多糖的化学修饰方法研究进展

苏晓文，昝丽霞，王威威

（陕西理工大学生物科学与工程学院，陕西 汉中 7230005）

天然多糖是构成生命的四大基本物质之一，同时具备抗肿瘤、抗氧化、促进免疫调节、抗病毒、抗炎等生物活性，但由于多糖的活性直接受结构的影响，例如水溶性差或因活性较弱而难以达到应用要求。因此需要对天然多糖进行结构修饰，增强其生物活性[1]。多糖结构修饰可以通过化学、物理及生物学方法，目前应用范围最广的为化学修饰方法。多糖的化学修饰方法主要有硫酸化、乙酰化、羧甲基化、磷酸化、硒化等。本文对多糖化学修饰方法具体操作及产物活性变化等方面进行综述，为多糖类产品开发提供参考和借鉴。

1 硫酸化修饰

日本学者[2]于1988年成功将硫酸基团引入部分均多糖后发现产物表现出抗T-淋巴细胞病毒活性，为多糖的硫酸化结构修饰奠定了理论基础。常见的硫酸化修饰方法有氯磺酸-吡啶法、浓硫酸法、氨基磺酸法等。

1.1 氯磺酸-吡啶法

氯磺酸-吡啶法是针对吡喃型多糖的一种硫酸化修饰方法，使氯磺酸与吡啶预先反应生成吡啶——SO32-复合物，碱性条件下以SO3取代糖羟基上的H，得到产物[3]。在柴胡多糖[4]硫酸化修饰过程中，调节氯磺酸与吡啶的体积比分别为1∶2、1∶4和1∶8，得到3种不同取代度和硫含量的柴胡多糖的硫酸酯。张琳[5]采用氯磺酸－吡啶法，制得款冬花硫酸酯化多糖，显著提高了清除羟自由基的能力。刘捷优化了皱木瓜多糖硫酸酯的工艺，经SephadexG-100凝胶色谱法分离纯化产物后，取代度为2.53，酯化产物具有更强的清除超氧阴离子自由基的能力。

1.2 浓硫酸法

浓硫酸法是用浓硫酸与正丁醇预先反应生成磺化试剂，冰浴条件下对多糖硫酸化。向装有体积比为3∶1的浓硫酸和正丁醇试剂的三角瓶中缓慢加入硫酸铵（NH4）2SO4，持续搅拌后冰浴至0℃后，加入待修饰的多糖样品，持续反应一段时间后，体系用稀NaOH溶液中和、将上清液浓缩后，纯水透析24 h，透析液经冷冻干燥后即得硫酸酯化产物[7]。五味子叶多糖经硫酸化修饰后[8]，可得取代度为0.4 597的产物。高爽[9]发现甜玉米多糖质量为250 mg时，硫酸酯化修饰的最优条件为:硫酸铵用量为60 mg，浓硫酸体积6 mL，反应时间为30 min，此条件下得取代度达1.142 7的硫酸酯化甜玉米芯多糖，且产物溶解性较好。

1.3 氨基磺酸法

氨基磺酸可作为一种温和有效的酯化试剂。卜丹丹[10]对玉米皮多糖硫酸化过程中对氨基磺酸、甲酰胺以及反应时间进行考察后发现取得最大取代度产物的反应条件为：氨基磺酸2 g、甲酰胺60 mL、反应时间2.5 h。随着取代度的增加，玉米皮多糖衍生物的清除DPPH自由基能力和Fe2+螯合能力则有所增强。董昊等[11]以硫酸根取代度为指标，确定最佳制备工艺为：反应时间2.18 h，反应温度50.2℃，多糖：氨基磺酸为1∶2.15。侯令[12]对苹果多糖硫酸化修饰，提高了自由基的清除能力。

2 羧甲基化修饰

羧甲基化修饰可提高多糖的溶解性、电负性以及抗肿瘤活性。常用的方法有水媒法和溶媒法两种。

2.1 水媒法

水媒法是使用稀氢氧化钠等碱溶液将多糖溶解后，醚化反应得到羧甲基化多糖产物。焦中高[13]利用红枣多糖与单氯乙酸反应制得7种取代度在0.016～0.220的羧甲基化红枣多糖，提高了红枣多糖的溶解度，且对α-葡萄糖苷酶的抑制活性显著提高。灵芝多糖羧甲基化修饰后，得到取代度为1.36羧甲基化灵芝多糖产物[14]。谢静南[15]考察甜玉米芯多糖甲基化修饰工艺，一氯乙酸用量为最主要因素，其次是氢氧化钠溶液浓度，反应温度影响最小。

2.2 溶媒法

溶媒法是指将多糖悬浮于有机溶剂中，碱性条件下反应醚化得到终产物[16]。赵鹏等[17]对倒卵叶五加多糖进行羧甲基化修饰，产物取代度为0.557。川芎多糖[18]羧甲基化修饰后，产物分子量为175.655KDa，取代度为0.68，羧甲基化增强了对DPPH自由基的清除活性。黄精多糖[19]羧甲基化修饰后，对DPPH·和·OH的清除能力提高。茶多糖[20]经羧甲基化修饰后，抗凝血活性进一步增强。采用氢氧化钠-异丙醇-氯乙酸法得到取代度为0.961的羧甲基化甘余多糖产物[21]，红外光谱证实产物中COOH-的存在，且对亚硝基的清除作用和抑制人肝癌细胞HepG-2的增殖作用皆有显著提高。茯苓多糖[22]羧甲基化修饰取代度为0.728，对革兰氏阳性菌的抑制能力强于革兰氏阴性菌。

3 乙酰化修饰

乙酰化修饰采用乙酸酐作为主要试剂，经亲核取代反应，向多糖分子支链中引入乙酰基后，增加其在水中的溶解性[23]。乙酰化修饰具有速度快、反应温和、产物取代度高等优点，通过改变多糖的横向次序和定向性来改变多糖的理化性质[24]。赵鹏等[25]研究乙酰化修饰二色补血草多糖的最优条件为：乙酸酐与多糖的物质的量比3.3∶1、反应时间2.6 h、反应温度65℃，乙酰基取代度为0.409，产物对·OH自由基和O2-·自由基的清除率分别提高了22.9%和24.7%。蔡婉静等[26]采用超声降解和乙酸酐法成功制备得到乙酰化降解海带多糖，其体外保湿能力优于甘油。乙酰化修饰对绿茶多糖[27]O2－·、·OH和NO2－体外清除活性最大提高率分别为32.06%、36.96%、55.99%，且随取代度的增大而增大。防风多糖[28]乙酰化修饰产物对·OH自由基清除率高达91.7%。车前子[29]多糖乙酰化后，产物促进树突状细胞分泌细胞因子IL-12p70。枸杞多糖乙酰化修饰[30]能显著提高正常小鼠肝组织T-AOC、CAT活力，降低小鼠血清及肝脏丙二醛含量，同时可显著抑制H22肿瘤细胞增值，提高机体免疫器官指数。

4 磷酸化修饰

常用的磷酸化试剂有磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、三聚磷酸钠等。反应体系pH对反应进程发挥着极其重要的作用[31]。将多糖溶于蒸馏水中后加入一定量的磷酸化试剂和5%Na2SO4，调节pH，反应液经醇沉、真空冷冻干燥，除去乙醇后以纯水复溶、透析最冷冻干燥后得到多糖磷酸化衍生物[32]。

张洁等[33]以磷酸二氢和磷酸氢二钠钠混合磷酸盐作为反应试剂，在尿素催化下，微波辅助制备白芨多糖磷酸酯，最佳工艺条件为：反应pH为5，反应温度50℃，微波时间3 min，磷酸盐用量50%，得取代度为1.57%的衍生物。Yuan[34]对卡拉胶低聚糖磷酸化，发现浓度为400μg/mL时，对·DPPH自由基的清除活性高达76.2%。南征[35]等研究磷酸化修饰可显著增强杏鲍菇多糖的抗氧化活性，且对·OH自由基最大清除率高达87.16%，对Fe2+诱发的脂质过氧化反应抑制率提高到19.08%。Liu等[36]发现磷酸化产物的抗疱疹病毒HSV的活性明显高于未修饰的果聚糖，为新药的开发提供了理论基础。

5 硒化修饰

Wang等[37]以H2SeO3为硒化试剂，HNO3为催化剂合成硒化沙蒿多糖。Wei[38]等合成了具有预防和治疗阿尔兹海默症的海参多糖硒酸酯。红枣多糖[39]硒化修饰后，硒含量可达96.98 mg/g，经紫外光谱和红外光谱表征，产物中存在稳定的亚硒酸酯结构，结构表征证实了产物中Se=O键、Se-O键和Se-C键的存在。梁淑轩[40]合成了硒含量为832μg/g的枸杞多糖硒酸酯，进一步试验表明硒化修饰可显著提高枸杞多糖对Hela细胞的抑制作用。李梅林[41]用四氮唑蓝（MTT）法对枸杞多糖抑制人肝癌细胞（HepG2）增值活性进行评价后发现所有枸杞硒酸酯对HepG2细胞抑制作用均明显优于枸杞多糖，且与产物中硒含量成正比。沈伟哉[42]比较了大蒜多糖及硒化产物对过氧化氢诱导的大鼠嗜铬瘤细胞株（PC12）的保护作用，发现在浓度为2 000 μg/mL硒化前后的大蒜多糖均可时显著降低丙二醛（MDA）和乳酸脱氢酶（LDH）的含量，且硒化产物的作用更明显。

6 结语

多糖作为一种生物大分子物质，在生命体内发挥着重要的作用，它具有显著的生物学活性，可参与调节诸多生理机能。目前为止，对于多糖的化学修饰方法、机理已经越来越多的被研究和报道，采取适当的方法对多糖进行结构修饰，既能改善其理化性质，又能增强或改变生物活性。多糖类物质的结构修饰方法不断被提升和完善，使多糖及其衍生物发挥更广泛的实际用途。