β-葡聚糖研究進展及其在健康產業中的開發潛能

金毅明，李平利，趙雅萍，張 舒，王鳳山*

（1. 山東大學 藥學院 生化與生物技術藥物研究所，山東 濟南 250012；2. 山東大學齊魯醫院/臨床藥理研究所，山東 濟南 250012）

20世紀60年代，β-葡聚糖因其優良理化性質被嘗試開發為塑性劑、增稠劑等添加劑而應用于食品、化妝品工業中[1]。后來研究發現，β-葡聚糖來源十分廣泛，可從海藻、小麥、燕麥、產堿桿菌、酵母等多種天然來源的植物和微生物中獲得[2]。在結構方面，植物來源的β-葡聚糖主要為葡萄糖以1-3和1-4糖苷鍵連接構成，而微生物來源的β-葡聚糖常以1-3糖苷鍵連接構成，也有以1-6糖苷鍵連接的，分子量通常分布于約103kDa ～105kDa。之后研究報道，β-葡聚糖有多種生物學活性，如免疫調節[3-4]、抗腫瘤[5]、抗菌[6]、抗氧化[7]、抗衰老[8]、防輻射[9]、抗炎[10]、降血糖[11]和降血脂[12]等。其中，β-葡聚糖在免疫學及抗腫瘤方面的活性報道較早，研究也較深入；其他活性主要在2000年后被報道。近年，關于β-葡聚糖活性、應用等方面的研究有逐年遞增的趨勢，研究涉及醫藥、保健食品、化妝品等多個與人類健康相關的領域，可為β-葡聚糖作為健康產品的深入開發提供思路與依據。本文查閱了近年有關β-葡聚糖活性研究的文獻，按照醫藥、功能性食品、食品添加劑、化妝品添加劑及飼料添加劑等5個產業領域對β-葡聚糖生物學活性或功能研究進展及開發潛能進行綜述。

1 藥物相關活性研究與開發潛能

1.1 腫瘤治療

β-葡聚糖作為一種天然的免疫活性物質，廣泛用于腫瘤免疫治療的研究中[13]，發現其可在3個方面發揮抗腫瘤效應：一是在與單克隆抗體聯合給藥時，通過結合中性粒細胞的補體受體CR3，使CR3識別并結合腫瘤表面的iC3b，啟動CR3依賴的細胞毒性反應，殺滅腫瘤細胞[14]；二是可作為疫苗佐劑，增強腫瘤疫苗的免疫效果而抑制腫瘤生長；三是通過活化腫瘤微環境中被腫瘤抑制的樹突狀細胞、巨噬細胞、T細胞等，達到抗腫瘤效果[15-16]。近期有文獻報道了β-葡聚糖抗腫瘤的新機制，即β-葡聚糖能上調腫瘤小鼠抑癌基因p53表達，同時下調腫瘤組織中抗凋亡蛋白Bcl-2表達[17-18]，為β-葡聚糖抗腫瘤研究提供了新方向。

1.2 疫苗佐劑

在疫苗設計開發中，佐劑是不可或缺的為增強疫苗免疫原性而添加的免疫刺激物。β-葡聚糖作為天然來源的免疫刺激物可被樹突狀細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、自然殺傷細胞等免疫細胞中較多受體識別和結合，如dectin-1、CR3、CD5等，然后激活免疫系統，促進免疫細胞增殖分化、細胞因子分泌，并提高抗原特異性抗體水平[19-20]?；谶@些受體介導的免疫活化作用，β-葡聚糖可提高免疫系統對疫苗抗原的敏感性，促進產生疫苗抗原特異性抗體[21]。繼大量有關β-葡聚糖免疫刺激機制的研究后，近年研究主要集中在保持β-葡聚糖免疫刺激活性同時，開發疫苗載體而達到雙功能佐劑的效果[22]。如Baert等[23]研究了β-葡聚糖微粒包載重組亞單位疫苗后的佐劑性質發現，β-葡聚糖微粒在保持高包載率的同時，免疫刺激活性未降低。熒光染色表明，包載疫苗的β-葡聚糖微?？山柚荏w識別作用靶向富集在腸黏膜的免疫細胞中[24]。

1.3 深部真菌感染診斷

惡性腫瘤、獲得性免疫缺陷病導致深部真菌感染患者數量明顯增多，同時由于腫瘤化療藥物和免疫抑制劑及創傷性檢查手段廣泛使用，使院內感染中深部真菌感染率急劇上升，成為了目前院內感染的主要因素和患者死亡的重要原因之一[25]。深部真菌感染在臨床上缺乏特異性表現，且發病快、病死率高。傳統的真菌診斷方法為培養法，其耗時長、檢出率低，對于急需早期確診的患者已不能滿足臨床需求，因此，迫切需開發快速可靠的檢測方法[26]。β-葡聚糖在真菌細胞壁的組成成分中占50 %以上，且不會因為真菌種屬改變產生明顯差異。深部真菌感染后部分真菌會被吞噬、消化而釋放大量的β-葡聚糖進入血液、腦脊液中，濃度明顯高于淺表真菌感染后的β-葡聚糖血漿濃度，故有作為診斷方法的潛能。β-葡聚糖檢測還可提高侵襲性真菌病早期診斷的效率，為觀察治療贏得寶貴的時間，且還能動態連續檢測，了解抗真菌藥物的療效及患者的病情變化。焦莉莉等[27]和勞慶祿等[28]分別報道了β-葡聚糖檢測手段在早產兒和老年人真菌感染中的臨床應用，發現β-葡聚糖檢測有高靈敏性、特異性特點，且在治療和非治療組之間有統計學差異，有開發深部真菌感染診斷方法和診斷試劑的潛能。

2 功能性食品相關活性研究與開發潛能

2.1 降血糖

β-葡聚糖有降血糖作用，但機制不明確，推測機制主要有：β-葡聚糖可修復受損胰島B細胞，達到降血糖作用；β-葡聚糖降低了機體對外源性葡萄糖的吸收，減少血糖升高[29]。趙范等[30]用糖尿病模型小鼠驗證了β-葡聚糖的降血糖和抗氧化作用，首先用四氧嘧啶建立糖尿病小鼠模型，然后分組并連續28 d灌胃給予不同劑量β-葡聚糖和陽性對照藥阿卡波糖。結果表明，β-葡聚糖能明顯減少糖尿病小鼠攝食飲水量并減緩體重增加，同時使糖尿病小鼠血糖值降低25.39 %（與阿卡波糖效果接近），但對健康小鼠的體重、飲水量、攝食量、血糖值和糖耐量無明顯影響?？寡趸矫娼Y果表明，β-葡聚糖可提高糖尿病小鼠體內超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性，降低體內丙二醛（MDA）含量，有明顯的抗氧化活性。劉燦等[31]發現β-葡聚糖除了能降低糖尿病大鼠血糖水平，還能通過促進糖尿病大鼠緊密連接蛋白分泌、降低β-防御素-2分泌、減少大腸桿菌數量上升幅度和增加雙歧桿菌、乳酸桿菌數量上升幅度，保護糖尿病大鼠腸黏膜完整性。

2.2 降血脂

Wang等[32]研究表明，高分子量β-葡聚糖可降低高膽固醇血癥患者血液中膽固醇和低密度脂蛋白，并發現CYP7A1基因與β-葡聚糖降血脂作用有一定的相關性。Kusmiati等[12]研究表明，β-葡聚糖給藥14 d后可使高血脂模型大鼠血漿和肝臟總膽固醇含量分別降低32.79 %和33.71 %。杜杰[33]報道了燕麥β-葡聚糖可降低高血脂倉鼠的血液膽固醇含量，并發現其機制是通過降低膽固醇合成限速酶CYP51、膽固醇轉運酶ABCG5等表達而降低膽固醇含量。

2.3 調節認知

Haider等[34]研究表明，β-葡聚糖可與乙酰膽堿酯酶上Ser203等重要氨基酸殘基形成氫鍵，抑制對乙酰膽堿的水解活性，減少中樞乙酰膽堿水解，從而達到調節認知的作用，并用水迷宮實驗證實了β-葡聚糖能增強認知缺陷大鼠的認知能力。

3 食品添加劑相關功能研究與開發潛能

食品產業屬于健康產業中的人類健康相關產業板塊，其中食品添加劑產業是食品產業的支撐和衡量其發展水平的標志[35]。β-葡聚糖有適用于食品加工的特性，如高黏度、高持水性、乳化穩定性等，用作填充劑、增稠劑、持水劑、黏結劑及乳化穩定劑，能有效改善食品質構特性。目前β-葡聚糖在食品加工方面研究重點是發掘新用途并明確其營養保健功效。莊海寧等[36]研究了在面包制作中添加β-葡聚糖對面包品質和淀粉消化的影響，發現在制作中分別添加猴頭菇和香菇β-葡聚糖均能在不明顯影響面包色澤的情況下增加面包比容，改善面包硬度、膠著性、咀嚼性，使面包內部結構細膩、質地柔軟，且能在儲藏期間有效延緩面包老化和硬度增加。研究還發現，含β-葡聚糖的面包制作后在體外用復合酶液模擬體內環境消化時，β-葡聚糖能以其高吸水性降低面包中淀粉的糊化、消化和葡萄糖釋放速率，這為開發含β-葡聚糖的低血糖生成指數食品提供了依據[37-38]。此外，β-葡聚糖在烘焙中可使面包蓬松，增加面團筋度和黏度，可為酸奶中乳酸菌發酵提供能量，在肉質食品中可發揮持水持油特性而保持食品口感，這些性質均使β-葡聚糖在食品產業中有開發價值[39-41]。

4 化妝品添加劑相關功能研究與開發潛能

當前，美容化妝品的研發趨勢是開發天然來源原料，因此基于β-葡聚糖的化妝品研發和美容機制研究在不斷增加[42]。在日本和法國，β-葡聚糖憑借其卓越的生物活性已被用于護膚化妝用品，美國和歐盟也已批準β-葡聚糖添加于促進傷口愈合和燒傷治療的產品。曾經有觀點認為β-葡聚糖是大分子聚合物，無法被皮膚吸收，但現在發現β-葡聚糖可通過細胞間脂質矩陣進入皮膚[43]，進入皮膚后β-葡聚糖結合并激活皮膚內的朗格罕氏細胞，活化后的朗格罕氏細胞會促進細胞因子（如IL-1、IL-6、GM-CSF）、表皮生長因子（EGF）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）和血管生成因子（AF）的產生[44]。其中，血管生成因子可促進疤痕愈合和皮膚再生，表皮生長因子可增加衰老和皺紋皮膚膠原蛋白和彈性蛋白產生，同時促進纖維細胞增殖，從而修復皮膚減少細紋。張琪等[45]研究表明，β-葡聚糖有很強的保濕性，體內實驗發現其1 h內即時鎖水保濕功能甚至優于甘油。此外，因為β-葡聚糖有顯著的抗炎、抗過敏活性，能減少膚過敏和炎癥，所以其在化妝品產業中具有巨大的開發潛能。

5 飼料添加劑相關功能研究與開發潛能

長期以來，養殖業中一直用抗生素降低動物的患病率和死亡率，而抗生素的長期使用對環境、微生物平衡和人類健康有嚴重的不良影響，不僅增加病原微生物的耐藥性，還會破壞物種平衡。因此，開發替代性的免疫增強劑成為該領域的研究熱點[46-47]。β-葡聚糖作為病原相關模式分子（PAMP），可被免疫細胞上的模式識別受體（PRR）識別而增強抗感染免疫應答，同時還能促進腸道有益菌群生長，因此在養殖業中有一定的研究開發潛力[48]。Do等[49]研究了飼料中添加β-葡聚糖對鯧魚生長和存活率的影響，發現β-葡聚糖飼喂的鯧魚生長比對照組快，生存率得到了顯著的提高，且能減少腸道弧菌數量、增加血液中紅細胞和白細胞數量。Ghaedi等[50]研究了β-葡聚糖對虹鱒魚和虹鱒魚魚苗免疫力和抗感染能力的影響，發現β-葡聚糖能提高虹鱒魚和虹鱒魚魚苗血液中白細胞數量和補體活性，并明顯降低耶爾森菌Yersinia ruckeri感染后的死亡率。曲昆鵬等[51]研究了含β-葡聚糖飼料對肉雞生長、免疫和腸道菌群的影響，發現β-葡聚糖試驗飼料能顯著增加肉雞盲腸內乳酸菌數量，降低空腸和回腸內沙門菌數量并提高血清IgG含量，證實了β-葡聚糖在養殖產業中的開發價值。不只在家禽和水產養殖產業中，近年來β-葡聚糖在家畜養殖中的應用亦有研究報道[52]。

6 總結

因為β-葡聚糖具備抗菌、抗輻射、降血糖、降血脂、免疫調節等多種生物學活性，所以其在醫藥、功能性食品、食品添加劑、化妝品添加劑、飼料添加劑等健康產業領域中有巨大的開發潛能，同時β-葡聚糖來源豐富且不同來源的β-葡聚糖結構與分子量存在差異，使β-葡聚糖相關產品在后期專利申報中較其他生物大分子有一定優勢。近年，對于β-葡聚糖活性的研究主要集中在抗腫瘤新機制、受體靶向給藥系統開發、真菌感染診斷、降血脂和降血糖機制研究，在作為食品添加劑、化妝品添加劑和飼料添加劑應用研究也較多，但目前對于β-葡聚糖各種生物學活性機制的研究還不夠透徹，對于其結構與活性關系的研究也還不夠，未來的研究如果能解決這些問題，那β-葡聚糖在健康產業中應用潛能將會得到進一步的開發。