当归多糖的化学结构、药理作用及构效关系研究进展

金阳，葛金环，刘思琦，陈建宁，李廷利

（黑龙江中医药大学，黑龙江 哈尔滨 150040）

伞形科植物当归（Angelicae sinensis）是常用传统中药，一般以黄棕褐色的圆柱形干燥根入药，广泛分布于世界各地，多用于妇女护理健康、保健、膳食补充和食物［1］。当归始载于《神农本草经》，具有补血活血、调经止痛、润肠通便等作用［2］，素有“十方九归”之称。当归多糖是一类天然高分子化合物，为当归主要活性物质，具有广泛药理作用，如促进造血功能、提高免疫能力、抗肿瘤、抗氧化等［3］，其丰富的药理活性与其结构特征密切相关。近年来，随着新技术不断涌现，当归多糖在提取分离纯化、活性机制、结构修饰等方面研究甚多［4］，但其药理作用研究大部分都只在药效学，很少有构效关系的研究。为促进当归多糖更深入地应用，本文对当归多糖化学结构及药理作用进行了系统性的整理和归纳，并探究其可能存在结构和生物活性的关系，为今后当归多糖的实验研究和临床应用提供科学依据，也可为当归的综合开发应用提供理论参考。

1 当归多糖的结构研究

当归多糖属于植物多糖，由至少10 个相同或不同的单糖以α-或β-糖苷键连接而成的聚糖，广泛存在于自然界植物体中。当归多糖根据其结构特点可分为两种类型：一类是同聚多糖，即由一种单糖重复组成的；二是杂多糖，即由两种或两种以上的单糖组成，如葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖等，但其组分主要以葡萄糖为主。当归粗多糖经分离纯化后，得到多糖APS-bⅡ，为白色粉末，此多糖为首次从当归中分离出来的一种多糖［5］。目前从当归中提取的多糖，主要以杂多糖为主，见图1，主要结构骨干是α（1，4）-Glc，相对分子量分布在5.1～2 300 kDa。其中活性多糖以水溶性多糖为主，多糖的理化性质和生物活性与单糖主链、单糖组成、相对分子质量、糖苷键的构型和位置、官能团、分支度等结构参数以及高级构象密切相关［6］。到目前为止，从当归中提取多糖见表1。

2 当归多糖的药理作用

2.1 抗肿瘤

目前，肿瘤主要通过化疗、放疗、手术等方式治疗，常用药物为顺铂等，但这些治疗药物会对身体产生严重的不良反应，容易让患者对药物产生耐药性，导致机体免疫系统受到抑制，使患者难以坚持治疗。因此，寻找新的肿瘤治疗药物是迫切需要解决的问题。中医学认为，防治疗肿瘤讲究扶正固本，可以通过直接促进肿瘤细胞凋亡或间接增强免疫功能来实现抗肿瘤作用。当归多糖的抗肿瘤作用在临床应用上具有显著疗效，并得到了高度认可。当归多糖抗肿瘤的作用具有多方位、多靶点的特点，一是通过增强机体免疫功能，如激活淋巴细胞和巨噬细胞、促进细胞因子分泌，发挥间接抗肿瘤作用；二是通过对肿瘤细胞内信号途径调节，抑制肿瘤细胞的生长、降低其迁徙力和黏附力，诱导细胞凋亡；三是通过联合用药，降低毒性增加疗效。当归多糖的抗肿瘤作用见表2。

表2 当归多糖的抗肿瘤作用

2.2 抗氧化作用

生物系统内的自由基是生命细胞的“杀手”，是机体利用氧气进行代谢反应时产生的一类具有高度生物活性且氧化性极强的化合物。正常情况下，机体维持着“氧化-抗氧化”之间的动态平衡，但当自由基或机体自身的抗氧化能力失衡时，则会导致细胞结构受到破坏，蛋白质和核酸变质，因此会加速机体衰老甚至诱发各种疾病。现代研究表明，当归多糖对体内自由基有较强的清除功能，调控高酚氧化酶活性、超氧化物歧化酶活性和谷胱甘肽过氧化物酶活性，缓解机体的氧化应激反应。当归多糖可提高机体组织的抗氧化能力，使机体免受氧化应激损伤，同时对美容和延缓衰老也具有十分重要的意义。目前，在当归中分离发现一株内生真菌——微生物胞外多糖（EPS），是一种新的天然抗氧化剂［26］。当归多糖的抗氧化作用见表3。

表3 当归多糖的抗氧化作用

2.3 免疫调节

当归多糖及其衍生物能够激活免疫系统，对机体的非特异性免疫和特异性免疫（体液免疫和细胞免疫）均有促进作用［39］，其既能明显增强非特异性免疫中吞噬细胞的吞噬和摄取能力，又能提高血清中抗体的水平，增强小鼠体液和细胞免疫的能力，促进小鼠脾淋巴细胞增殖反应。最新研究表明，多糖因其较强的免疫调节能力以及生物可降解和低毒性等特点，为开发新型多糖免疫增强剂奠定了基础。当归多糖的免疫调节作用见表4。

表4 当归多糖的免疫调节作用

2.4 造血作用

再生障碍性贫血（AA）是由多种原因引起的骨髓造血衰竭综合征，该疾病的主要表现特征是全血细胞减少，其发病机制与造血干细胞功能损伤或数目减少、造血微环境损伤及微环境中基质细胞损伤导致的正、负造血调控因子表达异常有关。当归多糖能通过直接或间接途径促进造血干细胞和造血祖细胞增殖分化或促进其他造血生长因子、提高外周全血细胞数量、改善造血微环境等多种造血环节来促进机体造血，从而达到补血效果［40］，治疗贫血有一定的疗效。当归多糖的造血作用见表5。

表5 当归多糖造血作用

2.5 保肝作用

肝脏作为人体最大的消化腺和主要的排毒器官，有新陈代谢、造血、凝血、免疫调节和解毒等多种功能。近些年由于药物不当使用和饮酒过度等原因，使肝脏细胞损伤过度，机体失衡，导致肝脏类疾病发生逐渐增高。当归多糖可以清除自由基，提高抗氧化活性，使肝细胞膜结构恢复，从而对肝损伤、酒精性肝病、肝功能的异常等各种肝脏疾病的治疗具有显著疗效。当归多糖的保肝作用见表6。

表6 当归多糖的保肝作用

2.6 其他作用

当归多糖结构多样，生物活性丰富，对机体还有其他的作用。研究表明，当归多糖还具有抗病毒、防辐射、肾脏保护等多种生物活性。当归多糖的其他作用见表7。

表7 当归多糖的其他作用

3 当归多糖的构效关系

3.1 当归多糖的结构与其生物活性的关系

研究证明，多糖结构组成对其生物活性的影响更大［57］。孙元琳等［58］研究了支链中性糖、酯化度和半乳糖残基对当归多糖（ASP3）辐射防护功能的影响，结果表明，毛状区的中性糖支链主要起到ASP3 的辐射防护作用，光滑区的半乳糖醛酸主链也有调节作用。同时，不同酯化程度会引起不同空间构型，从而影响ASP3 的辐射防护功能。WASSER S［59］提出，具有抗肿瘤活性的多糖至少具有（1→6）-β 分枝、（1→3）-β-D-葡聚糖主链、三螺旋结构。DEMLEITNER S等［60］提出，（1→3）-β-糖苷键的连接是具有抗肿瘤活性多糖的必须结构，与相对分子质量的大小无关。WLAB C 等［24］研究发现，APS-2I可直接与半乳糖凝集素-3（Gal-3）结合，这种结合作用导致Caspase-9 和Caspase-3 途径激活，从而诱导Gal-3 高表达的白血病细胞凋亡，其发挥作用可能与APS-2I的结构1，4-GalpA、1，3Rhap、1，2，6-Galp、1，6-Galp 和1，2-Manp的骨架和含有Taraf、1，4-Galp、1，3-Araf、1，5-Araf、1，3，5-Araf 和1，6-Galp 的分支密切相关，该实验进一步证明了多糖活性由糖链结构决定，与分子量大小无直接关系。YU Z 等［61］发现当归中分离可得到水溶性酸性杂多糖（ASP），其一个骨架由（1→3）联系Galp，（1→6）联系Galpand 2-OMe-（1→6）联系Galpand GlcpA 和Araf 终止，所有Arafand 大多数Glcpare 分布在分支。研究结果显示，ASP 能抑制HepG2、MCF-7 和A549 细胞的增殖，进而达到抗肿瘤疗效。

3.2 当归多糖的分子量与其生物活性的关系

分子量的高低与当归多糖的活性密切相关，当归多糖分子量不同，其生物活性也不同。孙元琳等［72］通过三氟乙酸（trifluoroacetic acid，TFA）对当归多糖（ASP3）进行水解，获得了组成相近相对分子质量较高的多糖（ASP3-PH），与ASP3-PH 相比，高分子量的ASP3的辐射防护活性更高，这可能与当归多糖的空间结构和高分子量密切相关。单俊杰等［43］采用4 种不同浓度乙醇对当归多糖进行降解，研究不同聚合度的当归多糖组分对小鼠脾淋巴细胞增殖及诱生IFN-γ 的影响，发现降解后多糖AP-Ⅰ和AP-Ⅱ组分分子量较大，增强了其免疫活性。

3.3 当归多糖的糖醛酸残基与其生物活性的关系

多糖的糖醛酸残基与其理化性质密切相关，可改变多糖的溶解性。YANG X B 等［29］从当归水溶性多糖（CAP）中分离得到的APF1、APF2和APF3，这三种多糖的糖醛酸键具有稳定和耐热水解的特性，热稳定是APF2 ＞APF1 ＞APF3 ＞CAP，其中发现APF2 的糖醛酸含量较高，因此，APF2体现出较高的热稳定性和免疫刺激活性，是一种潜在的新型免疫刺激剂。SHANG P等［73］对当归4 种多糖（AP-0、AP-1、AP-2、AP-3）在体外肿瘤细胞侵袭转移作用进行了探究，发现含高含量糖醛酸的AP-0和AP-3对肝癌细胞侵袭转移有较强的抑制作用。

3.4 当归多糖通过化学修饰引入不同官能团对其生物活性的影响

硫酸化、磷酸化、硒化、乙酰化、羧甲基化等方法是对当归多糖进行化学修饰的常用方法，是通过对多糖糖残基上的羟基、羧基等官能团进行修饰，从而获得生物活性较好的多糖衍生物，其中以硫酸化和硒化最为常见。QIN T 等［41］认为硒化当归多糖具有硒和多糖的双重药理活性，发挥生物活性主要与其硒和多糖的含量有关，硒多糖增强免疫活性依赖于最佳硒和碳水化合物含量。实验结果表明，sCAP2L 的活性最强，这可能是由于其硒和碳水化合物CAP2L含量最佳所致。许多研究认为硒化当归多糖有望成为新型免疫增强剂的组分药物。研究发现［74］多糖经硫酸化修饰后，其对DPPH 机体自由基、超氧自由基（·O2-）和羟基自由基（·OH）的清除率可以得到提高。也有研究发现，通过对当归多糖硫酸化修饰前后总还原能力和清除羟基自由基能力无明显增强，这可能是由于不同体系产生自由基的机制不同，以及多糖结构在硫酸化过程中被破坏造成的。YANG T 等［57］研究发现APS 经硫酸化生成的APS-1 具有明显的抗病毒活性和提高机体免疫功能，认为APS-1可能是一种潜在的新型抗病毒药物。

3.5 当归多糖的不同单糖组成和含量与生物活性的关系

有研究表明［29］，在APF1、APF2 和APF3 中，发现3个多糖组分中主要糖类在不同的多糖组分之间存在差异。APF1 主要由阿拉伯糖组成，最高可达53.4%；APF2 的主要糖类为阿拉伯糖（38.1%）和半乳糖醛酸（25.7%）；APF3 是一种主要由半乳糖醛酸（32.2%）组成的高酸性多糖组分。然而，笔者发现富含半乳糖醛酸的多糖组分在所有测试参数中都表现出较高的活性，这种单糖组成的差异可能有助于对H2O2损伤的巨噬细胞的保护和抗氧化作用。周涛［23］研究发现SASP和JASP-1A 对羟基自由基和DPPH 自由基均有一定的清除能力，但SASP 的抗氧化作用远大于JASP-1A，这与SASP 中阿拉伯糖含量较高有关。LI H Y 等［64］探讨不同当归产物中的多糖（ASTP、ASTUP、ASJP和ASYP）体内保肝作用的“构-效”关系，发现ASTP、ASTUP、ASJP 和ASYP 的组成主要是L-阿拉伯糖，其中ASTP中的阿拉伯糖含量最高，多糖的组成不同决定其结构特性，而结构特性决定其保肝作用。

4 展望

多糖是比蛋白质、核酸等生物大分子所携带的结构信息更多的一类极性大分子［74］。广泛存在于动物、植物、真菌和微生物体内［75］。在自然界中，多糖是最丰富的生物聚合物之一，在生物体和细胞的生命活动中发挥着重要作用，具有广泛的生物活性。由于单糖组成和结构均存显著差异，多糖在自然界中多以混合物的形式存在。已经获得近300 多种纯度和质量较高的天然糖类化合物，在科研和生活中被广泛应用，例如常用于科学研究的大肠杆菌脂多糖，作为药物的茯苓多糖、香菇多糖、枸杞多糖等。

当归多糖作为当归中的主要生物活性物质之一，具有毒副作用小，安全性好等优点。当归总多糖包含果胶多糖、中性多糖和弱酸性多糖。但是天然当归多糖由于产率低、分离纯化复杂等问题，致使现有的研究主要是针对当归的杂多糖或衍生物的生物活性。当归杂多糖是由阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖组成。现代药理研究表明，当归多糖不仅可以增强机体免疫功能、抗氧化等作用，还可以减轻人体重要器官的异常病变，具有抗肿瘤、防辐射、保肝等许多药理活性，应用价值巨大。深入探究当归多糖的结构是研究其生物活性的前提，不仅有助于其作用机制的深入研究，还有助于开发更加有效的类似物或者衍生物作为相应疾病治疗的新型药物。目前，当归多糖的结构特征和药理活性之间的构效关系处于初步探讨阶段，仍需要大量实验进行补充验证。为使当归多糖的化学成分及药理活性有更全面的了解，推动我国中药当归资源的开发利用，同时拓展研究当归多糖衍生物新功能，还需广大科研人员共同探索和努力。