多糖的結構及其生物學功能研究進展

郭 杰，賈國軍，陶 蕾，王瑞雪

（蘭州職業技術學院，甘肅蘭州 730070）

多糖（Polysaccharides）是一類由單糖為基本單位，通過糖苷鍵連接而成的生物高分子化合物，是構成生命體的4大生物大分子之一，在機體的新陳代謝中作為信息受體參與多種信號傳導[1]。現代藥學證實多糖物質具有降血糖、抗氧化、提高機體免疫力等多種生物學活性，且無毒綠色安全，是一種新型的功能保健食品，可以發揮醫療保健功效，被廣泛添加于功能保健品和功能食品中。近年來，隨著生物工程、分子生物學和現代醫學等相關專業的發展，人們在功能活性成分多糖的提取分離、結構解析和功能研究等方面均取得了一定的進展。

1 多糖的提取技術

多糖提取常采用超聲波輔助提取法、微波輔助提取法和酶輔助提取法。超聲波輔助提取技術萃取時間短、提取效率高，已廣泛應用于生物活性物質提取[2]。微波輔助提取法是依靠微波產生胞內產熱達到高效提取的目的，但是一般只適用于熱穩定多糖物質。酶輔助提法主要利用纖維素酶、果膠酶、木瓜蛋白酶等生物酶分解原料組織的細胞壁，促進目標產物的溶出，提高提取效率。通過對砂仁多糖常規水提法、超聲波提取法、微波提取法以及酶提法比較研究發現，幾種方法中提取效率最高的是超聲輔助提取法[3]。

2 多糖結構解析

多糖結構復雜，擁有自然界最大的生物信息庫。多糖是由各種單糖通過不同糖苷鍵以直鏈或者支鏈的形式連接在一起，糖鏈間又以氫鍵為主的次級鍵形成了多糖的二級結構；在二級結構的基礎上，糖殘基上的基團通過非共價鍵相互作用產生了有規律的構象，即多糖的三級結構；若干多糖鏈之間以非共價鍵最終形成聚集體的多糖四級結構。由于多糖結構的復雜性，其高級結構不是一成不變的，根據溶液性質的不同，構象有所差異。

目前對多糖物質的結構解析集中在一級結構，包括相對分子量的確定、單糖組成及摩爾比、糖殘基連接順序、糖殘基的構型及環化方式和糖苷鍵所取得異頭異構形式、糖殘基羥基取代情況等。常采用化學方法（包括酸水解法、甲基化法、高碘酸氧化及 Smith 降解等）和現代儀器分析技術（紅外光譜、紫外可見光譜、氣相質譜色譜、高效液相色譜、核磁共振波譜）進行解析[4]。

3 多糖的生物活性

3.1 抗癌癥活性

癌癥是以細胞異常增殖及轉移為特點的一類疾病，癌變細胞不僅可以快速擴散到周圍組織，還可以轉移到其他器官，致死率極高。目前常用的化療藥物普遍存在較強的毒副作用，在殺死癌細胞的同時也會損傷正常的細胞。在過去的10年中，多糖類物質在體外、體內的相關研究均表現出良好的抗癌活性，且無毒副作用，綠色安全。

多糖抗癌機制包括細胞周期的阻滯、線粒體膜的去極化、一氧化氮途徑和免疫調節作用。蛹蟲草多糖通過抑制多種癌細胞G0/G1和G2/M細胞周期進程，導致癌細胞數量減少。黑根霉多糖激活Caspase-9和Caspase-3活性，誘導線粒體途徑介導的細胞凋亡發生，減少癌細胞數目[5]。艾蒿多糖通過刺激細胞產生腫瘤壞死因子（TNF-α）、白細胞介素（IL-2、IL-4、IL-6、IL-12）等的細胞因子，增強淋巴細胞的表達，通過免疫調節途徑發揮抗癌功效[6]。

3.2 抗輻射作用

針對多糖抗輻射的研究表明，多糖可以延長輻射損傷生物的生存率和生存質量，降低輻射對機體的損傷[7]。其抗輻射的機制主要通過提高機體的免疫力、降低輻射對造血系統的損害、清除體內的自由基3方面實現的。多糖可以通過逆轉輻射所導致的免疫系統細胞數目減少和增加免疫球蛋白數目，恢復免疫系統的功能。五味子多糖可以提高輻射損傷小鼠白細胞和淋巴細胞數量，增加血清中的免疫球蛋白G和補體C3的含量，逆轉外周血和胸腺中T細胞亞群的異常調控，并且五味子多糖對于正常小鼠的免疫沒有任何副作用。靈芝多糖可以直接或者間接的增加造血細胞，保護小鼠免受60Co γ的輻射損傷[8]。

3.3 免疫調節功能

機體免疫系統包括先天性（非特異性免疫）和獲得性（特異性免疫）。先天性免疫是機體防御功能的第一道防線，可以對入侵者作出即時反應；獲得性免疫則依賴于B淋巴細胞、T淋巴細胞和抗原呈遞細胞，經抗原刺激一段時間后產生。兩種免疫方式相互合作并相互依賴，維護機體正常的生理功能。多糖類物質可以直接或間接與免疫系統相互作用，通過刺激單核細胞、巨噬細胞和中性粒細胞的主要靶點，起到調控機體免疫系統作用[9]。根瘤菌多糖、甘露聚糖都可以通過增強巨噬細胞的吞噬功能來提高機體的免疫力。除了刺激機體吞噬作用外，多糖物質還可以通過促進炎癥細胞因子的分泌調節機體的免疫功能[10]。

3.4 抗氧化活性

機體內增加的自由基會導致免疫細胞損傷、免疫功能下降和機體衰老，同時帶來心腦血管疾病及神經退行性疾病發病的風險。多糖物質是一種很有效的抗氧化劑，能抑制脂質過氧化，增強機體清除自由基、抗衰老、抑制心血管疾病的發生的能力。蟲草多糖通過ERK/AKT途徑，抑制PDGF-BB誘導的炎癥反應和自由基的產生[11]。枸杞多糖還可以通過增加機體內GSH-PX和SOD的活性，緩解ROS對機體的氧化損傷[12-13]。

3.5 降血糖活性

糖尿病，中醫稱為消渴癥，是機體胰島β受損，胰島素分泌相對或絕對不足引起的代謝紊亂性疾病。國際糖尿病聯合會預計，到2045年，糖尿病患者可能達到6.29億，糖尿病已成為繼心腦血管疾病、癌癥之后的第3大嚴重威脅人類健康的疾病。目前常用于治療糖尿病的藥物括雙胍類、磺酰脲類、格列尼類、葡萄糖苷酶抑制劑、噻唑烷二酮類和胰島素類似物等，但是因其毒副作用和耐藥性等[14]促使研究人員越發致力于開發更安全有效的降血糖藥物。近年來，越來越多的研究表明，多糖類物質具有顯著的抗糖尿病作用，且幾乎沒有藥物不良反應。黃芪多糖可以通過AMP-AMPK-AS160途徑刺激葡萄糖的吸收，還可以影響FGF21信號傳導，促進脂肪細胞的葡萄糖攝取，從而改善胰島素抵，而且黃芪多糖可以通過抑制胰島β細胞凋亡，增加β細胞數目[15]。枸杞多糖可以通過促進葡萄糖代謝，增加機體抗氧化能力，促進胰島素分泌和胰島β細胞增殖，實現抗糖尿病作用[16]。

3.6 其他活性

多糖除了有上述生物活性之外，還有許多其他的生物活性正等待人們去探索發現。到目前為止，許多植物多糖被證明具有顯著的鎮咳活性。如紅豆杉果實、五味子多糖和甘草多糖經口服50 mg/kg劑量后，能降低檸檬酸誘發豚鼠的咳嗽癥狀[17]。多糖物質還可以通過抑制趨化因子、黏附因子以及炎癥過程中關鍵酶的活性實現其抗炎癥活性。隨著對多糖物質研究的深入，其他生物活性，如神經保護、抗缺血、抗青光眼、抗動脈粥樣硬化等功效相繼被報道。

4 結語

自20世紀90年代多糖的生物功能被人們認知以后，其結構和生物活性的研究備受關注。隨著對多糖結構和功能的深入研究發現，生物多糖結構復雜，具有多種生物學功能。現代研究表明多糖綠色安全，且具有抗腫瘤、降血糖、抗輻射、增強免疫力和抗氧化等生物活性，在保健、醫藥領域具有十分廣闊的應用前景。