植物多糖的研究进展

植物多糖的研究进展 11食品科学余勇 11720525 摘要:植物多糖具有多种生物活性,近年来已成为研究热点。本文综述了植物多糖的提取分离、结构鉴定的方法及其主要生物活性,并展望了其发展前景。 关键词:植物多糖提取分离生物活性 多糖是普遍存在于自然界中的由许多相同或不同的单糖通过糖苷键连接在一起的多聚化合物,是维持生命活动正常运转的基本物质之一。根据单糖的组成可分为同多糖和杂多糖。同多糖指由相同单糖构成的多糖,如淀粉、纤维素等;杂多糖由不同的单糖组成,结构上还可能与蛋白质或者核酸等结合形成结合型多糖。植物多糖是多糖的重要组成部分。植物多糖在早期的天然产物化学研究中,因活性不明显,常作为无效成分弃去。由于生物学、化学等学科的飞速发展,自2O世纪8O年代来,人们对植物多糖的生物活性有了新的认识。科学实验研究显示,植物多糖具有许多生物活性功能,包括免疫调节、抗肿瘤、降血糖、降血脂、抗辐射、抗菌、抗病毒、保护肝脏等,且对机体毒副作用小。因此,对植物多糖的研究开发已成为医药保健品行业热门领域。如香菇多糖、灵芝多糖、云芝多糖已在国内临床上广泛应用。而其他一些植物多糖正在深入研究,如桑黄多糖、猪苓多糖、人参多糖、枸杞多糖等。 1 植物多糖的提取、分离和鉴定 1.1 植物多糖的提取 多糖是极性大分子,所以从植物中提取多糖,一般采用不同温度的水稀碱或稀盐溶液提取。由于水提时间长且效率低,酸碱提易破坏多糖的立体结构及活性。因此,发展高效,维持多糖结构和生物活性的方法至关重要。涂国云等采用酶法提取多糖,即采用复合酶一热水浸提相结合的方法,复合酶多采用一定的果胶酶、纤维素酶及中性蛋白酶,此法具有条件温和、杂质易除和提高效率等优点。同一原料,分别用水、酸、碱、盐或酶法提取,所得多糖往往是不同的。 1.2 植物多糖的分离纯化 利用不同多糖分子大小和溶解度不同而分离。常用季铵盐沉淀法和有机溶剂沉淀法。如安络小皮伞粗多糖的纯化方法,在多糖溶液中加入不同浓度乙醇溶液。得到多个多糖;还可用葡聚凝胶(Sephadex)琼脂糖凝胶(Sepharose)以不同浓度的盐溶液和缓冲溶液作为脱色剂,采用凝胶柱层析法使不同大小的多糖分子得到分离纯化,但该方法不适宜粘多糖分离。 另外还可用交换剂为DEAE一纤维素和ECTEOLA一纤维素。洗脱剂用不同浓度碱溶液、硼砂溶液、盐溶液,具有可吸附杂质、纯化多糖的优点.并适用于分离各种酸性、中型多糖和 粘多糖。 1.3 植物多糖的鉴定 多糖的纯度不能用通常化合物的纯度标准来衡量。因为即便是多糖纯度品,其微观也并非均一的。仅代表相似链长的多糖分子的平均分布.通常所谓的多糖纯品也只是一定相对分子量范围的均一组分。目前常用于多糖纯度的鉴定方法有:凝胶层析法、电泳法、旋光度法、色谱法等。通常要确定某一多糖的均一性。必须要有两种方法以上的鉴定结果才能确定。 2 多糖的结构与测定方法 多糖与蛋白质一样,也有一~四级结构。一级结构指糖基的组成,糖基排列顺序,相邻糖基的连接方式,异头碳构型以及糖链有无分支,分支的位置与长短等;二级结构指多糖主链间以氢键为主要次级键而形成的有规则构象;三、四级结构是指以二级结构为基础,糖单位之间的非共价相互作用,导致二级结构在有序的空间产生有规则的构象。多糖糖链的结构测定包括纯度测定,相对分子质量测定,单糖组成鉴定,糖连接位置测定,糖链连接顺序测定和糖苷键构型及氧环的测定。 分析多糖一级结构的方法很多,主要为3大类,(1)化学分析法:主要有水解、高碘酸氧化、Smith降解、甲基化反应等;(2)仪器分析法:与化学分析法相比,仪器分析法具有快速、准确、灵敏、操作方便等优点,是糖链分析不可缺少的手段。主要有紫外光谱法、红外光谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、质谱法、核磁共振法等。除了传统的分析技术,现代分析技术的发展及仪器之间的联用大大推动了糖链结构的研究;(3)生物学分析法:主要包括酶学方法和免疫学方法。 3 植物多糖的生物活性 3.1免疫调节作用 多糖对免疫系统有重要的调节作用,不仅能激活巨噬细胞(M )、T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤细胞(NK)、细胞毒T细胞(CTL)、淋巴因子激活的杀伤细胞(LAK)等免疫细胞,还能促进细胞因子生成,调节机体抗体和补体形成,提高机体抗肿瘤免疫力。Matsumoto等发现,柴胡多糖以剂量依赖方式促进腹腔巨噬细胞Fc受体表达和增强免疫复合物的清除。应用反转录酶PCR技术研究发现,柴胡多糖处理后小鼠肝脏显著增强FcγR表达而激活单核吞噬系统,加快了体内免疫复合物的清除。Stimpel等发现,紫松果菊多糖有很强的激活巨噬细胞功能,被激活的巨噬细胞对肿瘤显示出很强的胞外细胞毒性,且这种活化作用由紫松果菊多糖单独 产生,不依赖其他淋巴细胞,活化的巨噬细胞IL1合成和分泌增加。 3. 2 抗肿瘤活性 植物多糖抗肿瘤活性的特点是毒副作用小或基本无毒,除了能提高肌体免疫功能抑制肿瘤生长外,与化疗药物适当组合可降低或免除化疗药物骨髓抑制等不良反应。多糖的抗肿瘤作用与单糖间糖苷键的结合方式有关。目前认为以β-D-葡聚糖为主的多糖具有明显的抗肿瘤活性。但也有研究显示以α-D-葡聚糖为主的多糖也具有一定的抗肿瘤作用。国内外研究比较多的植物多糖有枸杞多糖、木耳多糖、人参多糖、银杏外种皮多糖、香菇多糖、黄芪多糖、当归多糖、地黄多糖、芦荟多糖等。 大多数多糖的抗肿瘤活性是通过激活肌体的免疫系统而起作用,如从女贞子中提取的多糖,可以通过提高T淋巴细胞的增殖能力,增强NK细胞的活性,对荷瘤小鼠实体瘤起到不同程度的抑制作用。 3. 3 抗病毒功能 多糖的抗病毒活性早被人们所认识。大量研究表明,许多天然多糖和化学合成的多糖对各种病毒有抑制作用,如艾滋病毒(HIV),单纯疱疹病毒(HsV-1,Hsv-2),巨细胞病毒(CMV),流感病毒等等。王岳五等人报道,甘草多糖GPS对牛艾滋病毒BIV、腺病毒、柯萨病毒均有较明显的抑制作用。动物实验表明,黄芪对心肌细胞感染柯萨奇B2病毒后的大鼠,有明显的抗病毒、保护心肌及改善心肌细胞异常电活动等作用,可阻止病毒在心肌细胞内的进一步 繁殖,减轻病毒对心肌细胞结构的损伤,加快受损心肌的康复过程。 3. 4 抗炎 炎症反应为具有血管系统的活体组织对损伤因子作出的防御反应,表现为红、肿、热、痛和功能障碍,是肌体对于刺激的一种防御反应。其与许多疾病的发生、发展和治愈的过程密切相关。因此,寻找有效的植物抗炎药物具有重要意义。从中华芦荟叶片中分离得到一种纯酸性多糖AtXS一2,对二甲苯致小鼠耳肿胀有明显的缓解作用。 3. 5 降血糖功能 植物多糖能够促进胰岛分泌胰岛素,影响糖代谢酶的活性,促使外周组织对葡萄糖的作用,从而抑制糖异生。其降血糖作用主要表现在降低肝糖原、促进外周组织器官对糖的利用;促进降糖激素和抑制升糖激素作用;保护胰岛细胞;以及调节糖代谢酶活性等方面。清水岑夫的研究表明。茶叶中水溶性组分的复合多糖能有效地降低血液中的血糖含量。根据临床实践证实,南瓜中的南瓜多糖是预防糖尿病的活性成分,它能提高动物对高糖的耐受力,且与胰岛素有很好的协同作用,可直接参与降血糖、调血脂等有关活动。 3. 6 降血脂功能 血脂异常(Dyshpidemia)一般是指血中胆固醇TC)、低密度脂蛋白胆固醇LDL-C)、甘油三脂TG)超过正常范围或高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)低下。血脂异常也称为高脂血症。于瑞蓉等用海藻多糖、银耳多糖制成降脂饼干,供血脂异常者食用,结果表明降血清胆固醇临床有效率为82%,降血清甘油三酯为67.7%。据报道,南瓜多糖水溶液可以改善脂代谢,降低血脂。还有研究表明,枸杞多糖、甘蔗多糖也有降血脂的功能。 3. 7 抗衰老作用 多糖抗衰老与其免疫调节剂调节机体免疫功能及增强机体对自由基的清除和抗氧化能力有关。 一些学者认为,免疫功能具有增龄性变化,即年龄增大,其免疫功能下降或紊乱,结果胸腺萎缩,T细胞损耗,从而导致机体衰老,寿命缩短。芦笋多糖可明显提高小鼠血超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH—PX)活力,显著降低血浆、脑肝匀浆脂质过氧化物(LOP)水平,可显著拮抗衰老所致胸腺和脑组织的萎缩。 枸杞多糖具有清除·OH,减少·OH所致丙二醛的产生,抑制·OH所致膜流动性下降和减轻·OH所致肝线粒体膨胀程度。枸杞多糖、牛膝多糖均能提高经100 μmol/L处理的H2O2处理的2BS细胞的存活率,降低细胞的p半乳糖苷酶(SA-β-ga1)染色阳性率以及丙二醛(MDA)水平,抑制细胞的单胺氧化酶一B(MAO—B)活性,增强SOD活力。 3. 8 抗辐射 随着科技发展和生活现代化,人们接触射线的时候越来越多,而射线的辐射性对人体有很大的损伤。植物多糖具有抗辐射的功能。螺旋藻多糖、芦荟多糖都可提高受射线,致死剂量照射小鼠30d内的存活率,促进小鼠多能干细胞和造血祖母细胞的增殖和分化,促进受到辐射损伤的小鼠造血系统的恢复,增强小鼠的抗辐射能力。 4 展望 我国植物资源丰富,从中提取的多糖具有多种生物活性,尤其是从中草药提取的植物多糖,具有巨大的开发潜力。随着各种植物多糖的生物活性的不断深入研究,其在保健食品和医药应用等方面有很广的开发前景,多糖也逐渐成为当今新药开发的重要方向之一,在未来植物多糖一定能在抗肿瘤、免疫调节、抗氧化等方面为人类的健康做出贡献。 参考文献: [1]贾亮亮,袁丁,何毓敏等.多糖提取分离及含量测定的研究进展[J].食品研究与开 发.2011,32(3):189-192 [2] 李尔春,丁红军,金晓辉.天然植物多糖的结构及活性研究进展[J].食品与药品.2007,9(4):51-53 [3] 李涛,田徽,郭江.菊科植物多糖研究进展[J].绵阳师范学院学报.2011,30(5);67-69 [4] 娜日苏.天然植物多糖及复合多糖的研究进展[J].赤峰学院学报.2009,25(1):68-71 [5] 冯慎,陈爽,李妍,等.植物多糖的纯化工艺研究进展[J].2010,24(6):5-8 [6] 李凤玲,何金环. 植物多糖的结构与分离纯化技术研究进展[J].植物生理科学.2008,24(10):276-278 [7] 白海泉,洪运河.植物多糖的抗氧化研究进展[J].现代教育管理与教学.2008,6:17-19 [8] 朱欣婷.植物多糖的生物活性研究进展.安徽农业科学[J].2008,36(28):12076—1207 [9] 王岳五,等.甘草多糖GPS对病毒的抑制作用[J].南开大学学报,2001,34(2):126 [10] 袁红霞,陈艳春.黄芪的现代药理研究及其临床应用[J].山东中医药大学学报,2000,24(51):398. [11] 朱燕,陈运喜,吴俊华.华芦荟酸性多糖的分离纯化与抗炎活性[J].中国天然药物,2007,5(3):197 [12] 孔庆胜,等.南瓜多糖的分离.纯化及其降血脂作用[J]中国生化药物杂志,2000,21(31):130. [13] 苗明三,顾丽亚,方小燕.芦笋多糖对衰老模型小鼠的影响[J].中国中药杂志,2004,29(7):673—675 [14] 彭会军,邹群.植物多糖的生物活性研究进展[J].西北药学杂志.2008,23(6):406-407 [15]张丽娇,费瑞,高立宏, 等.植物多糖抗炎活性的研究进展[J].北方园艺.2010,20:199-202 [16]付书婕,王乃平,黄仁彬. 植物多糖免疫调节作用的研究进展[J] .时珍国医国药.2008,19(1):99-101 [17] 许慧.植物多糖生物活性的研究进展[J].福建医科大学学报.2010,44(1):79-81 [18]石雪萍.植物多糖研究进展[J].粮食与油脂.2005,8:8-10 [19]邓小云,丁登峰,戴美红,等.植物多糖药理作用研究进展[J]. 中医药导报.2006,12(9):86-88 [20]孙德君,张立恒,姜宇.中药多糖免疫增强作用及机理的研究进展[J].中国畜牧兽 医.2011.38(8);240-242