植物多糖的生物学活性研究进展

■陈圣阳 刘旺景 曹琪娜 敖长金

（内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古呼和浩特 010018）

多糖又称多聚糖（Polysaccharides)，是由多个单糖分子缩合、失水而成的一类生物多聚物，主要包括植物多糖、动物多糖以及微生物多糖三类，是一类重要的生物活性物质，它与蛋白质、核酸和脂类一起被视为生命的四大基本物质。近年来，随着对植物多糖研究的不断深入，植物多糖所具有的抗肿瘤、抗氧化、免疫调节、降血糖、降血脂、抗菌和抗病毒等生物活性不断被发掘出来。目前，已有近百种植物多糖被研究人员成功提取，并对其特殊生物活性进行了验证。

1 抗氧化活性

近年来，大量研究表明许多疾病与自由基诱导的生物大分子氧化损伤有关，如细胞癌变、细胞老化、高血脂症和多种老年慢性疾病等。在机体代谢的过程中产生的自由基还可引起脂质、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤，而植物多糖具有对羟基自由基、超氧自由基(O2·-)和DPPH自由基等的清除能力。在肉羊饲粮中添加沙葱多糖可显著提高肉羊血清中的谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、总超氧化物歧化酶（TSOD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶的活性，并能显著降低血清中丙二醛（MDA）的含量，表明沙葱多糖具有很强的抗氧化活性[1]。杨晓杰等[2]以桔梗为试材，用分光光度法对其植物根内5个多糖组分（PPI、PPII、PPIIa、PPIIb和PPIIc）的抗氧化活性进行研究，后发现桔梗多糖可以保护细胞免受自由基的破坏，抑制组织脂质过氧化，避免自由基过多对人体造成危害。Yang等[3]采用水提法和碱提法从红豆中提取出水溶性多糖AWP-1、AWP-2以及碱溶性多糖AAP-1，并测定其生物活性后发现AWP-1表现出最强的DPPH清除能力。乔茜茜[4]应用亚硝酸清除能力试验、DPPH自由基清除能力试验、羟基自由基的清除能力试验、还原力测定和β-胡萝卜素-亚油酸乳化法等五种体外评价体系对啤酒花粗多糖体外抗氧化活性进行了研究，结果表明啤酒花粗多糖在每一个抗氧化体系中均表现出一定的抗氧化活性；其中，啤酒花粗多糖在β-胡萝卜素-亚油酸乳化液评价体系中的总抗氧化活性、羟基自由基清除力和亚硝基清除能力相对较强，但是DPPH自由基清除力和总还原能力相对较弱，且随着分子量的增加，其抗氧化能力呈明显的减弱趋势。麻景梅等[5]研究发现肉苁蓉多糖具有较强的抗氧化和抗衰老功能，其作用主要体现在可增加胶原纤维含量、增强皮肤弹性和降低体内脂褐质的堆积。邵鸿娥等[6]通过小鼠游泳耐疲劳实验，测定小鼠血中丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性，结果表明，枸杞多糖具有良好的体内抗氧化作用，能够减慢细胞老化从而延缓衰老。

2 抗肿瘤活性

抗肿瘤作用是植物多糖的主要生物活性之一，大量研究表明，多种植物多糖可以有效抑制或杀伤肿瘤细胞，而不损伤正常细胞。其抗肿瘤机理主要是通过活化巨噬细胞和淋巴细胞，增强机体的免疫力来达到杀伤和抑制肿瘤细胞的目的[7]。赵飞艳等[8]在分子水平上对沙葱多糖的抗肿瘤机制进行了探讨，用不同浓度的沙葱多糖体外作用于绵羊外周血淋巴细胞，并通过实时荧光定量RT-PCR法测定STAT1与IFN-γmRNA相对表达量的变化，结果显示，在一定范围内随着沙葱多糖浓度的升高而STAT1与IFN-γmRNA的相对表达量呈现升高的趋势，表明沙葱多糖能够通过促进绵羊外周血淋巴细胞STAT1与IFN-γmRNA的表达，进而发挥其抗肿瘤作用。此外，沙葱多糖还能通过激活巨噬细胞，促进免疫细胞分泌IL-2和TNF-α，来发挥抗肿瘤功能和免疫调节功能，从而有效地抑制小鼠S180腹水瘤的形成，延长其存活寿命[9]。Lee等[10]研究发现，刺松藻水溶性多糖能通过活化杀伤性T淋巴细胞和巨噬细胞，提高NK细胞活性，从而有效抑制肿瘤细胞增殖和肿瘤的恶化。近年来，大量研究表明，肿瘤组织异常增生的基础包括肿瘤细胞内的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)酶的量及活性显著升高[11]，意味着当蛋白质的合成受阻，肿瘤细胞的生长同样也会被抑制。Wang等[12]研究发现，龙葵多糖能影响肿瘤细胞内脱氧核糖核酸(DNA)的转录，抑制了形成核糖核酸(RNA)的代谢，肿瘤细胞内基因产物蛋白质的合成受到限制，从而抑制肿瘤细胞的生长。韩翰[13]对人参多糖进行了系统的研究，试验将人参多糖分为不同级份，分别测定对肿瘤细胞生长的抑制强度后发现：①不同级份的人参多糖具有选择性抑制肿瘤细胞的生长作用；②人参淀粉样中的中性糖不具有直接抑制肿瘤细胞生长的作用，而人参果胶能够较明显的抑制肿瘤细胞的生长；③同源型聚半乳糖醛酸（富含HG结构域的人参果胶)能够明显抑制肿瘤细胞增殖，并且抑制强度随着HG含量的增多而增强，如富含HG结构域的两种级份WGPA-3-HG和WGPA-4-HG，当浓度仅为1.25 mg/ml时，就能明显地抑制HepG-2，U-87，HT-1080和U-251肿瘤细胞的生长。因此，多糖的HG结构域可能是抑制肿瘤细胞生长的重要因素。Shu等[14]报道，紫参多糖能抑制荷瘤小鼠体内H22腹水肝癌细胞的扩散，降低血清中前列腺素E2的水平；当注射外源性的前列腺素E2时，紫参多糖凭借自身刺激免疫的生物学活性可完全消除PGE2的残留。这可能是由于紫参多糖一方面能够减少CD4+T细胞中CAMP的含量，进而降低PGE2的合成；另一方面能够抑制环氧化酶在相关肿瘤细胞中的转录和翻译。

3 免疫活性

大量研究表明，植物多糖具有广谱的免疫调节活性，它能够有效调节免疫释放因子和免疫细胞，从而增强机体免疫功能。植物多糖对免疫细胞的调节主要有三种方式：其一，激活巨噬细胞，并增强巨噬细胞的吞噬活性、内酶活性及细胞因子分泌活性；其二，促进淋巴细胞的增殖，增强免疫球蛋白和细胞因子分泌，能够改善淋巴细胞亚群结构；其三，激活补体系统并增强自然杀伤细胞的杀伤活性，补体可以协同抗体或协助吞噬细胞来杀灭病原微生物[15]。与此同时，植物多糖的免疫活性还体现在对动物免疫器官发育有积极的促进作用。包美艳等[16]发现，沙葱多糖能够影响绵羊外周血淋巴细胞的增殖及NO的释放，沙葱多糖浓度为50～100 μg/ml时能够抑制淋巴细胞的增殖，而浓度为150～250 μg/ml时促进淋巴细胞增殖；NO的释放量随着沙葱多糖浓度的加大而增加，表明沙葱多糖对绵羊外周血淋巴细胞具有免疫调节作用。Heiss等[17]通过体外细胞模型试验发现，从石榴皮中萃取的粗多糖具有增加脾细胞的数量、提高巨噬细胞中酸性磷酸酶的活性以及增强巨噬细胞的吞噬力等刺激免疫的生物学活性。Bao等[18]研究发现，柠檬草多糖能够提高小鼠体内白细胞介素2(IL-2)、白细胞介素6(IL-6)、白细胞介素2(IL-12)以及肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的含量。毛淑敏等[19]通过金银花多糖对免疫低下小鼠免疫功能影响的研究发现，金银花多糖能够显著提高免疫低下的小鼠脏器指数、IL-2含量和血清溶血素水平，且高剂量多糖组效果优于低剂量多糖组，使免疫低下的小鼠更快恢复正常水平，具有明显的免疫增强活性作用。刘亚娟[20]对铁皮石斛多糖的免疫试验结果说明，铁皮石斛多糖对与脾细胞相关的体液免疫具有较显著的增强作用。此外，研究同样发现随着柠檬草多糖剂量的增加，荷瘤小鼠的免疫力也随之增加，当剂量达到200 mg/（kg·d）时，小鼠的胸腺和脾脏指数从21.9%增加到了91.9%[14]。以上研究结果均表明，植物多糖的免疫调节作用具有剂量效应。

4 抗菌活性

近年来，由抗生素药品的滥用和残留引起耐药菌株产生的问题越来越受到人们的重视。大量试验结果表明，天然的植物多糖无毒副作用，并具有广谱的抑菌活性，所以，用植物多糖替代抗生素用作饲料添加剂其前景非常广阔。代建丽等[21]研究发现，白岌多糖对变形杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的生长均有抑制作用，当白岌多糖浓度为20 mg/ml时抑菌效果较好；并进一步发现白岌多糖的抑菌机制为增加大肠杆菌细胞壁和细胞膜的通透性，导致细胞内容物外泄使得细菌生长代谢受到抑制。扈瑞平等[22]采用琼脂扩散法对沙葱多糖进行了体外抑菌研究，沙葱多糖对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌、变形杆菌、痢疾志贺氏菌和绿脓杆菌均表现出一定的抑制作用，且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用最为显著。Sharma等[23]研究发现，蝉虫草多糖（胞外多糖EPS，胞内多糖IPS）也具有较强的抑菌活性，且IPS的抑菌活性强于EPS。郭金英等[24]研究表明，发状念珠藻多糖在一定的浓度范围内对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌及青霉和红曲霉菌都有一定的抑菌作用。薛淑静等[25]研究发现，莲子红皮多糖能够有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，其最小抑菌浓度为20 mg/ml，尤其是在酸性条件下的抑菌效果更为明显，对大肠杆菌的抑制作用比金黄色葡萄球菌更强。Zhao等[26]对党参脱硫多糖和含硫多糖的抑菌活性的比较研究中发现，脱硫多糖的抗菌活性远高于含硫多糖，且最小抑菌浓度MIC分别为35 mg/ml和70 mg/ml。潘姝[27]发现，马齿苋多糖对酵母菌、醋酸菌、黑曲霉菌和大肠杆菌均有良好的抑制作用，但对上述不同菌的抑菌效果不一样，对酵母菌的抑制效果最佳，而对大肠杆菌的抑制效果最差。席波等[28]利用滤纸扩散法研究了10种微藻粗多糖的抑菌作用，发现其中海水小球藻的粗多糖提取物的抑菌能力最好，其对革兰氏阳性菌（藤黄八叠球菌、金黄色葡萄球菌）、革兰氏阴性菌(大肠杆菌)以及真菌(假丝酵母菌)的抑菌效果显著，其抑菌圈的大小分别为13.0、8.0、11.0 mm和10.0 mm。可见，植物多糖的抑菌作用与其剂量和所针对的菌种有密切关系。

5 抗病毒活性

大量研究结果表明植物多糖也具有一定的抗病毒活性。麒麟菜多糖在很低的浓度（1.95 ug/ml）下对HSV-2病毒的抑制率可达到80%，并发现该多糖主要通过阻止病毒侵入并干扰病毒对细胞的粘附而发挥其抗病毒作用[29]。Takayuki等[30]发现从绿色海藻（Coccomyxa gloeobotrydiformi）中提取出的酸性多糖能有效抑制甲型流感病毒株H1N1、H2N2和H3N2,其中对H1N1 A/USSR90/77毒株的抑制作用最强，其机制可能是酸性多糖抑制了甲型流感病毒诱导红细胞产生凝集及溶血的作用，并且阻断流感病毒与宿主细胞的联系，进而起到抗病毒的功效。李佩佩等[31]通过薄荷多糖的体外试验后发现，薄荷多糖对呼吸道合胞病毒具有较强的抑制作用，其IC50为281.36 μg/ml。周孟清等[32]采用鸡胚法和鸡群攻毒保护法测定板蓝根多糖和黄芪多糖对新城疫病毒的抑制效果，发现上述两种多糖均有显著的抑制病毒增殖的作用。夏燕平等[33]的研究证明，50%醇沉卷柏多糖能够显著抑制肠道病毒71型（EV71）导致的Vero细胞病变，尽管50%醇沉卷柏多糖不具有体外直接灭活病毒的作用，但是50%醇沉卷柏多糖对EV71感染Vero细胞的吸附有显著抑制作用。植物多糖具有化学药品无可比拟的天然性和纯净性，对它的深入研究将有利于天然抗肿瘤药物的研发。

6 降血糖、降血脂活性

对于植物多糖具有降血糖和降血脂活性的研究报道已有很多，一般认为植物多糖降血糖的机制主要是改善和修复胰岛细胞，促进胰岛素的分泌；而植物多糖降脂作用机理主要是抑制脂肪酶的活性，减少机体对脂质的吸收及降低脂质的利用效率，并通过调节血脂代谢，缓解代谢紊乱从而达到降血脂的效果。Yang等[34]研究发现玉竹多糖具有降血脂及抗动脉粥样硬化的生物学活性，实验采用兔子作为动脉粥样硕化模型对照组，研究血液中总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、脂蛋白α三种成分含量的变化，发现其确有降低血脂及动脉粥样硬化的生物学活性，并且保护内皮细胞免受过氧化氢及脂多糖的伤害。程素娇[35]以链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病小鼠作为实验动物，研究了乌饭树树叶多糖（VBTLP）对血脂的影响，结果表明，乌饭树树叶多糖对STZ糖尿病小鼠具有显著的降血脂效果，同时发现高剂量乌饭树树叶多糖对小鼠胰岛β细胞结构有明显的修复作用，从而改善了胰岛细胞的降血糖功能。Rajalakshmi等[36]报道，以心叶清牛胆甲醇溶剂多糖20 mg/kg体重剂量饲喂患糖尿病的小鼠后发现这种新型多糖能显著降低小鼠血液中血糖、甘油三酯和总胆固醇的含量，同时增加血红蛋白、组织糖原和高密度脂蛋白的含量，并且转运载体-4（Glut-4）mRNA在肌肉组织中表达量显著升高，促进胰岛中β细胞的生成，对血糖的降低起到了至关重要的作用。郭淑臻[37]研究发现，灰树花多糖具有明显降低糖尿病小鼠血脂的作用，并且在一定范围内随着灰树花多糖剂量的增加而降血脂效果明显增强。赵博等[38]研究表明中国楤木多糖能够有效降低大鼠的空腹血糖、糖化血红蛋白、总胆固醇和甘油三酯水平，提高高密度脂蛋白水平；并能有效缓解糖尿病大鼠的血脂紊乱，降低血糖水平、减少糖代谢和脂代谢紊乱并发症的产生。

7 其它活性

植物多糖除了具有上述多种生物活性外，还具有其它多种活性。研究人员已经证实当归多糖具有抗辐射活性[39]、黑木耳多糖具有体外抗凝血活性[40]、树舌多糖具有保护胃黏膜损伤和抗溃疡活性[41]等。随着研究的不断深入，植物多糖越来越多的生物活性将会显现出来。

8 展望

我国非常丰富的植物资源为植物多糖的研究、开发和应用提供了得天独厚的条件。植物多糖作为一种天然的生物活性物质，其最大的优点就是毒副作用极小或无毒副作用，在医药、食品、农业等领域有着巨大的潜在应用前景。在医药方面，可根据多糖不同的生物学活性加工成抗肿瘤、降血糖、降血脂、抗病毒等类药物，目前市场上已有一些植物多糖类药物（如猪苓多糖注射液同乙肝疫苗结合治疗慢性乙肝），因植物多糖的天然无毒副作用的特点，植物多糖类药物的开发利用将会成为一个新的趋势。在食品方面，植物多糖未来可以作为保健食品，用于增强人体免疫力、延缓衰老或作为治疗性食品用于特殊人群。在农业方面，医药和保健食品的开发利用以及对植物多糖的深入研究都离不开对植物的需求，植物多糖大都从植物的叶子和果实中提取，提高了植物的利用率，随着需求的增大，将会增加所需植物的种植面积，同时可增加农民的经济收入；而且植物多糖可以用于饲料工业，研发饲料用抗生素的替代品，一方面可以消除饲料中添加抗生素带来的负面影响，另一方面可以生产安全和高品质的动物性食品。尽管对植物多糖的活性研究已取得了很多成就和进展，但对其结构鉴定以及作用机制的研究还很少，大多数报道只是处于在推测的基础上，因此对植物多糖高级结构和其作用机理的研究还有待我们广大研究工作者继续努力。随着对植物多糖生物活性的深入研究，将会有更多的多糖产品应用于我们的健康，服务于我们的生活。