硒多糖的来源、提取及其生物学功能研究进展

金贺伟， 闫如霞， 年 芳， 唐德富

（甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃兰州730030）

糖类包括单糖、低聚糖和多糖。多糖在自然界中广泛存在，是一种至少由10 种单糖通过糖苷键连接而成的多聚糖（Jiang 等，2019），具有抗肿瘤、免疫调节、抗病毒、抗衰老、降血糖和降血脂等广泛的药理活性（Zhou 等，2018）。 硒是人和动物体所必需的稀有元素，相关研究表明,硒具有提高免疫力、抗氧化、抗肿瘤等功能（Debojyoti 等，2018；Chandana 等，2018）。 硒不能由机体自主合成，只能从体外摄取（Xu 等，2006）。因此，对于人和动物机体而言，适量补充硒或食用硒显得尤为重要。天然植物的硒含量难以满足动物机体的营养需求，则需要通过富硒添加剂来满足。 自然界中硒有两种存在形式，即无机硒和有机硒。与亚硒酸钠等无机硒相比，硒多糖作为一种新型有机硒化合物，兼具硒和多糖的功能，且有较高的饲用价值，同时克服了硒难以吸收等弊端， 对生物体的毒性显著降低， 且显著高于硒和多糖的生物活性 （Sun 等，2016）。 因此，硒多糖引起了国内外研究者的普遍关注（Zheng 等，2017）。

1 硒多糖的来源

1.1 天然硒多糖 在富硒环境下，植物利用根和叶通过自身的生长代谢和生物转化将土壤中亚硒酸钠和亚硒酸盐等无机硒与多糖结合转换为天然有机硒， 不同植物对硒的积累能力不同。 Zou 等（2014）对富硒葛根采用叶面喷施亚硒酸钠水溶液（20 mg/L Na2SeO3）分离出硒多糖。目前，利用响应面法从富硒灰果多糖（Se-GP）、冬虫夏草SU-02菌丝体细胞内硒多糖 （ISPS）、 猴头菇和茶树菇SL-02 菌丝体硒多糖（MSPS）中提取含硒多糖的最佳工艺已有研究 （Liu 等，2016；Mao 等2014；Wang 等，2011；Luo 等，2010）。 在某些情况下，利用超声波、 微波等辅助技术提高了含硒多糖的提取率。 富硒黑木耳硒多糖提取率为11.79%，且提高了4.1%（刘春延等，2016）。Gu 等（2010）研究了从富硒茶中分离出的含硒多糖的表征及其体外抗氧化活性。

1.2 微生物富集硒多糖 王路瑶等（2019）利用生物发酵法生产根瘤菌胞外硒多糖（SEPS），分别利用摇瓶和10 L 发酵罐对其发酵条件进行了优化。 Xu 等 （2019） 研究表明， 利用乳酸乳球菌NZ9000 生物合成的多糖硒纳米颗粒（SeNPs）硒补充剂，具有抗氧化和抗炎活性。Sun 等（2017）将培养的鹅膏菌培养液加入发酵罐中，加入20 μg/mL亚硒酸钠，分离处理菌丝，然后从酵母菌丝体中提取富硒多糖。还有研究发现，香菇菌丝体能有效地从培养基中积累硒， 并且硒也被并入菌丝体多糖（Turlo 等，2010）。

1.3 人工合成硒多糖 多糖有羟基、酮基和醛基等官能团，能与其他化合物发生反应，即多糖的合成或硒化修饰成为可能。 硒化修饰制备硒多糖的方法主要包括硝酸亚硒酸钠、硝酸亚硒酸、冰醋酸亚硒酸、冰醋酸亚硒酸钠和氧化硒法等。 Eliza 等（2018） 将硒强化菌丝体在10 L 发酵罐中浸没培养，通过添加亚硒酸钠，合成了20 μg/mL 的硒化多糖。 Ru 等（2020）在苦瓜多糖存在下，用抗坏血酸还原亚硒酸钠，合成了平均分子质量（MW）为4.0038×104Da 的硒化多糖。 张超等（2019）采用硝酸－亚硒酸钠法， 在LBPP、LBPL 500 mg，Na2SeO3400 mg，温度70 ℃，时间6 h 的反应条件下枸杞多糖硒化修饰成功。 Li 等（2016）也通过亚硒酸钠-硝酸法成功制备硒修饰的葡甘露聚糖。Wei 等（2015）也合成了一系列红芪硒多糖（Se-RHP）衍生物。 Se-RHP 的有机硒含量从1.04 mg/g 增加到3.29 mg/g。 Zhu 等（2016）采用超声波辅助合成了蛹虫草硒多糖（SeCPS）。

2 硒多糖的提取与纯化分离

多数植物细胞壁比较牢固， 大多有脂质包围在细胞组织外，为了充分提取植物中的硒多糖，将植物主要富集硒多糖的部位进行预处理， 破碎植物细胞壁， 再在索氏提取器中用有机溶剂进行回流脱脂， 常用的有机溶剂有石油醚、 石油醚-丙酮、乙醚。 硒多糖提取一般采用热水浸提法、碱提法、微波法、超声法和酶解法，通常用水或者弱碱溶液提取， 因为酸性条件可能会导致硒多糖中的糖苷键断裂（Staaf 等，2000）。

提取后的粗硒多糖需进一步纯化分离。 将粗硒多糖进行脱蛋白和脱色纯化处理， 脱蛋白通常采用蛋白酶法、Sevag 法、三氟三氯乙烷法和三氯醋酸法，硒多糖脱色一般采用活性炭法、过氧化氢脱色法和弱碱性离子交换树脂脱色法。 将纯化后复杂的混合硒多糖再经过DEAE-celloluse52、Sephadex 或Sepharose 柱色谱分离便能得到单一的硒多糖（尚德静等，2001）。纯化分离的硒多糖纯度鉴定方法有高压电泳、超离心、高效液相色谱和凝胶色谱。需使用两种以上方法进行测定，以确保测定硒多糖纯度的准确性。

3 硒多糖的功能

3.1 清除自由基 羟自由基能够杀死红细胞，降解DNA、细胞膜和多糖化合物。 有研究发现，随着苦瓜多糖及其衍生物浓度的增加，对羟自由基的清除作用增强（Chen 等，2019）；另外，还可以通过增强抗氧化酶活性降低对机体的损伤。鹅侧耳含硒多糖能够提高超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，降低活性氧簇（ROS）水平，从而保护HaCaT 细胞免受H2O2诱导的氧化损伤（Sun，2017）。 硒化修饰能够显著提高枸杞多糖的体外DPPH 自由基、羟自由基、ABTS 自由基的清除能力，提高谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、超氧化物歧化酶（SOD）和总抗氧化（T－AOC）活性，降低丙二醛（MDA）含量（张超，2019）。 Liu 等（2020）调查了从苜蓿茎秆及其两种硒修饰产物（Se-APS2 和Se-APS3）中分离得到的三种新型多糖（APS1、APS2 和APS3），APS1-3 和Se-APS2-3 的清除活性随多糖浓度的增加而增加。当浓度为0.005 ～5.000 mg/mL 时，硒多糖对DPPH自由基的清除活性强于天然多糖。 当Se-APS2 和Se-APS3 的浓度为5 mg/mL 时清除率分别为88.1%和92.0%， 表明硒修饰多糖能显著提高其体外抗氧化作用。

3.2 保护神经活性 硒和多糖组合具有良好的神经保护活性， 其中硒多糖的自由基清除能力对其保护神经活性有一定贡献。 氧化应激被广泛认为是在神经退行性疾病发病机制中发挥潜在作用的一个因素（Niedzielska 等，2016）。含硒多糖可以增强硒依赖性酶的生物活性，清除羟基自由基，从而使得机体神经活性免受损伤。 从桔梗中分离的含硒多糖PGP1 预处理大鼠嗜铬细胞瘤细胞（PC12 细胞）可以抑制细胞活力的下降，降低细胞凋亡率，防止细胞膜损伤，并减少细胞内ROS 的形成（Sheng 等，2017）。 PGP1 具有抗氧化作用，即提高了SOD 活性， 降低MDA 和过氧化脂质（LPO）的生成。 月季含硒多糖（Se-RLFPs）具有较强的清除自由基活性， 能减轻H2O2诱导的SHSY5Y 神经母细胞瘤细胞氧化应激和凋亡， 证实Se-RLFPs 具有防治神经退行性疾病的作用（Liu等，2018）。 硒化红芪多糖（Se-RHP3）对Aβ25-35诱导的SH-SY5Y 神经母细胞瘤细胞氧化应激和凋亡也有保护作用（Wei 等，2015）。

3.3 增强免疫力 细胞免疫的状态（Thekisoe 等，2004）和细胞免疫功能的强弱（Wang 等，2009）是由淋巴细胞的增殖情况反映的。 一系列研究表明，含硒多糖可通过调节免疫系统和机体的生物反应，包括促进淋巴细胞吞噬和分泌一氧化氮（NO）及巨噬细胞因子，以及提高血清抗体滴度等，增强免疫活性。 硒化修饰使得天然多糖的免疫活性显著增强。与未改性的白术多糖相比，硒化的白术多糖和百合多糖能显著促进淋巴细胞增殖， 提高IFN-γ、IL-2和IL-6 的抗体滴度和含量（Hou 等，2016；Liu 等，2015）。 从天然当归中提取当归多糖（CAP）进行不同程度的硒化修饰，可显著提高CAP 免疫活性，其中以亚硒酸钠200 mg/500 mg·CAP、 反应温度70℃、反应时间6 h 的修饰效果最好（Qin 等，2013）。硒化还增强了淫羊藿多糖 （EPS） 和板蓝根多糖（IRPS）的免疫调节活性，表现为提高血清抗体滴度和促进淋巴细胞增殖（Li 等，2016）。

3.4 抗肿瘤 含硒多糖具有较强的抗肿瘤活性，其中所含硒发挥着重要作用。 Gao 等（2017）研究发现， 当归硒多糖可直接抑制肝癌肿瘤丝裂原活化蛋白激酶 （MAPK） 信号通路中多种蛋白 （p-ERK、p-JNK 及p-p38）的表达，降低由CCl4诱导的肝功能及组织损伤。富硒火棘多糖（Se-PFPs）在不改变体重的情况下显著增强了人乳腺癌细胞MDA-MB-231 对阿霉素的敏感性，证实Se-PFPs增强了阿霉素的抗肿瘤作用， 降低了其毒性作用（Yuan 等，2016）。 Sun 等（2018）也研究了富硒虫草的新型硒多糖的抗肿瘤活性。目前的研究证明，线粒体是调节细胞凋亡的关键途径 （Petit 等，2009；Murgia 等，2009）。用银杏硒多糖（Se-GBLP）处理T24 细胞48 h 可显著抑制细胞活力并以剂量依赖性方式诱导细胞凋亡（Chen 等，2017）。 硒修饰的葡甘露聚糖寡糖比无机亚硒酸钠和葡甘露聚糖寡糖具有更好的活性， 并通过线粒体途径诱导细胞凋亡来抑制肿瘤（Li 等，2020）。

3.5 抗炎 炎症是由于机体损伤、 微生物感染或者化学物品等引起的各种病理反应。活性氧簇会引发和维持炎症级联反应， 并诱导随后的组织损伤，而含硒多糖可能会减轻炎症。硒化海藻酸钠衍生的多甘露糖醛酸盐（Se-PM）可显著抑制脂多糖（LPS）激活的小鼠巨噬细胞RAW264.7 细胞中NO、前列腺素E2（PGE2）和ROS 的产生（Bi 等，2018）。 Se-PM 的抗炎作用主要来自对NF-kB 和MAPK 信号通路的阻断和抑制。 硒化白榆果胶多糖（Se-PPU）可抑制LPS 诱导的原代264.7 细胞NO 生成，Se-PPU 的抗炎活性随Se 含量的增加而增强（Liu 等，2017）。对LPS 诱导的炎症小鼠连续灌胃MSPS 后，不仅能降低前炎性细胞因子水平，还能促进抗炎细胞因子分泌， 抑制炎症， 减少细胞凋亡， 证明了MSPS 的抗炎和器官保护作用（刘敏，2019）。

3.6 其他 除以上功能外， 硒多糖还具有其他功能，包括抗衰老、肾保护、肺保护、抗骨质疏松和抗纤维化等。 茶树菇SL-02 含MSPS 通过提高D-半乳糖诱导衰老小鼠的SOD、GSH-Px 和T-AOC 活性，降低MDA 含量和总胆固醇（TC）水平，显示出抗衰老作用（Liu 等，2016）。 硒含量为0.1271 mg/g 的乌德曼陀罗菌丝体硒化多糖具有肾脏保护作用，表现为降低血清肌酐（CRE）、尿素氮（BUN）和尿酸（UA）水平，提高SOD、GSH-Px、钙转移酶（CA-T）和T-AOC 活性，降低肾脏髓过氧化物酶（MPO）活性以及脂多糖诱导的肾损伤小鼠的MDA 和LPO 含量（Gao 等，2018）。 MSPS 还具有肺保护作用，表现为降低血清补体成分3（C3）、C-反应蛋白（CRP）和γ-谷氨酰转肽酶（γ-GT）水平，提高肺组织中SOD、GSH-Px、CA-T 和T-AOC 的活性，降低LPS 致肺损伤小鼠的MDA 和LPO 含量（Gao 等，2017）。

4 总结

微量元素硒和多糖都具有独特的理化性质，对机体健康有许多有益的作用。 天然硒多糖可以从某些真菌、细菌和植物中获得，但来源狭窄，硒含量低。另外，经由生物转化过程获取富硒多糖一般耗时较长， 转化率低。 根据天然硒多糖构效关系，以此为模板，制备相应的合成硒多糖，可以实现硒多糖的产业化生产。 一般人工合成的硒多糖高于天然硒多糖的含硒量，具有抗氧化、保护神经活性、增强免疫力、抗肿瘤和抗菌等多种功能。 这些生物学功能在一些医学领域具有独特的应用价值， 但是目前还鲜见畜牧业将其作为新型饲料添加剂的研究报道， 可见硒多糖在未来发展中潜力无限。 当下关于含硒多糖的研究还需克服如下问题：（1）寻找天然富硒多糖和提高生物转化效率的鉴定方法是亟待解决的关键问题；（2）人工合成硒多糖的种类有限，潜在毒性鲜见报道，有待进一步研究；（3）研究硒多糖在饲料中添加比例，确定对畜禽的适宜添加量， 将其当作一种功能性饲料应用到畜禽养殖中， 为将来硒多糖在畜牧业中的应用提供理论依据。