当归多糖对造血功能的影响及其机制的研究

毛宇，徐芳，邹云，徐晓娟，贺建华，*

（1.湖南农业大学食品科技学院，湖南长沙410128；2.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙410128）

当归多糖对造血功能的影响及其机制的研究

毛宇1，徐芳1，邹云2，徐晓娟1，贺建华2，*

（1.湖南农业大学食品科技学院，湖南长沙410128；2.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙410128）

主要介绍了当归多糖对造血干细胞及全血细胞、造血微环境和细胞凋亡的影响及其作用机制，为进一步研制具有造血功能的新药及探索新方法提供参考。

当归多糖；造血；机制

多糖（polysaccharide）是由10个以上单糖通过苷键连接而成的聚糖。它在自然界分布极广，在高等植物，藻类，菌类及动物体内均有存在，是自然界含量最丰富的生物聚合物[1]。多糖的种类一般有：植物多糖，菌多糖，动物多糖，微生物多糖等。多糖生物活性的研究最早可追溯到1936年Shear对多糖抗肿瘤活性的发现[2]。1950年以来，科技工作者相继从真菌、高等植物及动物中分离提取出300余种多糖，并对其进行了一系列生物学活性及临床应用的研究。研究表明，多糖具有免疫调节、抗肿瘤、抗辐射、抗菌、抗病毒、抗寄生虫、抗感染、抗氧化、抗疲劳、抗突变、抗风湿、抗凝血、抗菌消炎、降血脂、降血压、降血糖、延缓衰老及防治心脑血管疾病等多种生理药理作用[3]。植物多糖因其来源广泛，成为近年来的热门研究。

当归又名秦归，多年生草本植物，为伞形科植物当归Angelica Sinensis（Oliv．）Diels．的干燥根，在中国分布于甘肃、云南、四川、青海、陕西、湖南、湖北、贵州等地，主产于甘肃岷县和菪吕。当归的根可入药，是最常用的中药之一。当归性温，味甘、辛。归肝、心、脾经，在传统中药处方中，当归主要用于治疗痛经及月经不调[4]，并且具有滋阴、补血、润肠、抗炎之功效[5]。在亚洲当归作为保健食品和妇女补血食疗用品已广泛应用于市场[6]，并且欧美国家也已把其当做一种食品强化剂[7]。当归的有效成分十分复杂，随着分析方法的发展，已鉴定出的化学成分有70余种，其中包括糖类、香精油、有机酸、酚类、维生素、氨基酸及其他成分[8-9]，多糖是其中的一种主要有效成分。当归多糖（angelica sinensis polysaccharide，ASP）主要包括葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等[10]。当归多糖具有明显的造血功能[9-11]、免疫促进[12-13]、抗肿瘤[14-15]、抗辐射损伤[16]等广泛的药理活性。当归多糖为当归主要水溶性成分，且具有广泛的生物活性，故成为当归药效成分研究的热点[17]。本文主要对当归多糖对造血功能的作用机理进行阐述，为其进一步的研究开发及应用提供参考。

1 当归多糖（APS）对造血干细胞及全血细胞的影响

1.1 当归多糖与造血干细胞

造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）属于多能干细胞，具有自我更新和多向分化潜力，能分化成各系血细胞，如红系、粒系、巨核细胞系、淋巴细胞系等，各系分化后最终生成各种血细胞成分，包括红细胞（RBC）、白细胞（WBC）和血小板（PLT），它们也可以分化成各种其他细胞[18]。

Wang和Zhu[19]认为当归多糖能够显著提高造血祖细胞的增殖和分化，其生物学机制可能是通过直接或间接地刺激造血微环境或肌肉组织中的巨噬细胞、成纤维细胞、淋巴细胞分泌造血生长因子来达到造血目的。APS不但能够提高造血干细胞的增殖分化，而且还能延缓其衰老。Zhang等的近期试验表明，APS能延缓造血干细胞的衰老，其机理与抑制其氧化性损伤及下调p16mRNA的表达有关[20]。

1.2 当归多糖与全血细胞

外周血中的血细胞能间接反映出骨髓造血功能。全血中有多种血细胞，主要作为对血液病检测指标的主要是红细胞、白细胞、血小板。骨髓单个核细胞（bone marrow mononuclear cell，BMNC）是成年机体骨髓中具有多向分化潜能细胞的总称，集成了所有骨髓干细胞成分[21]。它是白细胞的一种，属于造血干细胞进一步分化增生的一系，不但具有自我更新和分化的能力，并能够释放一些细胞因子，且对辐射的敏感性较强。张雁等[21]的实验结果显示，辐射后第7天开始小鼠WBC、RBC、PLT和BMNC数目急剧下降，APS组能够有效抑制外周血中各种血细胞及骨髓单个核细胞数量的下降，说明APS对放射损伤后的骨髓造血功能的恢复有一定作用。

Marco等[22]用注射免疫调节剂环磷酰胺的小鼠，建立了一个白细胞减少症的模型，其实验结果表明，当归多糖组的白细胞数目增加，尤其是5 mg/kg剂量组白细胞增加数非常显著（实验选用了5、10、25 mg/kg），并且小鼠白细胞数恢复到正常水平的时间也较快，仅约7 d。

当归多糖不但能增加外周血全血细胞的数量，同时也能促进其功能作用的发挥。杨铁虹等[23]探讨当归多糖及其硫酸酯对凝血和血小板聚集的影响，试验发现当归多糖及其硫酸酯能显著延长凝血时间，缩短出血时间；显著性延长凝血酶时间和活化部分凝血活酶时间，当归多糖及其硫酸酯有较强的抗凝血和止血作用，其止血作用与其促进血小板聚集作用有关。

Liu等[9]研究发现，当归多糖是当归中促进造血功能的主要成分。其造血活动主要是通过刺激白细胞介素-6（interleukin，IL-6）和GM-GSF（粒细胞集落刺激因子）的分泌，并且这些生长因子的数量随着GM集落形成数量的增多而增多。给予低剂量APS（2.3 mg/kg体重/d）就可以显著促进贫血小鼠血红蛋白数量恢复正常值。

根据近年研究，多数造血生长因子通过Janus激酶/信号传导和转录激活因子（JAK/STATs）信号通路调节血细胞的增殖与分化[24]。华自森等[25]探讨了当归多糖（APS）对调控红系血细胞增殖分化的有关机理，试验表明APS能协同红细胞生成素（Epo）促进造血细胞增殖分化，其机制与影响细胞内的JAK2/STAT5信号传导通路有关。

2 当归多糖对造血微环境的影响

血细胞生成除需要造血干细胞外，尚需有正常造血微环境及正、负造血调控因子的存在。造血组织中的非造血细胞成分，包括微血管系统、神经成分、网状细胞、基质及其他结缔组织，统称为造血微环境。造血微环境可直接与造血细胞接触或释放某些因子，影响或诱导造血细胞的生成[18]。

2.1 当归多糖与骨髓基质细胞

骨髓基质细胞（bone marrow stromal cell，BMSC）是造血微环境的核心成分，它是一混合性的细胞群体，包括成纤维细胞、巨噬细胞、内皮细胞、网状细胞核载脂细胞等，它们不仅是造血细胞生长的支架，还可以通过细胞间通讯、分泌多种造血调控因子、产生细胞外基质等多种途径调控血细胞的生成。BMSC除直接作用于造血细胞外，其表面的黏附分子可促使造血干/祖细胞与BMSC以及微环境中的细胞外基质相互黏附，进而促进造血细胞的增殖分化[18，26]。

关雪晶等[27]通过试验发现，APS不但可以使辐射损伤小鼠的WBC、RBC、PTL及BMSC的数量明显增加，而且可以使BMSC达80%贴壁所需时间明显缩短并使CFU-F（成纤维细胞生成集落）数量明显增多。BMSC只有贴壁后才具有增殖能力，APS能缩短贴壁时间，也就间接的证明了当归多糖能够提高BMSC的增殖能力，从而增加细胞因子CFU-F的形成能力，从而改善造血微环境，促进造血功能恢复。

内皮细胞是骨髓微环境的主要成分，它可分泌多种造血刺激因子，并支持造血祖细胞的增殖分化[28]。石清照等[29]结合以往试验的结果推测，当归注射液可能通过促进骨髓基质细胞血管内皮生长因子及其受体表达，修复骨髓微环境。

血管内皮生长因子能够促进血管增生和形成，它通过与其特异性的受体结合，刺激内皮细胞的增殖等，从而促进血管形成。血管内皮生长因子不仅在内皮细胞能够表达，在正常骨髓的粒系、红系、巨核系细胞和基质细胞克隆均可分泌血管内皮生长因子[30]。Flt-1作为血管内皮生长因子功能发挥的主导受体，可上调血管内皮生长因子表达。Yoshiji H等的试验结果显示，经6.0 Gy60Coγ射线照射后小鼠骨髓基质细胞、血管内皮生长因子及其Flt-1表达显著降低。经当归注射液治疗后小鼠骨髓基质细胞血管内皮生长因子及Flt-1免疫组化检测图像的灰度值增加，与照射组比有显著差异，而细胞凋亡率却明显下降[31]。

巨噬细胞是骨髓造血诱导微环境中的重要组成成分，李静等[32]研究发现骨髓巨噬细胞（BMMΦ）与造血干细胞之间存在多种连接形式，巨噬细胞能够通过分泌多种生物活性物质等间接途径作用于造血干细胞和所有四系造血细胞。

2.2 当归多糖与造血生长因子

造血生长因子（hematopoietic growth factors，HGF）是促进骨髓造血细胞分化增殖和定向成熟的一系列活性蛋白，可分为集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF）和造血辅助因子两大类。CSF在体外能刺激造血祖细胞形成集落。迄今为止已发现和克隆鉴定的CSF主要有：多能性集落刺激因子（Multi-CSF）即IL-3、粒-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、粒细胞集落刺激因子（G-CSF）、巨噬细胞集落刺激因子（MCSF）、巨核集落刺激因子（Meg-CSF）和红细胞生成素（EPO）等。造血辅助因子本身虽无集落刺激活性，但与其他HGF协同作用时，可增加集落的大小和数量。主要的造血辅助因子有干细胞因子（SCF）、血小板生成素（TPO）、白血病抑制因子（leukemia inhibitor factor，LIF）、IL-1、IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-11等[18]。

APS是当归中的重要成分，已有实验表明APS能从mRNA水平与蛋白质水平调控GM-CSF的表达，起作用机理可能是APS通过直接或间接途径促进淋巴细胞、造血微环境中的基质细胞、巨噬细胞合成和分泌GM-CSF或其他造血生长因子[33]。

李静等[32]研究发现经APS诱导后，BMMΦ表达EPO、GM-CSF、IL-3、IL-6的蛋白水平有不同程度的提高；EPO mRNA和GM-CSF mRNA的表达水平和强度明显提高。

李宗山等[34]经过试验证实，当归能调节骨髓造血和促进抗体的产生，其对骨髓细胞增殖有明显促进作用，试验组与对照组相比有非常显著性差异（P＜0.001）。而骨髓细胞的增殖要归功于集落刺激因子（CSF）的存在。吴宏等[35]采用造血生长因子生物活性检测与免疫细胞化学等技术，研究了经人参多糖（GPS）和当归多糖（APS）诱导的人脐静脉内皮细胞株（Ecv304）上清液（HEcCM）中造血生长因子的活性及粒单系集落刺激因子（GM-CSF）、IL-3和IL-6在内皮细胞的表达。结果表明：GPS和APS体外诱导制备的HEcCM能显著促进粒单系造血祖细胞（CFU-GM）和多向性造血祖细胞（CFU-Mix）的增殖；同时，GPS和APS能不同程度地促进内皮细胞GM-CSF、IL-3和IL-6蛋白表达。可以得出结论：GPS和APS调控造血的机理之一是上调造血微环境中的内皮细胞分泌造血调控因子来调节血细胞的生成。

3 当归多糖对细胞凋亡的影响

细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。细胞凋亡与细胞坏死不同，它并不是病理条件下自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用[36]。

Philpoot等研究发现，再生障碍性贫血患者骨髓造血干细胞或祖细胞凋亡是其数量减少的原因之一[37]。张祥忠等[38]检测了再生障碍性贫血患者骨髓单核细胞凋亡情况，结果显示凋亡细胞明显增加，表明骨髓造血细胞凋亡增加可能是再生障碍性贫血骨髓造血衰竭的发病机制之一。

崔玉芳等[39]分析了电离辐射促进细胞凋亡的机制，认为系某种刺激因子或其他信号分子通过细胞内外信号转导途径，激活了促凋亡基因bax的转录和翻译机制，致使其mRNA和蛋白表达水平增加，从而促使细胞凋亡的发生。另外，射线使凋亡抑制基因bcl-2的蛋白表达降低或bcl-2蛋白稳定性下降，使凋亡的发生率明显增加。孙元琳等[40]采用POD原位末端标记和免疫组化方法检测ASP3对辐射损伤小鼠骨髓细胞的凋亡抑制率以及对肝细胞凋亡相关基因bcl-2蛋白表达的影响。试验结果表明给予当归多糖ASP3后，受辐射小鼠的骨髓细胞凋亡降低，造血功能得到一定程度恢复。其作用机理可能是ASP3可通过增强细胞的DNA损伤修复能力、减少细胞凋亡来提高细胞DNA的辐射耐受性，进而加速DNA复制和蛋白质合成，恢复造血功能。

Liu等[11]发现，APS可以促进小鼠的造血功能和血小板的生成，其作用机制可能与APS的抗细胞凋亡有关，也可能与磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶（PI-3K/ AKT）路径有关。

4 小结

近年来，多糖的研究取得了巨大的进步，科研工作者们已经发现了很多具有重要生理活性的植物多糖，并且研究对象深度和广度都在不断发展。多糖的研究在引起化学家兴趣的同时也在引起药理学家和生物学家的极大兴趣，药理药效方面的研究也非常广泛和深入。但由于多糖本身在质量标准、表征鉴定等方面有自身的研究难度和特殊性，当前的研究层次和水平还远远落后于蛋白质和核酸这两大生命物质的研究[41]。中药多糖无毒副作用，是一类有很大开发潜力具有更多生物活性的多糖，其药理学特性与中医药理论具有一定程度的吻合性[42]，在人类消除疾病过程中将发挥巨大的作用。当归属于传统中药材，其补血造血在中医学中被承认，但其作用在西医临床中还没有被普遍认可，不过已有一部分重要成分的补血冲剂、胶囊作为辅助药物应用于临床。但目前由于对造血机制及这种通路的研究还不是很明确，所以一些药物想应用于临床还需要不断的探索和研究。对造血机制的研究还有利于治疗白血病等恶性血液病以及开发其对应药物，可以展望，多糖的研究必将成为分子生物学、药物学、医学领域中不可或缺的一部分，并将在治疗疾病方面发挥巨大作用。

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Research on the Effect and Mechanism of Angelica Sinensis Polysaccharide on Hematopoietic Function

MAO Yu1，XU Fang1，ZOU Yun2，XU Xiao-juan1，HE Jian-hua2，*
（1.College of Food Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，Hunan，China；2. College of Animal Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，Hunan，China）

This article mainly introduced the effect and mechanism of Angelica Sinensis polysaccharide on hematopoietic stem cells and whole blood cells，hematopoietic microenvironment and cell apoptosis，in order to provide a reference for the development of new drugs and the exploration of new methods which have the hematopoietic function.

Angelica sinensis polysaccharide；hematopoiesis；mechanism

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.08.033

科技部国际科技合作专项基金（2011DFA30490）

毛宇（1987—），女（汉），硕士研究生，研究方向：营养与健康。

*通信作者：贺建华（1963—），男（汉），教授，博士，研究方向：营养与健康。

2014-03-25