刺五加多糖的提取工艺及活性研究进展

高世勇，唐博琪，石佳，魏新瑞，谭慧心

（1.哈尔滨商业大学药物工程技术研究中心，黑龙江 哈尔滨 150076；2.哈尔滨医科大学附属第四医院药学部，黑龙江 哈尔滨 150001）

刺五加[Acanthopanax senticosus (Rupr.Maxim.)Harms]属于五加科五加属植物，主要分布于黑龙江、吉林、河北和山西等地，在中国东北部地区较为常见，也分布于俄罗斯、日本以及朝鲜地区。其性温，味辛，有益气健脾、补肾安神的功效。现有的研究报道显示，刺五加含有皂苷类、黄酮类、多糖类、香豆素类和木脂素类等多种活性成分。近期查阅文献发现粟杰等[1]首次从刺五加中提取到异落叶松脂醇和异落叶松脂醇等11种新的化合物[1]。现代药理学显示刺五加具有调节免疫、治疗心血管系统疾病、抗炎、抗肿瘤和抗氧化等药理学作用。目前，对于刺五加的研究主要集中在刺五加成分的分离和提取等方面，但对刺五加多糖的工艺研究和药理作用等方面的研究报道较少。因此，探究刺五加多糖的提取工艺以及药理学作用具有广阔的前景。

多糖是维持机体正常运转的基础物质，其分子量较大，化学结构较为复杂。近年来，研究人员对植物多糖抗肿瘤方向的研究较多，与此同时，还发现其具有抗炎、抗氧化、免疫调节和肠道保护等多种生物活性，因此对其进行深入地研究对人类的生命健康以及未来保健食品与药品的开发具有重要意义。多糖是刺五加所含的主要化学成分之一。本文对刺五加多糖的化学成分、提取工艺和药理学作用等研究现状进行了综述，并且其未来发展进行展望，旨在为刺五加多糖的深入研究以及应用提供一定科技支撑。

1 刺五加多糖的理化性质

刺五加多糖为深灰色固体粉末，质地较轻，易溶于水[2]。刺五加不同部位的多糖含量有较大差异，胡勇超等[3]发现刺五加果实中多糖含量最高，其次为茎、叶、根。刺五加多糖也是刺五加活性成分中含量较高且分布较广的成分之一。从刺五加中分离出5 种水溶性多糖和2 种碱溶性多糖，分别占刺五加总量的2%~6%和2.3%~5.7%[4,5]。我国学者从刺五加中提取到了刺五加多糖PES、ASPB、ASPF、ALP-1、中性糖ASPN 和酸性糖ASPA 等[4,6]。研究显示，刺五加多糖的分子量较小，尤其是在刺五加根茎中分离纯化后得到的多糖，分子量在100kDa 以下。从酸性糖ASPA 纯化得到的多糖ASPA-1-A 和ASPA-1-B 都含有RG-I、AG 和XGA型果胶结构域。ASPF 中提取的多糖结构也是类似于果胶类。

多糖中的单糖组成决定其空间结构以及生物活性。分析刺五加多糖中的单糖组成，常采用高效液相法或气相色谱法。白也明[2]通过水提醇沉法从刺五加根茎中提取刺五加多糖，高效液相色谱法分析其单糖组成，结果显示刺五加多糖主要是由半乳糖、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖醛酸及鼠李糖组成。佟潇禹[7]采用相同的方法检测刺五加果实中提取的多糖中的单糖组成，得出单糖组成与白也明的结果相同，单糖的摩尔比为0.56:1.5:3.62:1:4.45:3.9。李利红等[8]采用柱前衍生化GC-MS 法测定刺五加多糖的单糖组成，结果显示主要是由木糖、阿拉伯糖、半乳糖以及葡萄糖组成，且在刺五加多糖中木糖以及半乳糖的含量远远高于阿拉伯糖和葡萄糖。Meng等[9]研究发现刺五加多糖是由葡萄糖、阿拉伯糖、木糖以及甘露糖组成的。虽然文献报道对刺五加多糖中单糖的组成以及组成比例不统一，但是总体表明刺五加多糖是由木糖、半乳糖、阿拉伯糖以及葡萄糖组成，不同文献报道结果不一致可能是由于刺五加产地不同、多糖提取方法不同以及纯化和检测方法不同所导致的。

2 刺五加多糖的提取工艺

2.1 回流提取法

由于多糖具有极强的亲水性，因此回流提取方法常采用水作为溶剂。于淼等[10]采用水提醇沉法对刺五加根废弃物中的多糖进行提取，在单因素实验基础上结合了响应面法对提取工艺进行优化，结果显示，刺五加根废弃物中多糖的最佳提取工艺为在80℃时，料液比为1:21 条件下提取1.5 h，在此工艺下提取3 次的平均得率为10.14%，与理论最优方法得率相近，提示该提取方法可靠。

2.2 煎煮法

李利红等[8]通过煎煮法比较了水提取法以及碱水提取法得到的多糖提取率以及总糖的含量，实验结果显示，水提取法多糖得率较碱水提取法高，但总糖含量低于碱水提取法，最终确立了刺五加多糖的最佳煎煮方法为碱水提取法。

2.3 超声辅助提取法

与传统的回流法及煎煮法相比，超声提取法具有提取效率高和提取时间短等优点。李俊萍等[11]采用超声提取法对17 个不同产地的刺五加进行了多糖的提取，最终建立了刺五加多糖的最佳提取工艺：在料液比1:10 的条件下，55℃提取30 min，17 个不同产地的刺五加多糖的提取平均产率可以达到4.36%，结果提示该提取工艺方法可行。

现有文献报道对刺五加多糖的超声波辅助提取法的提取条件不同，所得到的多糖提取率相差较大。刘冉等[12]采用超声波辅助提取法对刺五加多糖的提取方法进行单因素与正交实验，实验结果表明，在料液比为1:40、80%的甲醇浓度下提取60 min，所得的刺五加多糖的提取率高达16.35%。

在不同的超声辅助提取法条件下，刺五加多糖的提取率有很大的差异，这除了与刺五加的产地不同有关，还与刺五加多糖的提取工艺路线有关，日后的研究可以关注提取工艺的优化方面，与此同时建立完善的质控标准也很重要。

2.4 微波提取法

与传统的回流以及煎煮法相比，微波提取法具有缩短提取时间、节省提取溶剂和提高多糖提取率的优点。张小飞等[13]采用微波提取法对刺五加中的多糖进行提取，在单因素实验的基础上结合Box-Behnken 响应面法对刺五加的多糖提取工艺影响较大的微波提取时间、微波功率以及料液比因素进行了考察，结果显示，料液比为1:25 时，450 W 的微波功率下提取22.5 min为刺五加多糖的最佳提取工艺，平均提取率为1.52%。

传统方法提取刺五加多糖是采用煎煮法，但是该方法耗时，并且提取率较低。目前，回流提取法是最常见的刺五加多糖提取方法，该方法简单方便、提取条件温和，但是不适用于含纤维素较多的植物。微波提取法以及超声辅助提取法提取刺五加多糖具有耗时低、效率高、节约能源和不破坏有效成分的优点，逐渐成为工业生产上常用的刺五加多糖提取方法。

3 刺五加多糖的分离纯化

从植物中获得的多糖带有的电荷和化学性质等均有差异性，对于植物多糖的纯化是通过多糖级分的不同，最终分离得到相对均一的级分。经过上述提取方法得到的为刺五加粗多糖，含有蛋白质、无机盐和色素等杂质，为了不影响刺五加多糖的纯度以及后续相关结构的分析研究，应该将刺五加粗多糖进行分离纯化，主要进行去蛋白及去色素分离纯化。刺五加多糖除蛋白法常采用Sevag 法，该方法条件较温和，并且对多糖结构的影响较小，但是纯化时需要反复处理，影响最后得率。李天金等[14]发现用双氧水处理刺五加粗多糖时，可能会和多糖中的成分发生反应，最终造成多糖的得率较低，用5 种不同树脂纯化刺五加粗多糖，用去色素、去蛋白以及多糖的保留率指标作为参考，最终认为D941 树脂对刺五加多糖的去色素及去蛋白的效果较好。目前，对于刺五加多糖的纯化常根据多糖所带电荷的不同，采用离子交换层析法对其纯化。Hu 等[15]人将提取到的刺五加多糖ABPS 在纤维素DEAE-52 柱进行纯化，得到ABPS-1 和ABPS-2 两个级分；将刺五加多糖ALP在纤维素DEAE-52 柱进行纯化，得到ALP-1级分[5]。

4 刺五加多糖的生物活性

4.1 抗肿瘤作用

目前，很多研究报道显示天然植物中的多糖具有抗肿瘤作用，如三叶青多糖[16]、半枝莲多糖[17]和车前子多糖[18]等。通过查阅文献可发现，刺五加多糖也被证实具有抗肿瘤作用，具体机制如下。

4.1.1 诱导细胞凋亡 Bcl-2 作为检测肿瘤细胞凋亡水平的重要蛋白，它的表达对肿瘤的发生发展有重要意义。陈靖昀等[19]研究发现刺五加多糖可以抑制CD133阳性肿瘤干细胞的增殖，通过Western Blot 法发现该作用可能与刺五加多糖影响细胞存活促进因子Bcl-2以及程序性死亡受体PD-L1 的表达有关；靳祎等[20]研究发现刺五加多糖对宫颈癌HeLa 细胞增殖具有抑制作用，通过流式细胞术发现，HeLa 细胞给予刺五加多糖干预后，早期凋亡率提升，免疫组化法检测结果显示存活素（Survivin）蛋白表达量下降，提示刺五加多糖可能通过诱导肿瘤细胞凋亡，影响Survivin 蛋白表达实现抗肿瘤作用。

4.1.2 诱导细胞周期阻滞 细胞的顺利增殖是依靠细胞从细胞周期的上一阶段进入到下一阶段实现的，阻滞细胞周期，可以抑制肿瘤细胞的增殖，对抑制肿瘤的生长及发展有重要意义。闫永鑫等[21]研究发现，刺五加多糖可以阻滞人小细胞肺癌细胞NCI-446 细胞的G2/M 周期，且可能是通过激活ERK1/2 来实现的，但具体机制还需要进行深入研究。

4.1.3 抑制细胞侵袭迁移 Wnt/ catenin 信号转导通路在肿瘤细胞的增殖分化、侵袭及转移等病理过程中发挥重要的作用，参与肿瘤细胞的生存及发展。SUN等[6]研究发现刺五加多糖对人非小细胞肺癌细胞NCIH520 具有增殖抑制作用，并可抑制NCI-H520 细胞的侵袭及迁移，影响Wnt 3a及E-cadherin等Wnt/ catenin信号通路蛋白的表达。结果提示刺五加多糖抑制肿瘤细胞的侵袭以及迁移可能是通过影响Wnt/ catenin信号通路实现的，但目前对于其他侵袭迁移通路研究较少，这也提示可探究刺五加多糖对于其他侵袭迁移通路是否有影响。

4.1.4 其他抗肿瘤的作用机制 周丽菁等[22]研究发现将刺五加多糖灌胃给予Lewis 肺癌实体瘤模型小鼠后，小鼠的胸腺以及脾脏指数均有上升，并且刺激IL-6、TNF- 和IL-1 的分泌，通过实时定量PCR 以及Western blot 法对TLR4 信号通路的关键蛋白进行检测，发现刺五加多糖可通过影响TLR4 信号通路抑制Lewis 肺癌实体瘤小鼠的肿瘤生长；Mend 等[9]研究发现，将刺五加多糖给予S180 移植瘤小鼠后，小鼠体内的IL-2、IL-12 水平显著降低，给予H22 移植瘤小鼠后，小鼠体内INF- 水平显著上升。刺五加多糖的抑制肿瘤作用可能是通过调节免疫相关蛋白、免疫因子以及相关炎性因子实现的。

刺五加多糖抗肿瘤的机制主要集中在诱导肿瘤细胞凋亡、影响机体免疫及肿瘤细胞周期和抑制肿瘤细胞侵袭及迁移等方面，但更深入的机制研究较少，且多数都是体外研究，缺乏动物体内实验验证。

4.2 抗炎作用

孟庆龙等[23]将小鼠作为实验对象，对其进行耳廓肿胀、足趾肿胀以及肉芽肿实验模型的造模，给予刺五加多糖进行治疗，通过肿胀抑制率以及体内炎性因子水平来评估刺五加多糖抗炎的效果，实验结果表明刺五加多糖高（200 mg/kg）、中（100 mg/kg）剂量组可以显著降低小鼠耳廓的肿胀程度，刺五加多糖高剂量组（200 mg/kg）可以显著降低小鼠足趾的肿胀程度，刺五加多糖高（200 mg/kg）、中（100 mg/kg）、低（50 mg/kg）剂量组均可显著改善肉芽的湿重及干重，刺五加多糖高、中和低剂量组模型小鼠体内的炎性因子（TNF- 、IL-6 等）水平均有下降，实验结果提示刺五加多糖具有抗炎作用。张娜等[24]用小鼠作为载体，建立免疫性肝损伤的模型，观察其体内及组织内的炎性因子水平，实验结果显示小鼠体内的炎性因子活性显著降低，炎性因子分泌减少，刺五加多糖发挥抗炎作用可能是通过调节NF- B 信号通路实现的。

4.3 其他药理学作用

4.3.1 改善糖尿病作用 张海燕等[25]研究结果显示刺五加多糖对2 型糖尿病具有一定的改善作用。将刺五加多糖给予2 型糖尿病模型的大鼠后，高（240mg/kg）、中（120 mg/kg）剂量组大鼠的多饮、多尿、多食的状况以及氧化应激、糖脂代谢指标得到了明显的改善，葡萄糖转运蛋白-4、胰岛素受体底物2、过氧化物酶体增殖物激活受体、磷脂酰肌醇3-激酶和磷酸化Akt 蛋白表达水平显著上升，实验结果提示刺五加多糖可以改善氧化应激以及糖脂代谢水平，并且高、中剂量组能充分激活胰岛素信号通路，最终达到治疗糖尿病的效果。

4.3.2 抗疲劳作用 盛瑜等[26]研究发现北虫草和刺五加的组合物质具有抗疲劳作用，该组合物质提高机体的糖原储备以及抗氧化活力，降低体内的无氧酵解、分解蛋白质供能，这可能是通过激活蛋白激酶B/糖原合成酶激酶/葡萄糖转运子4 信号通路实现的。

4.3.3 抗氧化作用 Xia 等[27]从刺五加叶中提取出ASP-B2、ASP-B3 两种果胶多糖，通过测定两种多糖对DPPH、羟基自由基的清除能力以及还原能力，评估两种多糖的抗氧化活性，实验结果显示在0.5~2 mg/mL的浓度下，二者均表现出较强的DPPH 自由基清除活性，在2 mg/mL浓度下，活性接近于抗坏血酸（VC）；在0.5~8 mg/mL浓度下，ASP-B3 对羟基自由基的清除能力高于ASP-B2，在8 mg/mL 浓度下，二者的活性接近于VC；通过还原能力检测，发现二者的还原能力较弱。Hu 等[4]发现，刺五加果实中提取的多糖其抗氧化活性，与取代基的官能团类型有很大的关系，通过引入供氢或供电子能力强的官能团，可以大大提高其在体内的抗氧化活性。结果提示刺五加多糖可能具有抗氧化作用，未来可以作为一种新型的抗氧化剂，作为新型的食品添加剂或药品原料，应用于疾病的预防与治疗。

4.3.4 免疫调节作用 孙守坤[28]将ICR 小鼠作为载体，采用环磷酰胺制造免疫抑制模型，给予刺五加酸性多糖，通过检测与免疫相关指标来评估刺五加酸性多糖的免疫调节作用，实验结果显示，刺五加多糖可以提高免疫因子水平和抑制淋巴细胞凋亡，这可能是刺五加多糖发挥免疫调节作用的机制。

5 展望

对于刺五加多糖的提取、纯化，研究人员进行了相关的基础研究，但是查阅文献发现从刺五加内提取纯化出的多糖种类较少。近年来，随着刺五加的药理作用被挖掘，刺五加多糖未来在抗肿瘤等方面具有巨大的潜力而进入大众的视野。通过查阅文献发现，刺五加多糖具有一定的抗氧化作用，未来刺五加多糖可作为一种新型的天然抗氧化剂来使用。但是，就目前的研究现状来看，还有值得我们研究的方面。首先，从刺五加中提取出了多糖成分，但是对于多糖的构效关系方面缺乏实验研究；其次，刺五加生物活性实验，有些还是需要进行体内实验的；最后，刺五加属于药食同源类的天然产物，怎样合理地开发利用、是否需要进行保护以及如何保护也是值得我们思考的问题。因此，未来我们可以针对上述问题开展进一步的研究。目前，对刺五加的研究主要集中于其根、茎和叶，对于浆果的开发及利用较少，而研究显示刺五加果实是含多糖类成分最多的部位，这就提示我们要重视刺五加果实的利用。随着生活水平的提高，人们开始注重养生保健，刺五加多糖的药理学作用有很多，然而刺五加多糖的保健制剂却很少，未来可以开发关于刺五加多糖类的相关保健制剂。