西洋参多糖的研究进展

于晓娜，崔 波，任贵兴

西洋参多糖的研究进展

于晓娜1,2，崔 波1，任贵兴2,*

（1.齐鲁工业大学食品与生物工程学院，山东 济南 250353；2.中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081）

西洋参系五加科人参属植物，具有广泛的生物活性和独特的药理作用，西洋参多糖在免疫调节、抗肿瘤等方面起到重要作用。本文综述西洋参多糖的提取、分离纯化、结构鉴定及其生物活性等方面的研究进展，讨论目前研究中存在的问题，并对其发展前景进行展望。

西洋参多糖；提取；分离纯化；生物活性

西洋参（Panax quinquefolium L.）英文名：American ginseng，又名美国参、花旗参、洋参，系五加科人参属多年生草本植物，原产于美国和加拿大，20世纪80年代初在我国引种成功后，种植面积逐年扩大，现已成为世界上生产西洋参的第三大国，亦是世界上最大的西洋参消费国。西洋参具有与人参相似的功能，但又因性凉而不同于人参，具有补气养阴，清热生津的功效，主治阴虚发热、口干舌燥、消渴等症。西洋参的主要功效成分是皂苷、多糖、黄酮类物质、氨基酸等[1]。目前对西洋参的研究主要集中于皂苷，对其他活性成分研究较少。有关研究表明，西洋参多糖具有免疫调节、抗肿瘤、降血糖、抗辐射、预防流行性感冒和上呼吸道感染等作用，具有重要的研究和开发应用价值，其中最具代表性的西洋参多糖保健品是加拿大研发的Cold-fX，已获得专利，并成功完成美国医药管理局和加拿大卫生部批准的临床实验。

1 西洋参多糖的提取、分离纯化

1.1 西洋参粗多糖的提取

关于多糖的提取方法报道的较多且论述全面，传统的提取方法有热水浸提法、稀酸法、稀碱法，其中常用的是热水浸提法。此外，酶解技术、微波技术、超滤法、超声辅助提取技术、超临界流体萃取技术也是近年来广泛应用到多糖提取的有效手段[2-7]。

西洋参多糖的提取过程与其他多糖基本相同，其主要步骤包括：粉碎→热水提取（或其他方法）→离心分离→浓缩→乙醇沉淀→除蛋白→乙醇沉淀→有机溶剂洗涤→冷冻干燥。碱浸提得到的西洋参粗多糖还需要进行中和并透析。张仁权等[8]先用沸水浸提西洋参参须废渣，得到的滤渣继续用1%的HCl和2%的NaOH提取，最终获得醇提多糖（3.9%）、盐酸可溶性果胶多糖（6.0%）和酸性多糖（1.8%）。任烨等[9]对西洋参多糖的提取工艺进行了优化，得到的最佳提取工艺为：样品粒径65目、料液比1∶35（m/V）、浸泡3 h、100 ℃条件下1 h，提取3 次，多糖得率为11.254%。Zhu Wenjing等[10]用沸水浸提脱脂的西洋参90 min，减压浓缩后用Sevag法除蛋白后，3 倍体积的乙醇沉淀过夜，分离得到西洋参根粗多糖，约占总量的4.3%。陈军辉等[11]将回流提取法、微波提取法、超声提取法、 酶解-回流提取法应用于西洋参多糖的提取，研究结果表明：采用酶解-回流法提取西洋参多糖，在优化的工艺条件下提取率高达17.3%。

综上所述，西洋参中粗多糖含量可达到10%以上，提取率会随原料、提取方法的不同而产生一定的差异。

1.2 多糖含量测定

多糖的检测方法可分为两大类：一类是利用组成多糖的单糖性质进行测定，如苯酚-硫酸法、蒽酮-硫酸法、3,5-二硝基水杨酸盐比色法、斐林法等化学方法；另一类是直接测定多糖本身，如高效液相色谱法、高效毛细管电泳法、气相色谱法、质谱、薄层扫描等[6,12]。

1.3 西洋参多糖的分离纯化

提取得到的粗多糖中一般含有较多的杂质，首先要除去其中的蛋白质、色素。常用的脱除蛋白的方法有Sevag法、三氟三氯乙烷法、三氯乙酸法、反复冻融法、甘鞣酸法、酶法及有机溶剂-酶法；脱色的方法有离子交换法、氧化法、金属络合物法和吸附法。为获得均一多糖，需要对提取、除杂后的混合多糖进行分离纯化，如分步沉淀法、季铵盐沉底法、色谱法、超滤法和超离心法等[2,4-5,13]。其中最常用的纯化多糖的方法是色谱法，包括离子交换色谱和凝胶色谱等[14]。此外，也有报道用超滤的方法，依据截留分子质量的不同分段纯化多糖[15]。

马秀俐等[16-18]热水提取西洋参须根后，先用40%的乙醇沉淀，保留上清液，弃去沉淀，之后分别用60%和80%的乙醇分级沉淀，得到两种西洋参粗多糖PPQⅠ和PPQⅡ，得率分别为2.6%、2.5%；60%乙醇沉淀得到的多糖继续用Sephadex DEAE A50层析柱纯化，苯酚-硫酸法检测收集液，合并各次相同洗脱峰，透析、浓缩冻干后得到5种不同多糖组分（PPQⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），PPQⅠ、PPQⅤ分别上Sephadex G200、Sephadex G100柱层析再次分离，最后PPQⅠ分离得到4种纯多糖（PPQⅠ-1、PPQⅠ-2、PPQⅠ-3、PPQⅠ-4），PPQⅤ得到一个单一对称多糖峰PPQⅤ-2。Zhu Wenjing等[10]提取西洋参粗多糖后，将其过DEAE Sepharose Fast Flow层析柱，用氯化钠溶液梯度洗脱，苯酚-硫酸法检测，收集的主峰经透析、浓缩、冷冻干燥后，再经Sephacryl S-200 High Resolution 凝胶柱跟李得到一个单一组分。Edmund等[19]将除蛋白的西洋参粗多糖过DEAE-Cellulose层析柱，先用4 L蒸馏水洗脱得到中性多糖N-DWSPE（13.8%），之后用4 L 0.5 mol/L的氯化钠溶液洗脱得到酸性多糖A -DWSPE（0.83%），盐洗脱得到的酸性多糖A-DWSPE再次过DEAE-Cellulose柱，用NaCl溶液进行梯度洗脱（0.0、0.1、0.2、0.3、0.5 mol/L NaCl），分离得到6 个组分（A-DWSPE-1、A-DWSPE-2、A-DWSPE-3、A-DWSPE-4、A-DWSPE-5和A-DWSPE-6）。通常，多糖分离纯化后，还需要进行纯度鉴定，测定方法有比旋光度、高压电泳法、凝胶色谱法、高效液相色谱法等[2-7]，其中色谱法最常用。

近年来，西洋参多糖的研究取得了很大进步，但与其他多糖一样，西洋参多糖的分离纯化方法发展依然缓慢，主要是因为多糖种类多、结构复杂、分子质量大、极性大等。西洋参多糖的分离纯化方法有待于进一步改进。

2 西洋参多糖的结构分析

多糖的活性与其初级和高级结构密切相关[12]。多糖的结构描述包括相对分子质量范围、单糖组成、连接点类型、单糖和糖苷键的构型以及重复单元等[20]。多糖的结构分析方法有化学方法和仪器分析方法，化学方法主要有酸水解法、高碘酸氧化法、Smith降解法、甲基化反应；常用的分析仪器主要有高效液相色谱仪（high performance liquid chromatograph，HPLC）、红外光谱仪、气相色谱仪（gas chromatograph，GC）、核磁共振仪和质谱仪（mass spectrometer，MS）等[3]。酸水解是鉴定多糖的单糖组成常用的方法；通过测定高碘酸消耗量及甲酸的释放量，可以判断糖苷键的位置、直链多糖的聚合度、支链多糖的分枝数目等；Smith降解是将高碘酸氧化产物还原后进行的酸水解或部分酸水解，用纸层析或气相层析鉴定水解产物，由降解产物可以推断糖苷键的位置[3,21]。红外光谱法在多糖结构分析上主要是确定吡喃糖的苷键构型及常规观察其他官能团；气相色谱和气相色谱-质谱（GC-MS）连用可快速准确的测出多糖的组分及各单糖之间的摩尔比；核磁共振光谱主要用于解决多糖结构中糖苷键的构型以及重复结构中单糖的数目[5,13,21-22]。另外，紫外光谱常用来检测多糖中是否含有蛋白质、核酸、多肽类，它们的紫外吸收峰在260～280 nm[3]。多糖的分子质量通常用高效凝胶渗透色谱测定，检测器为示差检测器）或蒸发光检测器，以不同分子质量的葡聚糖为标品[3,13,21]。多糖的主要结构分析手段见表1。

表1 多糖结构分析方法[3,13,21]Table 1 Analytical methods for the structure of polysaccharides[3,13,21]

马秀俐等[18]利用分步醇沉得到两种西洋参粗多糖PPQⅠ和PPQⅡ，其中PPQⅠ总糖含量约80%，PP QⅡ总糖含量约50%，水解后进行GC分析，PPQⅠ的单糖组成为葡萄糖∶阿拉伯糖∶甘露糖（29∶3.6∶1），PPQⅡ葡萄糖∶阿拉伯糖∶甘露糖（23∶6∶1），两者组成相近；马秀俐等[16]之后从西洋参根中分得4种纯多糖（PPQⅠ-1～4），均为含有糖醛酸的杂多糖，相对分子质量范围为2×104～7×104，主要由阿拉伯糖和半乳糖组成，有的含有少量葡萄糖。刘宗林[23]从西洋参茎叶中提取水溶性多糖，其分子结构是以β（1,4）糖苷键连接的葡萄糖为主链，半乳糖、木糖、阿拉伯糖多位于侧链的杂多糖，葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖的物质的量比为33∶4∶6∶3，主链上的分枝率为25%，分子的分枝点率为47.8%。

Assinewe等[24]分析西洋参粗多糖单糖组成，发现西洋参多糖主要是由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖组成，物质的量比大约为85∶8∶6∶1，此外，还含有少量的果糖和甘露糖。Zhu Wenjing等[10]分离纯化出的一种西洋参多糖组分，用苯酚硫酸法检测多糖含量为96.3%，不含蛋白质，高效凝胶渗透色谱（high gel permeation chromatography，HPGPC）检测相对分子质量为5.4×104，由葡萄糖和半乳糖组成，物质的量比为2.1∶1。Edmund等[19]分离纯化的西洋参多糖相对分子质量为7.3×104，主要由葡萄糖（77%～86%）、半乳糖（6.8%～7.5%）、阿拉伯糖（4.5%～5.9%）和半乳糖醛酸（8.7%～9.5%）组成。

多糖的结构比蛋白质和核酸的结构更为复杂。目前，西洋参的结构研究主要集中在相对分子质量、单糖组成，糖苷键连接方式或更高结构方面的研究报道较少。相比于人参多糖，关于西洋参多 糖的研究多糖还不全面，为更好地研究西洋参多糖结构与活性的关系，有必要深入研究西洋参多糖的结构。

3 西洋参多糖的生物活性

3.1 免疫调节作用

免疫调节使免疫系统产生有利于机体的适度应答，如对病原体产生排斥，而对自身抗原产生耐受。细胞因子由活化的免疫细胞或非免疫细胞分泌，在免疫细胞分化发育、免疫应答、免疫调节、炎症反应、造血功能中发挥重要作用，并广泛参与机体其他生理功能和某些病理过程发生、发展[25]。研究表明西洋参多糖能够促进细胞因子IL-6、IL-13、IFN-γ等的释放，同时也能抑制炎症反应[10,15,19,26]。

李岩等[27]研究西洋参根粗多糖对环磷酰胺所致小鼠免疫功能低下的调节作用发现：西洋参根粗多糖具有显著地拮抗环磷酰胺所致的白细胞数及免疫器官重量减少的作用，提示西洋参多糖对机体的非特异性免疫和细胞免疫功能具有增强作用，且随剂量增加而增强。朱伟等[28]提取的西洋参粗多糖经DEAE Sephadex A50和Sephadex G100纯化后得到的4种均一多糖，可单独也可协同亚剂量Con-A刺激淋巴细胞转化，结果表明，得到的4种均一多糖具有可调节机体免疫活性细胞功能。

Wang Meiqi等[29]研究了西洋参水提物（主要是寡糖和多糖）对Con-A诱导的小鼠脾脏细胞IL-2和IFN-γ分泌的影响，结果表明西洋参水提物能够显著提高Con-A诱导的脾脏细胞IL-2和IFN-γ的分泌；结合先前的研究—西洋参水提物能够提高B淋巴细胞增殖和血清免疫球蛋白的产生，表明西洋参水提物可能广泛的参与调解先天性免疫应答和获得性免疫应答。Lemmon等[15]用超滤的方法分离西洋参多糖，研究各个相对分子质量段的免疫活性，结果表明大分子质量的西洋参多糖在免疫调节作用中起关键作用。

3.2 抗肿瘤作用

多糖的抗肿瘤主要是通过活化巨噬细胞、淋巴细胞，促进细胞因子分泌，来提高宿主抗肿瘤免疫功能[7]。西洋参多糖能够促进巨噬细胞分泌细胞因子TNF-α、NO、IL-2[10,15,19,26]。

曲绍春等[30]用西洋参粗多糖连续15d喂食S180荷瘤鼠，结果表明西洋参根多糖可以抑制S180荷瘤鼠的肿瘤生长，并能明显诱导脾淋巴细胞合成IL-3样活性物质。杜云峰等[31]用不同浓度的西洋参多糖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处理肝癌细胞，与西洋参多糖共育的肝癌细胞增殖缓慢、细胞伸展不良，形成的集落数目及体积均小于正常对照组，结果表明：西洋参多糖能有效地阻断处于S期的肿瘤细胞DNA的合成，同时能直接破坏细胞膜结构，改变细胞外衣性质，抑制贴壁细胞贴壁从而抑制细胞增殖。朱文静等[32]建立了BABL/c小鼠肝癌模型，用多糖干扰小鼠肝癌的发生发展，观测小鼠肝脏肿瘤以及脾脏的变化，结果发现随着多糖用量的加大，小鼠肿瘤质量明显减小，肿瘤抑制率明显增加，表明西洋参多糖对肿瘤的抑制作用明显。

Assinewe等[24]从西洋参中分别获得甲醇提取物（含有皂苷）和西洋参多糖，并分别用这两种物质对小鼠肺泡巨噬细胞进行处理，发现西洋参多糖具有显著的刺激TNF-α刺激作用，而甲醇提取物则效果不明显。

3.3 降血糖的作用

刘宗林向模型小鼠注射西洋参多糖（4.0 mg/mL，注射为0.2 mL），12 h后血糖含量比对照组下降了约12%，24 h后血糖下降了6.82%，表明西洋参多糖具有良好的降血糖功能[23]。Xie等[33]对2型糖尿病小鼠模型每天进行腹腔注射不同剂量的西洋参多糖，第5天时，与对照组小鼠比较，注射西洋参多糖的小鼠模型血糖均下降，第10天，注射150 mg/kg剂量西洋参多糖的小鼠模型血糖量正常，而且不影响小鼠体质量，终止注射后，空腹血糖水平依然较低，30 d后才达到与对照组小鼠模型水平，表明西 洋参多糖具有 良好的降血糖作用，但这是否与增加胰岛素敏感性还有待进一步验证，也可能与碳水化合物利用率增加以及糖原的生成降低有关。

3.4 参与预防感冒及上呼吸道感染的作用

Cold-fX（CVT-E002）是加拿大科学家研究发明的一种天然保健品，是加拿大最畅销的抗流感、感冒病毒产品，含有80%以上的西洋参多糖，不含皂苷[34]。关于Cold-fX的研究较多，研究表明CVT-E002对脾脏外围和淋巴组织免疫力具有独特的作用，且能够抑制小鼠肝癌[35-37]。McElhaney等[38]通过人体实验研究表明CVT-E002安全、易接受，可能有效的预防由流行性感冒和呼吸道合胞病毒引起的急性呼吸道感染。Predy等[39]进行了一个随机、双盲试验，323 人接受实验，这些人之前至少患过两次感冒，参与者每天服用两次Cold-fX胶囊或相同剂量的安慰剂，4 个月后检查患过感冒人数，其次检查症状严重性、症状及感冒持续天数，结果发现服用西洋参提取物组平均得感冒的次数低于服用安慰剂组，感冒症状得分也低于服用安慰剂组，由此可见，服用中等剂量的富含多糖的西洋参提取物能够降低每人的平均感冒次数及感冒天数，缓解感冒症状。Predy等[40]进一步的研究表明，其作用机制可能是Cold-fX增加T淋巴细胞和自然杀伤细胞的比例，降低了血清中免疫球蛋白水平。

3.5 抗辐射作用

于永超等[41]建立60Coγ射线照射致小鼠免疫抑制模型，对其喂食掺入一定剂量西洋参多糖的饲料，结果表明西洋参多糖能增强Con-A诱导的小鼠T淋巴细胞转化能力，升高小鼠碳粒廓清指数，推断可能是西洋参通过抵抗氧化应激过度旺盛，减轻自由基对免疫系统细胞染色体的损害来保护机体正常免疫功能。刘宗林用西洋参多糖的溶液做小鼠急性放射病防治实验，照射前1～7 h给小鼠皮下注射1 mg西洋参多糖，照射剂量为766～840 rad，结果小鼠存活率提高了30%，西洋参多糖组防辐射效果显著[23]。

3.6 抗氧化作用

许多从天然产物中分离得到的多糖类化合物具有清除自由基、抑制过氧化等抗氧化作用。Yu Xiaona等[42]用稀碱法从西洋参残渣中分离纯化出两种多糖AEP-1和AEP-2，体外抗氧化实验表明AEP-2能够清除2,2’-联氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐（2,2’-azinobis（3-ethylbenzothi azoline-6-sulfonic acid）ammonium salt，ABTS）自由基和 2,2’-偶氮二异丁基脒二盐酸盐（2,2’-azobis（2-methylpropionamidine） dihydrochloride，AAPH）产生的自由基，具有良好的抗氧化性。

4 结4 语

西洋参多糖的研究仍然存在较多问题，一是传统的分离纯化时间长得率低；二是西洋参多糖结构分析困难，目前关于西洋参多糖结构的主要集中在相对分子质量、单糖组成上，具体的糖苷键连接方式、更高级结构以及结构与活性之间的关系仍需要深入研究；三是西洋参多糖具有免疫调节、抗肿瘤、降血糖、预防感冒等作用，但是其构效关系、量效关系及免疫作用机理仍不明确。

目前市场上多糖类的保健产品较多，如灵芝多糖、猴头菇多糖、酵母多糖、虫草多糖、香菇多糖等，西洋参多糖保健品在国内市场上还不多见，在加拿大，Cold-fX已经相对成熟。随着多糖类保健食品的开发与热销，西洋参多糖具有广阔的前景，进一步深入研究西洋参多糖的提取、分离纯化、结构及生物活性研究，对食品药物开发及西洋参资源的利用具有重要意义。

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Progress in Research on Polysaccharides from American Ginseng

YU Xiao-na1,2, CUI Bo1, REN Gui-xing2,*
(1. School of Food and Bioengineering, Qilu University of Technology, Jinan 250353, China; 2. Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

American ginseng (Panax quinquefolium L.) belongs to the genus Panax of the family araliaceae. Because of its special properties and a number of pharmacological functions, it is widely accepted in the world. Polysaccharides from American ginseng play an important role in immunoregulatory and anti-tumor effects. This paper reviews the recent progress made in the research of American ginseng polysaccharides, including extraction, isolation, purifi cation, identifi cation and bioactivity.

American ginseng polysaccharide; extraction; isolation and purifi cation; bioactivity

TS201.1

A

1002-6630（2014）09-0301-05

10.7506/spkx1002-6630-201409059

2014-01-13

国家国际科技合作专项（2011DFG32500）

于晓娜（1986—），女，硕士研究生，研究方向为作物功能成分。E-mail：yxnwork@126.com

*通信作者：任贵兴（1963—），男，研究员，博士，研究方向为作物功能成分。E-mail：renguixing@caas.cn