植物多糖生物活性功能研究进展

张 琴，李美东，罗 凯，黄秀芳

（湖北民族大学生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000）

植物多糖又称植物多聚糖，指自然界中普遍存在的由许多相同或者不同的单糖α-或者β-糖苷键组成的聚合度超过10 个的化合物。天然植物多糖广泛地存在于植物体内，是植物体内重要的生物大分子，同时也是维持和保证生物体生命活动正常运转的四大基本物质之一，所以常被应用于食品、保健品和化妆品中［1］。

多糖与蛋白质的分类方法相似，其一级结构是糖基组成、排列，是高级结构的基础；二级结构是以氢键为主要二级键的多糖主链之间形成的规则构象；三级结构是以二级结构为基础，使二级结构在有序空间产生规律性的空间构象；四级结构是以二级结构为基础，形成非共价键聚集体［2］。研究表明，许多植物多糖均具有生物活性，包括调节免疫力、调节血糖血脂、抗肿瘤、抗辐射、抗菌抗病毒、保护肝脏等在内的保健作用［3］。本研究主要是对近几年植物多糖生物活性的研究进行综述，以期为后续的研究提供参考。

1 植物多糖的生物活性

1.1 抗氧化

植物多糖发挥抗氧化作用主要表现在以下两个方面：①对自由基的直接或间接清除作用；②提高抗氧化酶活性或降低氧化酶活性［4］。

1.1.1 清除自由基 正常情况下，机体氧化还原系统处于动态平衡，当机体处于应激、病理状态时，会产生羟基自由基（·OH）、超氧阴离子自由基（O2-·）和1，1-二苯基-2-苦味酰肼自由基（1，1-diphenyl-2-picryhydrazyl，DPPH·）等强氧化自由基［5］。超氧化物自由基可以直接攻击重要的生物分子，也能分解形成单态氧和羟基自基［6］。

DPPH·是一种很稳定的氮中心的自由基。羟自由基能杀死红细胞、降解DNA、细胞膜，植物多糖可能作为电子或氢供体清除羟基自由基［7］。超氧化物自由基是一种剧毒物质，可以通过光化学反应产生。Zhao 等［8］利用微波辅助提取百合多糖并对其进行了抗氧化活性评价，在0.2～1.0 mg∕mL的浓度下，DPPH·自由基清除活性随着多糖浓度的增加而增加；百合多糖对羟基自由基的清除能力呈浓度依赖性。低浓度时百合多糖的清除能力仅为28.84%，但随着浓度的增加，清除能力迅速增加。试验结果表明，百合多糖对单峰氧和羟基自由基的形成有明显的抑制作用，浓度越高越明显。Ren 等［9］研究了海草多糖的抗氧化活性，在浓度为0.4 mg∕mL 时，不同提取方法提取的海草多糖1 和海草多糖2 的DPPH·自由基清除率分别为95.23% 和90.80%，并且自由基清除率随着海草多糖浓度的增加而增加。结果表明，海草多糖具有较好的抗氧化活性，并且具有较强的提供电子和氢的能力。

1.1.2 调节相关酶活性 植物多糖可以通过丝裂原活化蛋白激酶∕核因子E2（MAPK∕Nrf2）信号通路促进细胞对Ⅱ相解毒酶的分泌，促进抗氧化酶的分泌及活性，降低机体或细胞内自由基水平，增强机体或细胞对氧化应激的抗性［4］。

黄芪多糖可显著改善超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）活性，并且能够通过增加EA.hy926 细胞中SOD 的表达和减少胞浆的过氧化作用来阻止细胞内氧化应激引起的ROS 的产生，从而保护细胞免受氧化应激损伤［10］。

1.2 降血脂

血脂是胆固醇、甘油三酯、磷脂与游离脂肪酸的总称。胆固醇过高会有患冠状动脉粥样硬化的危险，继而引发冠心病、血栓等心脑血管疾病，控制和降低血脂可减少心脑血管疾病发生的风险［11］。目前，临床上治疗高脂血症主要以洛伐他丁、非诺贝特等化学合成药为主［12］。长期服用会有不同程度的毒副作用，于是天然来源的降血脂物质就受到越来越多人的青睐。

植物多糖具有生物相容性良好、毒副作用少等特点。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。

Wang 等［13］对高脂饮食诱导的肥胖C57BL∕6 小鼠给予麦冬水溶性多糖喂养16 周。结果表明，麦冬水溶性多糖可通过增加耗氧量和能量消耗，在不抑制食欲或增加体力活动的情况下，减轻肥胖动物的体重和脂肪组织重量。麦冬水溶性多糖还可以改善血脂水平，减少瘦素分泌，减少肝脏脂质积累，增加肝脏脂质和能量代谢相关基因的表达，从而起到降血脂作用。Park 等［14］研究了岩藻聚糖是否在泊洛沙姆407（P407）诱导的高脂血症小鼠中具有降脂潜能。利用岩藻糖胶治疗2 h 后，在这些小鼠中急性给予P407 能显著降低血清总胆固醇、甘油三酯和LDL 胆固醇水平，增加HDL 胆固醇的水平，并且发现岩藻聚糖降低了成熟SREBP-2 蛋白在肝脏中的表达，随后降低了肝脏HMG-CoA 还原酶的mRNA表达，增加了肝脏LDL 受体的mRNA 表达。分析得出，岩藻多糖通过调节SRBEP-2 调节肝脏中胆固醇和甘油三酯合成关键酶的表达，来改善血脂水平。

1.3 免疫调节

植物多糖生物活性大分子具有调节机体免疫的功能，可增强机体细胞免疫及体液免疫功能，促进机体免疫器官的生长、激活免疫细胞、激活补体系统及释放细胞因子等免疫调节功能，从而使机体免疫平衡，维持自身生理动态平衡与相对稳定的生理功能。

植物多糖免疫调节作用的机制不是单一的，而是多环节、多靶点的对机体免疫功能进行调节，从而改善生物机体免疫力。植物多糖的免疫调节机制，涉及各种免疫细胞上的不同受体，并且对细胞间的信使分子有一定的调节作用［15-22］。表1 为植物多糖免疫调节的研究结果。

1.4 抗肿瘤

恶性肿瘤不断威胁人类的健康，在治疗肿瘤过程中，抗肿瘤药物持续被使用［23］。大多数药物在应用中，患者易出现不良反应，不良反应严重时会损害肝脏，不仅影响治疗效果，甚至对于肝功能不健全者可能会危及生命。植物多糖是从植物中提取的活性大分子，因其安全性高，又对肿瘤活性具有抑制作用，所以成为研究抗肿瘤药物方面的热点。

生物多糖对肿瘤的抑制作用主要通过2 个途径［24］：一是通过增强机体的免疫功能发挥间接作用；二是通过对肿瘤本身细胞代谢的影响发挥直接杀伤作用。小鼠体内试验结果发现，香菇多糖降低了偶氮甲烷∕DSS 诱导的肠炎相关性结肠癌（CAC）模型的肿瘤数量、炎性细胞浸润、非典型增生和核不典型。通过抑制toll 样受体4（tlr4）∕核转录因子-κB信号传导和结肠癌标志物（如癌胚抗原、细胞角蛋白8、ck18 和p53）在CAC 模型小鼠中的表达，还可能降低炎症前细胞因子IL-13、CD30 配体（CD30L）的表达［25］，从而起到抗肿瘤作用。

表1 植物多糖免疫调节

烧伤加铜绿假单胞菌感染的小鼠被给予香菇多糖后，可显著降CD4+CD25+Tregs 比例，导致香菇多糖治疗的非小细胞肺癌患者的炎症状态从Th2 转变为Th1［26］，并且通过抑制脂多糖触发erk-foxo1（胰腺beta 细胞团的关键调控因子）激活来改善烧伤后败血症［27］。体外试验中，火棘多糖以浓度100～1 000 μg∕mL 在乳腺癌细胞系中作用24 h 和48 h，不同剂量的火棘多糖对一种非肿瘤性人卵巢表面上皮细胞系hose 细胞的增殖没有明显的抑制作用，但可显著抑制hey 和skov3 细胞（人卵巢癌细胞株）的增殖［28］。在灵芝多糖体外对胃肿瘤细胞MKN45 和AGS 增殖、凋亡及周期的影响研究中，灵芝多糖100、200 mg∕kg 作用24 h 均可以有效促进胃癌细胞MKN45 和AGS 的凋亡，可以抑制AGS 胃癌细胞的细胞周期，使其停留在G1 期，停止生长［29］。金钱草多糖通过抑制细胞周期蛋白A1、细胞周期蛋白B1和CDK-1 的表达，增加p53（人体抑癌基因）、bax∕bcl-2B 比值的表达，诱导MCF-7 细胞（人乳腺癌细胞）的G2∕M 期停滞和凋亡，导致半胱天冬酶的激活和parp（半胱天冬酶的切割底物）的降解［30］。

1.5 降血糖

近年来，糖尿病发病率与死亡率日益增高，并且患病人群也逐渐由中老年人群转向年轻人群，已成为世界上继心、脑血管疾病和癌症后第3 个威胁人类健康的严重疾病［31］。

植物多糖具有多途径、多靶点、多向性、毒副作用小的药理优点，能够通过多种机制、多环节作用于糖尿病［32］。植物多糖降血糖的机制主要是增加胰岛细胞数量，促进胰岛素分泌或释放，增加胰岛素敏感性，改善糖代谢等［33］。

1.5.1 调节胰岛细胞 胰岛β 细胞是胰岛细胞的一种，胰岛β 细胞功能受损、胰岛素分泌绝对或相对不足，会使血糖升高，从而引发糖尿病，且胰岛β细胞癌变会生成胰岛素瘤［34］，引起血糖降低症状，而植物多糖可以增加胰岛β 细胞数量，增强胰岛β细胞活性。

南瓜干浆多糖腹腔注射四氧嘧啶诱导的糖尿病雄性ICR 小鼠。给药7 h 后，快速测定血糖、空腹血清素和肝糖原，南瓜多糖能显著提高肝糖原和胰岛素水平，表现出显著的降血糖作用。在体外试验中，南瓜多糖具有增强胰岛细胞增殖活性的潜力，且可以修复部分四氧嘧啶诱导的胰岛细胞损伤［35］。Chen 等［36］对麦冬多糖进行提取分离纯化及药效学研究表明，麦冬多糖能显著增加胰岛素的水平，而且能够修复注射链脲佐菌素造模对胰岛细胞的破坏，起到降血糖的作用。

1.5.2 调节胰岛素 目前，胰岛素是体内降糖的惟一一种蛋白质激素。胰岛素在其靶器官调控代谢和生长中，通过血液循环到达靶器官，在靶组织细胞上调节葡萄糖转运体蛋白的表达，提高机体对葡萄糖的利用，从而降低血糖。

玉米丝多糖可显著降低血糖和血清胰岛素水平，肝糖原含量降低，改善小鼠的糖耐量［37］。桑叶多糖可上调PDX-1（主要功能有指导胰腺的发育和分化，促进胰岛β 细胞增殖，抑制胰岛β 细胞凋亡，调节胰岛素基因等）mRNA 和蛋白的表达，恢复糖尿病大鼠胰岛细胞中PDX-1 的核质移位，改善胰岛素转录，促进胰岛素分泌，并且抑制肥胖症的特异靶基因-蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）的表达，激活PI3K-AKT（调控细胞的生长、增殖、迁移、存活以及糖代谢）通路，减轻高脂、STZ 诱导的2 型糖尿病大鼠肝脏氧化应激，有效地促进了肝脏葡萄糖代谢和胰岛素信号的正常化［38］。

1.6 其他

植物多糖生物活性功能多样，除了上述以大量文献证实的功能外，还具有其他活性功能。植物多糖具有抑菌的功效，翟娅菲等［39］探索了南瓜多糖对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌效果，证实了其具有明显的抑菌效果。李世杰等［40］利用牛津杯法测定茯苓多糖的抑菌活性，结果表明，其酶解产物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌产生较好的抑菌作用。植物多糖也可作为益生元，对某些有益的肠道微生物的生长和代谢具有调节作用。方磊涵等［41］在仔猪日粮中添加不同水平的绞股蓝多糖，仔猪肠道乳酸杆菌数和双歧杆菌数均明显提高，大肠杆菌数量明显降低。

2 展望

植物多糖种类多样、资源丰富，对机体具有多种调节功能，具有较大的开发意义。对于植物多糖活性功能的研究已比较成熟，但发挥其功能的机制受到植物多糖结构复杂、量效关系等的影响尚不完全清楚。今后，植物多糖生物活性作用机制的探究、复合多糖的调配、植物多糖保健产品的开发等会在未来新科技的帮助下得到快速发展。