牛膝多糖的生物學功能研究進展

馬杰 李孟偉 陳清華

摘要：牛膝多糖（ABPS）是從牛膝中提取的具有生物活性的小分子量肽多糖，因其廣泛的生物學活性受到極大的關注。研究表明，ABPS能調節細胞的增殖、分化或凋亡，特別是能促進免疫細胞的激活。同時，ABPS還具有抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、增強免疫、降血糖、抵抗衰老等多種生物學功能。本文主要從ABPS的理化性質、生物學功能等方面進行概述，為ABPS的開發利用提供依據。

關鍵詞：牛膝多糖：生物學功能：研究進展

多糖（ Polysaccharide）是由單糖分子組成的高分子化合物，目前人們發現的多糖種類有300多種，它們廣泛存在于動植物和微生物組織中。多糖作為一類重要的生物活性大分子，在生物體內具有重要的生物功能，如支持細胞結構和作為能量儲存物質，此外還具有信息存儲、傳遞以及信號感受的重要生物功能。近年來，人們對以牛膝多糖（Achyranthes bidentata polysaccharide，ABPS）、黃芪多糖（Astragalus polysaccharide，APS）及白術多糖（polysaccharide of Atractylismacroceohala koidz，PAM）等為代表的水溶性植物性多糖的研究日益深入，發現它們具有抗炎癥、抗氧化、保護肝腎、調節血糖以及增強免疫等多種作用。大量研究和實踐證明，ABPS能夠提高機體免疫力，改善仔豬腸道發育狀況，維護和發揮腸道功能，提高仔豬的生長性能和健康水平，減少經濟損失。ABPS因其具有免疫調節活性，又無毒、不產生抗藥性，而成為動物生產上極具前途的替代抗生素的綠色添加劑。

1 牛膝多糖的理化性質

ABPS是牛膝根部經過干燥、粉碎，而后經過乙醇處理、沸水處理等一系列步驟可以得到初步的褐色物質，進一步純化后可得到無色的粉末。早在90年代，對牛膝多糖粉末進行化學成分分析結果表明，ABPS是主要由多糖和肽組成的肽多糖。D-葡萄糖酸、D-半乳糖酸、D-半乳糖、L-鼠李糖以及L-阿拉伯糖是其主要的糖類成分，谷氨酸、甘氨酸、絲氨酸和門冬氨酸是主要的氨基酸成分。后來，ABPS的理化性質和結構都得到了確證，且被鑒定為禾本科型果聚糖。研究表明，牛膝多糖由葡萄糖和果糖（比例為8：1）組成，其糖鏈結構中同時還有1，2-連接和2，6-連接的兩種果糖殘基。同時，ABPS也可使用化學方法拆分為多糖組分、甾酮組分以及脂肪油組分等，這些組分具有是具有完整的生物活性，如多糖組分、甾酮組分具有免疫活性，并且這些組分之間基本不交叉。隨著技術的進步，對ABPS的成分研究將會更加的細致和深入。

2牛膝多糖的生物學功能

近年來，ABPS以其廣泛的生物學活性受到了極大的關注。研究表明，ABPS能調節細胞的增殖、分化或凋亡，特別是能促進免疫細胞的激活。同時，ABPS還具有抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、增強免疫、降血糖、抵抗衰老等多種生物學功能。 2.1牛膝多糖對細胞增殖的影響 自90年代起，從牛膝中分離牛膝多糖的技術愈發完善，這也為ABPS的進一步深入的研究創造了良好的條件;此后人們在細胞水平上對牛膝多糖進行了大量的實驗研究。大量報道顯示ABPS能促進豬、牛、雞、小鼠樹突細胞等細胞的增殖。Yu等報道，在細胞培養體系中添加適宜濃度的ABPS能夠顯著促進源單核巨噬細胞的增殖，而且顯著上調細胞周期蛋白（cyclin）Dl、細胞周期素依賴性激酶4（CDK4）、CDK6等的表達，表明ABPS是通過提高細胞G1期和S期的比例來加速細胞增殖的;進一步研究表明，ABPS是通過影響Wnt/-catenin信號通路來調節細胞周期的。同時，ABPS也能調節細胞的凋亡，如通過促進軟骨細胞Ⅱ型膠原的表達，抑制大鼠軟骨細胞的凋亡、減少大鼠糖尿病模型的視網膜、腦組織和腎組織等的細胞凋亡，促進人肝癌細胞、肺腺癌細胞系的凋亡。

ABPS在免疫細胞上的作用備受重視。周智東等報道ABPS能顯著加強DC+CIK細胞對對結腸癌細胞株SW480的殺傷活性，原因是ABPS能促進IL-12、TNF-α的分泌。Zou等報道，ABPS能夠促進樹突細胞的活化是通過促進CD86，CD40，and MHC Ⅱ等的表達，IL-12的分泌和抑制樹突狀細胞酸性酶的分泌等實現的。

2.2牛膝多糖的免疫調節功能

大量研究報道證明，ABPS具有增強免疫、抵抗炎癥等功能。一方面，在細胞水平上ABPS能夠增強免疫細胞的增殖、活化和成熟，并且調控細胞因子等的表達。如牛膝多糖通過增強共刺激信號分子（如CD80、CD86等）、MHC Ⅰ和Ⅱ類分子和CXC趨化因子受體4和7等途徑增強了小鼠脾臟提取的樹突狀細胞的成熟與遷移。另一方面，ABPS也能調節魚類和哺乳動物（如小鼠、大鼠、豬等）的免疫功能，如增強免疫器官的發育、調節免疫細胞因子的表達和調控信號通道等，并且主要表現為增強免疫的功能。如鄒云等報道，在仔豬飼料中添加0.08%的牛膝多糖可以促進仔豬免疫器官的發育，提高淋巴結指數和脾臟指數，提高補體的水平，增加血液中免疫球蛋白的含量等;同時，ABPS通過提高仔豬外周血IL-lbeta、IL-2、TNG-alpha和IFN-gamma等細胞因子的水平以及淋巴細胞的轉化率等發揮其調控機體免疫的作用。崔維等研究發現，日糧中添加ABPS顯著提高了免疫抑制小鼠模型中脾臟和胸腺的質量，提高了淋巴細胞的轉化率。Zhu等報道，在約氏瘧原蟲17XL感染的小鼠模型上，ABPS預處理的小鼠存活時間顯著增加，而且ABPS通過調節增加免疫細胞的數量（如樹突狀細胞）和調節細胞因子的表達等選擇性的增強了TH1細胞的免疫反應。王小娜等報道在草魚的基礎飼料中添加0.20% ABPS可顯著提高草魚的生產性能并改善其免疫功能。

2.3牛膝多糖的抗腫瘤作用

腫瘤是非正常生長的組織，其形成的原因是一系列致癌因子導致的細胞分裂的失調，致使形成增生性的組織。在腹水型肝癌小鼠模型中，ABPS對肝癌小鼠模型H22的抑瘤率高達58.82%，且低劑量組（400mg/kg）顯著高于其他組。ABPS的抗腫瘤作用的基礎之一是對腫瘤細胞增殖的抑制作用。宗燦華等報道ABPS能夠抑制肝癌細胞BEL-7402的增殖并促進其凋亡，其中的機制基礎可能是牛膝多糖上調Caspase-3蛋白的表達。ABPS抗腫瘤作用的另一基礎是免疫調節活性，陳文娜等[15]報道顯示在人工構建的MCF-7乳腺癌細胞和樹突狀細胞共同培養所構成的腫瘤微環境中，ABPS能夠促進樹突狀細胞相關免疫因子的表達和激活JAK/STAT3信號通路等途徑糾正改環境下的免疫缺陷，并且能有效激活細胞毒性T淋巴細胞。有趣的是，在C57BU6小鼠肺癌模型中，低劑量的ABPS添加會抑制小鼠Lewis肺癌腫瘤的生長，而高劑量卻表現出促進腫瘤的生長;其機制是低劑量的ABPS通過抑制擾亂腫瘤細胞周期而不是增強自然殺傷細胞的活性達到抵抗腫瘤的效果，高劑量ABPS則通過擾亂了自然殺傷細胞活性，上調IL-6和TNF-alpha的表達促進腫瘤的生長。這說明ABPS的對腫瘤的調節作用是與其劑量相關的。

2.4牛膝多糖的抗病毒作用

病毒是只在其他生物體活細胞內復制的致病原，只有侵入細胞的病毒才能夠存活并繁殖。板藍根多糖、APS、ABPS等多種植物性多糖均具有良好的抗病毒功能。一方面這些多糖能通過阻斷病毒的吸附、入侵、增殖等抵抗病毒，另一方面，它們能通過增強細胞或機體免疫功能來抵御病毒。實驗表明ABPS對新城疫病毒感染雞胚成纖維細胞具有明顯的抑制作用;而且在用滅活的禽流感疫苗對雛雞進行免疫時，輔以牛膝多糖ABPS在一定程度上增強了雞的免疫器官指數與禽流感血凝抑制抗體滴度，可見ABPS可以作為良好的疫苗佐劑。

2.5牛膝多糖的抗氧化作用

氧化生理過程是細胞或機體的一系列產生自由基的化學反應，導致可能對細胞或機體造成危害的鏈式反應，而抗氧化物質如維生素C或硫醇等可以抑制或終止這一鏈式反應。多糖因其具有提高體內抗氧化酶活性和增強清除自由基能力等作用而具有廣泛的抗氧化作用。唐靜等報道顯示，ABPS具有在一定程度上清除活性氧和增強小鼠機體抗氧化的功能，給D-galactose致衰老模型每天皮下注射300mg/kg劑量的牛膝多糖能夠顯著提高小鼠體內抗氧化物質的活性和總抗氧化能力。王菊平等報道，細胞培養基中添加10%與15%的ABPS對暴露于過氧化氫環境中的人臍靜脈內皮細胞也具體保護作用，如改善了細胞形態，降低乳酸脫氫酶、內皮素-1，升高組織型纖溶酶原激活物和一氧化氮等。另外，ABPS不僅在哺乳動物細胞或組織中具有良好的抗氧化作用.而且也能增強草魚的抗氧化能力。

機體內天然和固有的活性氧成分是導致衰老的重要非直接因素，活性氧和抗氧化物的平衡是調節機體衰老機制的兩個的重要方面。ABPS能通過抑制非酶促的糖基化作用改善小鼠衰老模型中的相關癥狀和指標。在半乳糖致衰老小鼠模型中，皮下注射牛膝多糖不僅提高了腦組織和肝臟組織的抗氧化水平，而且還減緩甚至阻斷了直接的過度氧化，在一定程度上起到了延緩衰老的作用。在另一個使用同樣模型的實驗中，ABPS灌胃同樣顯著增高了小鼠心、肝和腦組織的總抗氧化能力、清除超氧陰離子和羥自由基的能力，提高了多種抗氧化酶的活性，預示ABPS具備比維生素C相當甚至更強的抗氧化活性。

2.6牛膝多糖的血糖調節功能

ABPS具有重要的降血糖作用，在治療糖尿病及其并發癥上有著相當的前景。報道顯示ABPS可顯著降低顯著降低四氧嘧啶及腎上腺素模型小鼠的血糖含量，并提高肝糖原的含量，同時ABPS對H₂O₂誘導的HUVEC損傷具有顯著地保護作用。ABPS能顯著改善二型糖尿病大鼠模型的臨床癥狀，如空腹血糖、空腹胰島素和胰島素抵抗指數等，其機制有可能是ABPS通過在mRNA水平和蛋白水平抑制大鼠脂肪分化相關蛋白的表達降低了胰島素抵抗效應。ABPS的衍生物似乎具有更優秀的降血糖作用，金麗琴等對比了ABPS、牛膝多糖的硫酸酯與磷酸酯衍生物三者之間的調節糖尿病大鼠的血糖的能力，發現牛膝多糖的硫酸紙衍生物不僅能夠降低血糖，而且還對胰島B細胞，腎功能有一定的修復和保護作用。

2.7牛膝多糖的其他作用

自古以來，牛膝被認為具有活血通絡的作用。現代研究表明，其機制可能是ABPS具有夠延長凝血時間和凝血酶原時間的功能。據鄒來勇等報道，在家兔Hulth模型中，給予兔口服ABPS能降低血液的血細胞比容、血漿黏度、全血黏度、血沉值和纖維蛋白原等，并且還增加紅細胞電泳率，預示ABPS可通過調節血液循環，進而達到活血通絡的作用的效果。

ABPS還具有補肝強腎的功效。徐曉燕等報道，給卡介苗和脂多糖誘導的免疫性肝損傷模型注射150和300 mg/kg的ABPS可顯著降低血清和肝臟中的丙氨酸氨基轉移酶和丙二醛的水平，有效增強超氧歧化酶（SOD）的活性降低脾臟和胸腺質量指數，預示ABPS對肝損傷有一定的保護作用。懷牛膝多糖具有防止糖尿病腎病之功效，其機制是通過調節p53、mdm2基因表達量保護腎臟功能。

3小結

抗生素的濫用不僅損害動物的健康，而且嚴重威脅到了人類健康，因此研發替代抗生素的產品成為一種趨勢。天然植物提取物尤其是ABPS的研究證明其在替代抗生素發面具有天然優勢。在已有研究結果基礎上，若能從分子水平深入揭示ABPS調節免疫功能的機制，則能更好的為ABPS在動物生產、食品營養、醫學保健領域的推廣應用提供科學依據。

參考文獻（略）