這類抗炎多糖的酸性基團與炎癥的關系，尚未有明確的結論。但是，目前常用的抗炎藥物如水楊酸類物質，其發揮抗炎活性的必要結構即為與羥基相鄰的羧酸基團，如果酸性降低，抗炎活性就會減少。那么，酸性多糖發揮抗炎作用可能是因為其在體內降解成為含有羧酸或硫酸化基團的多糖片段，與受損組織中的巨噬細胞表面上的炎癥相關受體相結合從而發揮抗炎作用。

3 半乳甘露葡聚糖

很多具有甘露葡聚糖結構的多糖類物質具有免疫調節活性，可以通過降低炎癥初期毛細血管的通透性抑制炎癥介質的滲出，從而發揮抗炎作用。Silva等[15]從皇后葵（Arecastrum romanzoffianum）的果皮中分離并純化得到一種分子量為1.5×105kDa的水溶性多糖，由半乳糖、甘露糖和葡萄糖組成，三者的比例為1∶3.7∶5.3。該多糖能夠降低急性炎癥模型小鼠的毛細血管通透性，但對于炎癥反應過程中的前列環素的釋放卻沒有抑制作用，僅能夠在炎癥發生的早期起到治療作用。從一種巴西甘藍（Syagrus oleracea）中分離并純化得到的半乳甘露葡聚糖[16]也具有抗炎作用，能夠減輕由無水乙醇造成的小鼠胃黏膜潰瘍程度，對胃炎有很好的治療作用。其分子量為4.15×105kDa，與上述的皇后葵果皮多糖的糖鏈結構基本相同，均為下式：

這兩種多糖均含有β-D-1，3連接的吡喃半乳糖鏈，在該鏈上又含有β-D-1，4連接的吡喃甘露糖鏈，端基鏈為α-D-1，4連接的吡喃葡萄糖殘基。這種巴西甘藍多糖含有的半乳糖、甘露糖以及葡萄糖的比例為1∶1.1∶1.2。這兩種多糖的分子量與單糖的組成比例稍有差異，但都具有很好的抗炎活性。從蘆薈（Aloe vera）[17]中得到的具有β-D-1，4連接的吡喃甘露多糖同樣也具有抗胃潰瘍的作用，因此推測這一結構骨架可能是多糖發揮抗胃潰瘍作用的有效結構。但這一類多糖抗胃潰瘍的機制尚不清楚，可能是由于大分子量的多糖類物質可以在胃黏膜表面形成一層保護膜，從而減輕黏膜損傷。關于這類多糖對胃潰瘍后期的炎癥組織增生是否有抑制作用尚未見報道。

4 糖胺聚糖

糖胺聚糖是由氨基己糖和糖醛酸所構成的無分枝的長鏈多糖，包括透明質酸、硫酸軟骨素、肝素、殼聚糖等，這類多糖及其降解產物在治療關節炎、角膜炎、角膜潰瘍等方面具有很好的療效。

硫酸軟骨素[18]屬于減緩關節炎癥狀的藥物（SySADOA），能夠抑制關節炎模型小鼠造骨細胞中的IL-1β誘導的基質金屬蛋白酶-3（MMP-3）和基質金屬蛋白酶-13（MMP-13）的基因表達，以及抑制炎癥因子形成過程中的關鍵酶，如COX-2的信使RNA（mRNA）的表達。硫酸軟骨素及其雙糖單元[19]還能夠通過抑制核轉錄因子（NF-κB）的活化從而減緩炎癥的發展，阻止關節腔狹窄，減輕關節的腫大及炎癥物質的滲出。與非類固醇類抗炎藥物（NSAIDs）相比，這類抗炎多糖藥物具有治療成本更低、胃腸道耐受性更好的特點[20]。

肝素也是一類具有抗炎作用的糖胺聚糖，但由于肝素具有較強的抗凝血作用，因此不能用于炎癥的治療。Brito等[21]從一種蝦（Litopenaeus vannamei）中提取并純化得到一種類肝素的抗炎多糖，該多糖與肝素相比，結構相同，但含有的葡萄糖醛酸及不飽和的二硫化氨基葡萄糖結構較多，不具有抗凝血的副作用，而且具有很好的抗炎活性，能夠降低炎癥動物模型腹膜中的基質金屬蛋白酶（MMPs）的活性，對活化的人白細胞分泌MMP-9的抑制率高達90%，可以用于抗炎藥物的開發。

除此之外，還有一些糖胺聚糖，如殼聚糖[22]及其降解片段、化學修飾產物，也具有很好的抗炎作用。對燒傷模型小鼠應用殼聚糖和肝素進行治療，發現該多糖能夠在小鼠燒傷的早期阻止傷口的擴散，而肝素不具備這樣的作用，共同使用時，還會減弱殼聚糖對傷口的治療效果。目前，使用較多的殼聚糖類抗炎藥物多是對殼聚糖進行降解而獲得的分子量較小的寡糖片段，其抗炎效果更好。

5 結 語

多糖作為一類重要的天然活性物質，其最大的優點是毒副作用小，來源廣泛。目前，我國是糖胺聚糖類抗炎藥物如殼聚糖、硫酸軟骨素等原料藥的最大的出口國家，國內也有多種抗炎多糖藥物上市，比如硫酸軟骨素滴眼液，用于角膜炎、結膜炎的治療；香菇多糖注射液，用于治療慢性乙型肝炎；靈芝多糖片，用于慢性氣管炎的治療。盡管關于多糖在抗炎方面的應用已經打開市場，但是關于抗炎多糖的理化性質、結構鑒定、構象分析、構效關系的研究仍不深入，且多糖類藥物由于其分子量較大，口服易被消化降解等特點，難以達到患處發揮作用。因此，深入研究抗炎多糖藥物的最小有效片段及其給藥方式將是其進一步發展的必經之路。

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