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2023-02-28 12:32:48宮慶滕胡亞龍楊華
生物化工 2023年4期
宮慶滕，胡亞龍，楊華
（湖南農業大學 生物科學技術學院，湖南長沙 410128）
玉竹[Polygonatum odorumatum(Mill.) Druce] 是百合科黃精屬植物，其干燥根莖也被稱為玉參、鈴鐺菜、甜草根等[1]。玉竹廣泛分布于我國西南地區，是一種歷史悠久的藥食兩用植物材料。玉竹主要生長在林地、灌木叢或山坡上，由于這些地方環境相對惡劣，在經歷多年自然選擇和進化后，玉竹具有強大的抵御各種環境威脅的能力，如寒冷、干旱和洪澇等[2]。玉竹的藥用價值很高，具有多種藥理活性，如降糖、抗氧化和抗腫瘤活性，常被用來治療感冒、咳嗽、肺炎等多種疾病，是一味常見的中藥[3]。有研究表明，玉竹的水提物主要含有類黃酮甾苷、二肽、類黃酮和多糖[4]，已被鑒定出具有預防高血糖和高甘油三酯血癥的作用[5]。眾所周知，多糖是生物體必需的營養物質，廣泛存在于自然界中。近年來，因其具有抗腫瘤、抗氧化、抗菌、抗炎和免疫調節等多種生物活性而使醫療和食品行業對天然多糖的相關研究逐漸增多，并廣泛應用于食品補充劑或醫療助劑[6]。穩定性和安全性的優勢也是其受歡迎的重要因素。研究表明，在玉竹的眾多提取物中，玉竹多糖不失為一種具有多種藥用功能的提取物，可在體內發揮免疫、抗菌、降血糖、抗腫瘤、抗氧化和肝保護等多種有益作用[7]，調節機體免疫力和促進糖脂代謝[8]。
然而，在實際應用過程中發現，并非所有的天然多糖都具有令人滿意的生物活性。為了解決這一問題，可以對多糖進行分子修飾，通過在多糖鏈中引入其他基團來改變其物理和生物性質，使其達到預期的生物活性并發揮相關作用。
多糖的化學修飾是一個重要的研究領域，可以按照特定的需求調整生物聚合物的結構和特點以實現相應的功能。多糖的化學修飾可以通過化學反應和酶促反應等多種方法實現，方法的選擇將取決于所需的結果和原始材料的特點。例如，烷基化可以利用加成或置換反應將烷基引入有機物分子中，可以改變多糖聚合物的物理和化學性質；磷酸化涉及添加磷酸基團，可以改變多糖聚合物的電荷和生物活性；乙酰化是在有機化合物分子中的氮、氧、碳原子上引入乙?；姆磻?，可以增加多糖聚合物的溶解度和穩定性，并改變其電荷特性[9]。
因此，考慮到玉竹多糖在實際應用過程當中所面臨的問題，通常需要對其進行乙?；揎?，以提高其溶解度、穩定性及安全性，從而促進其更好地發揮效用。
1 乙?；裰穸嗵堑墓π?/h2>1.1 抗氧化
抗氧化劑是一種可保護細胞免受自由基破壞的物質。在信號轉導和基因表達中起重要作用的自由基和活性氧（ROS），如果表達過量會導致生物體內的氧化還原系統失衡，進而容易出現各種疾病。乙酰化多糖可以通過直接或間接清除自由基和ROS 增強機體抗氧化活性，并防止其對細胞造成損害，具有一定的抗氧化作用。乙酰化后，玉竹多糖糖鏈構象發生改變，暴露出更多的活性羥基，更容易捕獲自由基，阻斷自由基鏈式反應，并呈劑量依賴性，能使超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的蛋白和mRNA 表達上調，從而減輕過氧化氫對樹突狀細胞的氧化損傷[10]。
1.2 抗炎
炎癥可以發生于機體當中的任何部位，比如胃腸道、肝臟、肌肉等，在一定程度或機體可控制的平衡范圍內，炎癥為必要且正常的一種生理反應，具有幫助機體抵御感染，消除病原的積極作用。然而，當平衡被破壞，伴隨著感染、損傷等產生過度炎性反應時，若不能及時進行控制（機體的負反饋調節作用被抑制），會對組織機體造成進一步損傷，甚至變成長期或慢性的炎癥，從而引發各種疾病，嚴重時可危及生命。
目前常見的抗炎藥（如非甾體類抗炎藥）在臨床上應用比較廣泛，但其具有一定的副作用（如對胃腸道的刺激），因此需要一個替代方案，能在起到良好的抗炎作用的同時減少藥物副反應。乙?；裰穸嗵亲鳛橐环N天然物質，已被證明具有一定的抗炎特性，可在氧化應激反應和慢性疾病的預防中發揮一定的作用。越來越多的研究表明乙?；裰穸嗵菍θ梭w有至關重要的保健作用，并且已證明其在醫學領域具有潛在的治療能力[11]。乙?；哂性黾臃€定性及促進抗炎因子分泌的作用，如將葡甘露聚糖乙酰化后，乙?；坏軌蛟鰪娎w維膜的兩親性，從而增加其在生理環境中的穩定性，還能形成多孔形狀，增加其與巨噬細胞的黏附性和生物相容性，從而更好地刺激皮膚重塑和抗炎因子的分泌，可以顯著加速傷口愈合[12]。而將玉竹多糖進行乙酰化亦具有相似作用。不僅如此，乙?；裰穸嗵沁€可調節核因子κB（NF-κB）通路中p-IκBα 蛋白的表達，并抑制促炎因子白細胞介素-6（IL-6）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的分泌，通過減輕小鼠體重、降低肺指數和間質中性粒細胞浸潤起到抗炎的作用[13]。
1.3 調節腸道菌群
越來越多的研究證據表明，腸道的微生物菌群在疾病的發生發展過程中具有至關重要的作用。WANG等[14]的小鼠體內實驗證明，玉竹多糖可顯著緩解高血糖和高脂血癥癥狀。該研究對小鼠進行高脂肪飲食處理后使用玉竹多糖進行治療，主要監測小鼠體重、脂肪、附睪脂肪細胞大小、肝臟甘油三酯和總膽固醇含量指標，通過分子學實驗證實玉竹多糖可增加短鏈脂肪酸含量并參與促進脂肪細胞的分化和脂肪分解基因的表達，下調脂質合成相關基因，同時能夠改變腸道菌群，降低梭狀芽孢桿菌、腸球菌等的豐度，證明玉竹多糖可改善小鼠肥胖情況，并調節腸道微生物菌群。
1.4 其他作用
除以上幾個主要作用外，玉竹多糖還具有其他多種作用[15]。朱琪等[16]研究發現，在肥胖大鼠模型中，給予不同濃度的玉竹多糖水溶液后，分別對其腎周脂肪質量以及血清中總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）的水平和肝臟組織中天門冬氨酸氨基轉移酶（AST）、丙氨酸氨基轉移酶（ALT）等指標水平進行測定，同時觀察其肝臟組織的病理學變化，發現攝入玉竹多糖可降低高脂飲食誘導的肥胖大鼠體重、腎周脂肪含量及血清和肝臟指標水平，從而起到調節免疫、維持正常肝臟代謝以及預防“非酒精性”脂肪肝的作用。隨后，該作者又對玉竹多糖的“酒精誘導性”HepG2 細胞損傷的作用及其機理進行探究，發現玉竹多糖可通過Nrf2/Keap1 通路降低炎癥指標及減少HepG2 凋亡[17]。
玉竹多糖的另一個作用是改善認知能力，彭壯等[18]研究了玉竹多糖對D-半乳糖誘導的衰老模型小鼠的影響，發現其可顯著改善小鼠的認知記憶能力，降低海馬組織中的炎癥因子水平并改善其病理狀態，且具有正相關劑量依賴性。
除醫學方面的研究外，有關玉竹多糖保濕作用的相關研究較少，但不可否認的是，通過將玉竹多糖與面粉和雞蛋混合制成保濕面膜，并將化妝品當中常用的保濕劑甘油、聚乙二醇和透明質酸作為對照組，發現其具有良好的吸濕和保濕性能，具有作為新型皮膚保濕劑并應用于化妝品中的相關前景[19]。
2 乙?；裰穸嗵窃谛袠I中的應用
結合玉竹多糖的藥理特性，目前已有多種在研的玉竹多糖的相關應用產品，如玉竹多糖抗氧化口服液。研究人員通過提取玉竹多糖并添加其他物質改善口感，如檸檬酸和蜂蜜等，發現玉竹多糖口服液的最佳配比為玉竹多糖3.00%、檸檬酸0.06%以及蜂蜜3.00%；同時篩選感官評分在85 分以上的不同配比的口服液進行抗氧化能力檢測，發現玉竹多糖3.50%、檸檬酸0.06%和蜂蜜3.00%時抗氧化能力最佳[20]。
乙?；裰穸嗵沁€可以作為食品生物活性成分輸送的載體。當附著乙?；鶗r，糖枝表面可形成一層薄薄的疏水膜，可用于控釋和形成空心微球。乙酰化可使玉竹多糖具有兩親性，乳化活性和乳化穩定性顯著提高。研究發現，乳化活性的增強主要取決于乙?；〈鷶涤绊懴陆缑鎻埩Φ慕档秃宛ざ鹊脑黾?，而乳化穩定性則受靜電和空間相互作用的控制[21]。袁鑫佳等[22]利用玉竹多糖的保濕及吸濕性能，通過雙水相體系對玉竹多糖進行提取后配制成保濕霜，并和甘油協同使用，與單獨使用甘油相比其保濕性能大幅度提高。在食品工業方面，在混合粉中加入玉竹多糖，發現其對玉米面饅頭的口感、彈性等均有較大影響，可有效提高玉米面饅頭的功能特性并改善饅頭的口感[23]。
3 結語
玉竹多糖作為一種從玉竹當中提取的有效活性成分，具有多種作用，如抗氧化、抗炎、調節腸道菌群等，同時對食品的適口性及皮膚保濕方面亦具有積極作用，在醫美及食品領域均具有廣泛的應用前景。但目前國內外關于玉竹多糖的相關研究文獻較少，對其多種功效尚未引起足夠重視，因此，本文對其藥理作用及相關應用進行概述總結，以期為科研工作者對乙?；裰穸嗵堑难芯考皯瞄_發提供更廣闊的思路。
宮慶滕，胡亞龍，楊華
（湖南農業大學 生物科學技術學院，湖南長沙 410128）
玉竹[Polygonatum odorumatum(Mill.) Druce] 是百合科黃精屬植物，其干燥根莖也被稱為玉參、鈴鐺菜、甜草根等[1]。玉竹廣泛分布于我國西南地區，是一種歷史悠久的藥食兩用植物材料。玉竹主要生長在林地、灌木叢或山坡上，由于這些地方環境相對惡劣，在經歷多年自然選擇和進化后，玉竹具有強大的抵御各種環境威脅的能力，如寒冷、干旱和洪澇等[2]。玉竹的藥用價值很高，具有多種藥理活性，如降糖、抗氧化和抗腫瘤活性，常被用來治療感冒、咳嗽、肺炎等多種疾病，是一味常見的中藥[3]。有研究表明，玉竹的水提物主要含有類黃酮甾苷、二肽、類黃酮和多糖[4]，已被鑒定出具有預防高血糖和高甘油三酯血癥的作用[5]。眾所周知，多糖是生物體必需的營養物質，廣泛存在于自然界中。近年來，因其具有抗腫瘤、抗氧化、抗菌、抗炎和免疫調節等多種生物活性而使醫療和食品行業對天然多糖的相關研究逐漸增多，并廣泛應用于食品補充劑或醫療助劑[6]。穩定性和安全性的優勢也是其受歡迎的重要因素。研究表明，在玉竹的眾多提取物中，玉竹多糖不失為一種具有多種藥用功能的提取物，可在體內發揮免疫、抗菌、降血糖、抗腫瘤、抗氧化和肝保護等多種有益作用[7]，調節機體免疫力和促進糖脂代謝[8]。
然而，在實際應用過程中發現，并非所有的天然多糖都具有令人滿意的生物活性。為了解決這一問題，可以對多糖進行分子修飾，通過在多糖鏈中引入其他基團來改變其物理和生物性質，使其達到預期的生物活性并發揮相關作用。
多糖的化學修飾是一個重要的研究領域，可以按照特定的需求調整生物聚合物的結構和特點以實現相應的功能。多糖的化學修飾可以通過化學反應和酶促反應等多種方法實現，方法的選擇將取決于所需的結果和原始材料的特點。例如，烷基化可以利用加成或置換反應將烷基引入有機物分子中，可以改變多糖聚合物的物理和化學性質；磷酸化涉及添加磷酸基團，可以改變多糖聚合物的電荷和生物活性；乙酰化是在有機化合物分子中的氮、氧、碳原子上引入乙?；姆磻?，可以增加多糖聚合物的溶解度和穩定性，并改變其電荷特性[9]。
因此，考慮到玉竹多糖在實際應用過程當中所面臨的問題，通常需要對其進行乙?；揎?，以提高其溶解度、穩定性及安全性，從而促進其更好地發揮效用。
1 乙?；裰穸嗵堑墓π?/h2>1.1 抗氧化
抗氧化劑是一種可保護細胞免受自由基破壞的物質。在信號轉導和基因表達中起重要作用的自由基和活性氧（ROS），如果表達過量會導致生物體內的氧化還原系統失衡，進而容易出現各種疾病。乙酰化多糖可以通過直接或間接清除自由基和ROS 增強機體抗氧化活性，并防止其對細胞造成損害，具有一定的抗氧化作用。乙酰化后，玉竹多糖糖鏈構象發生改變，暴露出更多的活性羥基，更容易捕獲自由基，阻斷自由基鏈式反應，并呈劑量依賴性，能使超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的蛋白和mRNA 表達上調，從而減輕過氧化氫對樹突狀細胞的氧化損傷[10]。
1.2 抗炎
炎癥可以發生于機體當中的任何部位，比如胃腸道、肝臟、肌肉等，在一定程度或機體可控制的平衡范圍內，炎癥為必要且正常的一種生理反應，具有幫助機體抵御感染，消除病原的積極作用。然而，當平衡被破壞，伴隨著感染、損傷等產生過度炎性反應時，若不能及時進行控制（機體的負反饋調節作用被抑制），會對組織機體造成進一步損傷，甚至變成長期或慢性的炎癥，從而引發各種疾病，嚴重時可危及生命。
目前常見的抗炎藥（如非甾體類抗炎藥）在臨床上應用比較廣泛，但其具有一定的副作用（如對胃腸道的刺激），因此需要一個替代方案，能在起到良好的抗炎作用的同時減少藥物副反應。乙?；裰穸嗵亲鳛橐环N天然物質，已被證明具有一定的抗炎特性，可在氧化應激反應和慢性疾病的預防中發揮一定的作用。越來越多的研究表明乙?；裰穸嗵菍θ梭w有至關重要的保健作用，并且已證明其在醫學領域具有潛在的治療能力[11]。乙?；哂性黾臃€定性及促進抗炎因子分泌的作用，如將葡甘露聚糖乙酰化后，乙?；坏軌蛟鰪娎w維膜的兩親性，從而增加其在生理環境中的穩定性，還能形成多孔形狀，增加其與巨噬細胞的黏附性和生物相容性，從而更好地刺激皮膚重塑和抗炎因子的分泌，可以顯著加速傷口愈合[12]。而將玉竹多糖進行乙酰化亦具有相似作用。不僅如此，乙?；裰穸嗵沁€可調節核因子κB（NF-κB）通路中p-IκBα 蛋白的表達，并抑制促炎因子白細胞介素-6（IL-6）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的分泌，通過減輕小鼠體重、降低肺指數和間質中性粒細胞浸潤起到抗炎的作用[13]。
1.3 調節腸道菌群
越來越多的研究證據表明，腸道的微生物菌群在疾病的發生發展過程中具有至關重要的作用。WANG等[14]的小鼠體內實驗證明，玉竹多糖可顯著緩解高血糖和高脂血癥癥狀。該研究對小鼠進行高脂肪飲食處理后使用玉竹多糖進行治療，主要監測小鼠體重、脂肪、附睪脂肪細胞大小、肝臟甘油三酯和總膽固醇含量指標，通過分子學實驗證實玉竹多糖可增加短鏈脂肪酸含量并參與促進脂肪細胞的分化和脂肪分解基因的表達，下調脂質合成相關基因，同時能夠改變腸道菌群，降低梭狀芽孢桿菌、腸球菌等的豐度，證明玉竹多糖可改善小鼠肥胖情況，并調節腸道微生物菌群。
1.4 其他作用
除以上幾個主要作用外，玉竹多糖還具有其他多種作用[15]。朱琪等[16]研究發現，在肥胖大鼠模型中，給予不同濃度的玉竹多糖水溶液后，分別對其腎周脂肪質量以及血清中總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）的水平和肝臟組織中天門冬氨酸氨基轉移酶（AST）、丙氨酸氨基轉移酶（ALT）等指標水平進行測定，同時觀察其肝臟組織的病理學變化，發現攝入玉竹多糖可降低高脂飲食誘導的肥胖大鼠體重、腎周脂肪含量及血清和肝臟指標水平，從而起到調節免疫、維持正常肝臟代謝以及預防“非酒精性”脂肪肝的作用。隨后，該作者又對玉竹多糖的“酒精誘導性”HepG2 細胞損傷的作用及其機理進行探究，發現玉竹多糖可通過Nrf2/Keap1 通路降低炎癥指標及減少HepG2 凋亡[17]。
玉竹多糖的另一個作用是改善認知能力，彭壯等[18]研究了玉竹多糖對D-半乳糖誘導的衰老模型小鼠的影響，發現其可顯著改善小鼠的認知記憶能力，降低海馬組織中的炎癥因子水平并改善其病理狀態，且具有正相關劑量依賴性。
除醫學方面的研究外，有關玉竹多糖保濕作用的相關研究較少，但不可否認的是，通過將玉竹多糖與面粉和雞蛋混合制成保濕面膜，并將化妝品當中常用的保濕劑甘油、聚乙二醇和透明質酸作為對照組，發現其具有良好的吸濕和保濕性能，具有作為新型皮膚保濕劑并應用于化妝品中的相關前景[19]。
2 乙?；裰穸嗵窃谛袠I中的應用
結合玉竹多糖的藥理特性，目前已有多種在研的玉竹多糖的相關應用產品，如玉竹多糖抗氧化口服液。研究人員通過提取玉竹多糖并添加其他物質改善口感，如檸檬酸和蜂蜜等，發現玉竹多糖口服液的最佳配比為玉竹多糖3.00%、檸檬酸0.06%以及蜂蜜3.00%；同時篩選感官評分在85 分以上的不同配比的口服液進行抗氧化能力檢測，發現玉竹多糖3.50%、檸檬酸0.06%和蜂蜜3.00%時抗氧化能力最佳[20]。
乙?；裰穸嗵沁€可以作為食品生物活性成分輸送的載體。當附著乙?；鶗r，糖枝表面可形成一層薄薄的疏水膜，可用于控釋和形成空心微球。乙酰化可使玉竹多糖具有兩親性，乳化活性和乳化穩定性顯著提高。研究發現，乳化活性的增強主要取決于乙?；〈鷶涤绊懴陆缑鎻埩Φ慕档秃宛ざ鹊脑黾?，而乳化穩定性則受靜電和空間相互作用的控制[21]。袁鑫佳等[22]利用玉竹多糖的保濕及吸濕性能，通過雙水相體系對玉竹多糖進行提取后配制成保濕霜，并和甘油協同使用，與單獨使用甘油相比其保濕性能大幅度提高。在食品工業方面，在混合粉中加入玉竹多糖，發現其對玉米面饅頭的口感、彈性等均有較大影響，可有效提高玉米面饅頭的功能特性并改善饅頭的口感[23]。
3 結語
玉竹多糖作為一種從玉竹當中提取的有效活性成分，具有多種作用，如抗氧化、抗炎、調節腸道菌群等，同時對食品的適口性及皮膚保濕方面亦具有積極作用，在醫美及食品領域均具有廣泛的應用前景。但目前國內外關于玉竹多糖的相關研究文獻較少，對其多種功效尚未引起足夠重視，因此，本文對其藥理作用及相關應用進行概述總結，以期為科研工作者對乙?；裰穸嗵堑难芯考皯瞄_發提供更廣闊的思路。
