天然多糖活性及构效关系研究新进展_娄在祥
- 格式：pdf
- 大小：2.28 MB
- 文档页数：3
46
粮食与油脂
2013 年第 26 卷第 7 期
天然多糖活性及构效关系研究新进展
娄在祥， 王洪新， 洪 颖， 唐玉霞， 刘一珺 （食品科学与技术国家重点实验室， 江南大学食品学院， 江苏无锡 214122） 摘 要： 随着化学和生命科学与技术飞速发展， 多糖已成为化学与生物科学领域研究热点之一。 该文根据多糖研究现状， 简述多糖生理活性与构效关系等方面研究热点和前沿问题， 概括其研究 进展， 以期为深入研究多糖功能和进一步阐明构效关系提供参考。 关键词： 多糖； 多糖活性； 构效关系聚合度和分子量相关。如硫 酸褐藻多糖 SPMG， 平均每个糖单位含 1.5 个硫酸基， 重均分子量为 10 kDa。硫酸葡聚糖分子量为 1 000 时， 能最有效抑制 HIV–2 诱导合胞体形成；且分子 量 10 000 时其抗病毒活性达到最大〔16–17〕 。具有抗疱 疹病毒、 抗流感病毒活性多糖一般为硫酸多糖。Chen
粮食与油脂
2013 年第 26 卷第 7 期
protects cardiomyocytes against anoxia/reoxygenation–induced oxidative stress by mitochondrial pathway [J]. Journal of Cellular Biochemistry， 2010， 110 （1） ： 191― 200.
图 2 APS-1a 和 APS-3a 对骨髓细胞 防护辐射作用
（a）对照 ； （b）辐射对照 ； （c）新多糖 APS–1a（5 mg/kg） ； （d） 新 多 糖 APS–1a（10 mg/kg） ； （e） 新 多 糖 APS–3a（5 mg/kg） ； （f）新多糖 APS–3a（10 mg/kg） 。
临床研究表明， 口服从海藻提取并经改良的分子 量为 5 000~6 000 硫酸多糖能明显增加尿石症患者 24 h 尿中 GAGS 含量， 而 GAGS 对尿石成核、 生长和 聚集具有抑制作用〔21〕 。研究表明〔22〕 ， 天然硫酸小分 子量海藻硫酸多糖比大分子量海藻硫酸多糖能更有 效抑制大鼠膀胱内草酸钙结石形成。 3 结束语 目前， 若能清晰阐明多糖构效关系仍属一个科 研难点， 对糖的研究远滞后于蛋白质和核酸， 主要集 中体现在多糖构效关系、 代谢过程及作用机制尚未阐 明〔23–25〕 。制约多糖研究问题主要是高纯度多糖种类 较少， 化学结构与功能关系不明确， 从而导致部分多 糖活性不稳定及难以在分子水平阐明生理功效和作 用机制。因此， 我国应加快多糖开发应用， 创新高纯 度多糖制备技术， 加强对多糖构效关系及作用机制基 础研究， 从而推动对多糖前沿研究。
ᑿᑾๆ㈂ e ්ᑦ䕌㵬≧ᕓ e ( ⓬ݦ.$4' স *- ܲ⇸ e ԉ័ $% ㏲㘊ٹκ䭫䰵㉌ѐჟ 䯲㥩ᒎ侸 Тഥ⋞ڧ $% ㏲㘊 Ϧѿโঔ㵬ࢁᵤ㏲㘊 + ."$4 ∁ 㘼㵬 喋6$#喌
E
F
G
' ㏰ܲ %&"& ⥨㘮㈂ $-# ᴝ ⋷ጠ㏲㘊 ܲ⻧⋞ Ϧѿโঔ㵬
图 3 当归多糖制备及其对 CD34 干细胞保护作用 2 多糖构效关系研究 2.1 多糖结构与抗肿瘤活性关系 研究发现， 多糖抗肿瘤活性主要与硫酸基、 糖苷 键、 金属离子络合等三个结构因素密切相关。Zhang 等〔12〕对合成硒化黄芪多糖进行研究， 结果表明， 黄芪 多糖抑瘤率为 23.6%， 硒化黄芪多糖抑瘤率达 51.1%， 即黄芪多糖硒化后对 S180 肉瘤具有更强抑制作用。 Cheng 等〔13〕研究硫酸化真菌多糖抗肿瘤作用， 发现 多糖硫酸化水平与其抗内皮细胞增生活性呈正相关 （图 4） ； 且这些硫酸化多糖对阿霉素抗癌作用也具协 同增效作用。
PSG–1 1.86%
1.68% 100 101 102 103 104 "OOFYJO7 CTX 5.75%
13.66% 101 102 103 104 "OOFYJO7 PSG–1+CTX 7.86%
104 103 1* 102 101 100
100
104 103 1* 102 101 12.90% 100 100 101 102 103 104 "OOFYJO7
Control （×6000）
随着对多糖生物学功能认识深化， 多糖生物学研 究已成为国际生物化学研究领域争夺制高点， 以多糖 为重点糖工程研究是继蛋白质、 基因工程之后生物化 学和分子生物学领域中科学前沿。因此， 对作为天然 植物主要有效成分之一多糖研究已为天然植物研究 带来一个全新时代―多糖生命科学时代。 1 功能活性成为多糖研究热点 目前， 对多糖功能活性研究主要集中在增强机 体 免 疫 功 能及 抗病 能 力、 抗 氧化 和 延缓 衰老、 降血 糖、 降血脂、 抗病毒、 抗辐射等方面 [1–6]。研究发现， 多糖主要通过增强机体免疫力而发挥杀伤或抑制肿 瘤细胞作用；即通过增强机体免疫应答， 而并不是 直接杀伤肿瘤细胞。例如黑灵芝多糖可通过促进小 鼠淋巴细胞及腹腔巨噬细胞增殖、 功能活化及诱导 细胞因子分泌量增加从而达到增强机体免疫功能作 用〔7〕 。Li 等〔8〕研究发现， 黑灵芝多糖还可通过线粒 体凋亡途径诱导癌细胞凋亡。与环磷酰胺联合使用 时， 显著提高对肿瘤细胞抑制率；相比于单独使用 环磷酰胺， 减少 IL–2、 TNF–α， 胸腺和脾脏指数在一 定程度可再生， 且显著提高 T、 B 淋巴细胞增殖活性 （图 1） 。
。发现茶多糖经硫酸酯化后， 降血糖活性显
著提高； 且茶多糖经金属离子 Ca2+、 Fe3+ 络合后， Ca2+ 络合物降血糖活性减弱， 而 Fe3+ 络合物降血糖活性较 持久。这可能与络合后活性位点被占据与否、 空间结
48
构是否利于多糖受体结合有关〔20〕 。 2.4 多糖结构与抗尿路结石活性关系
28.27% 101 102 103 104 "OOFYJO7
图 1 黑灵芝多糖 （PSG-1） 与环磷酰胺 （CTX） 共 同作用对 S-180 移植小鼠肿瘤细胞凋亡作用影响
2013 年第 26 卷第 7 期
粮食与油脂
D
47
B
C
功能 （图 3） ， 该 F2 多糖为贫血患者和放化疗患者提供 一种良好健康促进剂。
50 100 250 /μg/mL B86
近几年， 多糖如抗病毒、 抗辐射、 抗凝血、 抗菌、 抗炎、 抗突变等多种生理功效也引起研究者广泛关 注〔9〕 。 如 Zhao 等〔10〕分 离 得 到 当 归 中 两 种 新 多 糖 APS–1a 和 APS–3a， 阐明其单糖组成和糖苷键类型， 并研究其生物活性， 发现这两种多糖对骨髓造血细胞 都具有显著防护辐射作用 （图 2） 。Lee 等〔11〕研究当 归多糖对人体 CD34+ 干细胞骨髓保护作用， 发现当归 多糖 F2 具有很强造血活性， 能保护 CD34+ 细胞造血
〔 9 〕 袁从英， 车文文， 张宁， 等. 天然植物多糖的研究进展与前景展 望 [J]. 中国现代应用药学杂志， 2009， 26 （12） ： 979― 982. 〔10〕Lu Zhao，Yin Wang，Han–lin Shen，et al. Structural characterization and radioprotection of bone marrow hematopoiesis of two novel polysaccharides from the root of angelica sinensis（oliv.）diels [J]. Fitoterapia， 2012， 83： 1712― 1720. 〔11〕Ji – Gua Lee，Wen – Ting Hsieh，Shee – Uan Chen，et al. Hematopoietic and myeloprotective activities of an acidic angelica sinensis polysaccharide on human CD34 ＋ stem cells [J]. Journal of Ethnopharmacology， 2012， 139： 739― 745. 〔12〕 张喜林， 孛文虎， 李路勇， 等. 黄芪总提取物抗肿瘤作用的实验 研究 [J]. 中国现代药物应用， 2010， 4 （8） ： 29― 31. 〔13〕 Jing–Jy Cheng， Chia–Chuan Chang， Chi–Hsein Chao， et al. Characterization of fungal sulfated polysaccharides and their synergistic anticancer effects with doxorubicin [J]. Carbohydrate Polymers， 2012， 90： 134― 139. 〔14〕 邱琳， 辛现良， 耿美玉. 多糖构效关系研究进展 [J]. 现代生物医 学进展， 2009， 9 （9） ： 1764― 1768. 〔15〕 Wang S C， Bligh S W A， Shi S S， et al. Structural features and anti–HIV–1 activity of novel polysaccharides from red algae grateloupialongifolia and grateloupia filicina [J]. International Journal of Biological Macromelecules， 2007， 41： 69― 375. 〔16〕 Liu Hai–ying， Geng Mei–yu， Xin Xian–liang， et al. Multiple and multivalent interactions of novel anti–AIDS drug candidates， sulfated polymannuronate（SPMG） –derived oligosaccharides with gp120 and their anti–HIV activities [J]. Glycobiology， 2005， 15： 501― 510. 〔17〕 陈丽萍， 王弘. 硫酸多糖的结构与生物活性关系研究现状 [J]. 广州化工， 2005， 33 （5） ： 21― 23. 〔18〕 陈方. 小分子量硫酸多糖 κ– 卡拉胶衍生物的制备及抗流感病 毒活性研究 [D]. 福建福州： 福州大学， 2006： 80― 97. 〔19〕 王元凤. 茶多糖的分离纯化、 结构及构效关系研究 [D]. 江苏无 锡： 江南大学， 2005： 10― 18. 〔20〕 杜梅， 张松. 食用菌多糖降血糖机理研究 [J]. 微生物学杂志， 2007， 27 （2） ： 83― 87. 〔21〕 何家扬， 袁大凯， 陈质民. 口服防石多糖对尿中酸性粘多糖含 量的影响 [J]. 临床泌尿外科杂志， 1997， 12 （6） ： 358― 359. 〔22〕 Tostes V， Martinussoa C A， Cardoso L R. Low–molecular– weight dextran sulfate prevents experimental urolithiasis in rats [J]. Clin. Chim. Acta.， 2004， 341： 147― 155. 〔23〕 Mingliang Jin， Ke Zhao， Qingsheng Huang， et al. Isolation， structure and bioactivities of the polysaccharides from angelica sinensis（oliv.）diels： a review [J]. Carbohydrate Polymers， 2012， 89 （3） ： 713― 722. 〔24〕 Bin Liang， Minglin Jin， Hongbo Liu. Water–soluble polysaccharide from dried lycium barbarum fruits： isolation， structural features and antioxidant activity [J]. Carbohydrate Polymers， 2011， 83： 1947― 1951. 〔25〕 Yongxu Sun. Structure and biological activities of the polysaccharides from the leaves， roots and fruits of panax ginseng C.A. meyer： an overview [J]. Carbohydrate Polymers， 2011， 85： 490― 499.
粮食与油脂
2013 年第 26 卷第 7 期
天然多糖活性及构效关系研究新进展
娄在祥， 王洪新， 洪 颖， 唐玉霞， 刘一珺 （食品科学与技术国家重点实验室， 江南大学食品学院， 江苏无锡 214122） 摘 要： 随着化学和生命科学与技术飞速发展， 多糖已成为化学与生物科学领域研究热点之一。 该文根据多糖研究现状， 简述多糖生理活性与构效关系等方面研究热点和前沿问题， 概括其研究 进展， 以期为深入研究多糖功能和进一步阐明构效关系提供参考。 关键词： 多糖； 多糖活性； 构效关系聚合度和分子量相关。如硫 酸褐藻多糖 SPMG， 平均每个糖单位含 1.5 个硫酸基， 重均分子量为 10 kDa。硫酸葡聚糖分子量为 1 000 时， 能最有效抑制 HIV–2 诱导合胞体形成；且分子 量 10 000 时其抗病毒活性达到最大〔16–17〕 。具有抗疱 疹病毒、 抗流感病毒活性多糖一般为硫酸多糖。Chen
粮食与油脂
2013 年第 26 卷第 7 期
protects cardiomyocytes against anoxia/reoxygenation–induced oxidative stress by mitochondrial pathway [J]. Journal of Cellular Biochemistry， 2010， 110 （1） ： 191― 200.
图 2 APS-1a 和 APS-3a 对骨髓细胞 防护辐射作用
（a）对照 ； （b）辐射对照 ； （c）新多糖 APS–1a（5 mg/kg） ； （d） 新 多 糖 APS–1a（10 mg/kg） ； （e） 新 多 糖 APS–3a（5 mg/kg） ； （f）新多糖 APS–3a（10 mg/kg） 。
临床研究表明， 口服从海藻提取并经改良的分子 量为 5 000~6 000 硫酸多糖能明显增加尿石症患者 24 h 尿中 GAGS 含量， 而 GAGS 对尿石成核、 生长和 聚集具有抑制作用〔21〕 。研究表明〔22〕 ， 天然硫酸小分 子量海藻硫酸多糖比大分子量海藻硫酸多糖能更有 效抑制大鼠膀胱内草酸钙结石形成。 3 结束语 目前， 若能清晰阐明多糖构效关系仍属一个科 研难点， 对糖的研究远滞后于蛋白质和核酸， 主要集 中体现在多糖构效关系、 代谢过程及作用机制尚未阐 明〔23–25〕 。制约多糖研究问题主要是高纯度多糖种类 较少， 化学结构与功能关系不明确， 从而导致部分多 糖活性不稳定及难以在分子水平阐明生理功效和作 用机制。因此， 我国应加快多糖开发应用， 创新高纯 度多糖制备技术， 加强对多糖构效关系及作用机制基 础研究， 从而推动对多糖前沿研究。
ᑿᑾๆ㈂ e ්ᑦ䕌㵬≧ᕓ e ( ⓬ݦ.$4' স *- ܲ⇸ e ԉ័ $% ㏲㘊ٹκ䭫䰵㉌ѐჟ 䯲㥩ᒎ侸 Тഥ⋞ڧ $% ㏲㘊 Ϧѿโঔ㵬ࢁᵤ㏲㘊 + ."$4 ∁ 㘼㵬 喋6$#喌
E
F
G
' ㏰ܲ %&"& ⥨㘮㈂ $-# ᴝ ⋷ጠ㏲㘊 ܲ⻧⋞ Ϧѿโঔ㵬
图 3 当归多糖制备及其对 CD34 干细胞保护作用 2 多糖构效关系研究 2.1 多糖结构与抗肿瘤活性关系 研究发现， 多糖抗肿瘤活性主要与硫酸基、 糖苷 键、 金属离子络合等三个结构因素密切相关。Zhang 等〔12〕对合成硒化黄芪多糖进行研究， 结果表明， 黄芪 多糖抑瘤率为 23.6%， 硒化黄芪多糖抑瘤率达 51.1%， 即黄芪多糖硒化后对 S180 肉瘤具有更强抑制作用。 Cheng 等〔13〕研究硫酸化真菌多糖抗肿瘤作用， 发现 多糖硫酸化水平与其抗内皮细胞增生活性呈正相关 （图 4） ； 且这些硫酸化多糖对阿霉素抗癌作用也具协 同增效作用。
PSG–1 1.86%
1.68% 100 101 102 103 104 "OOFYJO7 CTX 5.75%
13.66% 101 102 103 104 "OOFYJO7 PSG–1+CTX 7.86%
104 103 1* 102 101 100
100
104 103 1* 102 101 12.90% 100 100 101 102 103 104 "OOFYJO7
Control （×6000）
随着对多糖生物学功能认识深化， 多糖生物学研 究已成为国际生物化学研究领域争夺制高点， 以多糖 为重点糖工程研究是继蛋白质、 基因工程之后生物化 学和分子生物学领域中科学前沿。因此， 对作为天然 植物主要有效成分之一多糖研究已为天然植物研究 带来一个全新时代―多糖生命科学时代。 1 功能活性成为多糖研究热点 目前， 对多糖功能活性研究主要集中在增强机 体 免 疫 功 能及 抗病 能 力、 抗 氧化 和 延缓 衰老、 降血 糖、 降血脂、 抗病毒、 抗辐射等方面 [1–6]。研究发现， 多糖主要通过增强机体免疫力而发挥杀伤或抑制肿 瘤细胞作用；即通过增强机体免疫应答， 而并不是 直接杀伤肿瘤细胞。例如黑灵芝多糖可通过促进小 鼠淋巴细胞及腹腔巨噬细胞增殖、 功能活化及诱导 细胞因子分泌量增加从而达到增强机体免疫功能作 用〔7〕 。Li 等〔8〕研究发现， 黑灵芝多糖还可通过线粒 体凋亡途径诱导癌细胞凋亡。与环磷酰胺联合使用 时， 显著提高对肿瘤细胞抑制率；相比于单独使用 环磷酰胺， 减少 IL–2、 TNF–α， 胸腺和脾脏指数在一 定程度可再生， 且显著提高 T、 B 淋巴细胞增殖活性 （图 1） 。
。发现茶多糖经硫酸酯化后， 降血糖活性显
著提高； 且茶多糖经金属离子 Ca2+、 Fe3+ 络合后， Ca2+ 络合物降血糖活性减弱， 而 Fe3+ 络合物降血糖活性较 持久。这可能与络合后活性位点被占据与否、 空间结
48
构是否利于多糖受体结合有关〔20〕 。 2.4 多糖结构与抗尿路结石活性关系
28.27% 101 102 103 104 "OOFYJO7
图 1 黑灵芝多糖 （PSG-1） 与环磷酰胺 （CTX） 共 同作用对 S-180 移植小鼠肿瘤细胞凋亡作用影响
2013 年第 26 卷第 7 期
粮食与油脂
D
47
B
C
功能 （图 3） ， 该 F2 多糖为贫血患者和放化疗患者提供 一种良好健康促进剂。
50 100 250 /μg/mL B86
近几年， 多糖如抗病毒、 抗辐射、 抗凝血、 抗菌、 抗炎、 抗突变等多种生理功效也引起研究者广泛关 注〔9〕 。 如 Zhao 等〔10〕分 离 得 到 当 归 中 两 种 新 多 糖 APS–1a 和 APS–3a， 阐明其单糖组成和糖苷键类型， 并研究其生物活性， 发现这两种多糖对骨髓造血细胞 都具有显著防护辐射作用 （图 2） 。Lee 等〔11〕研究当 归多糖对人体 CD34+ 干细胞骨髓保护作用， 发现当归 多糖 F2 具有很强造血活性， 能保护 CD34+ 细胞造血
〔 9 〕 袁从英， 车文文， 张宁， 等. 天然植物多糖的研究进展与前景展 望 [J]. 中国现代应用药学杂志， 2009， 26 （12） ： 979― 982. 〔10〕Lu Zhao，Yin Wang，Han–lin Shen，et al. Structural characterization and radioprotection of bone marrow hematopoiesis of two novel polysaccharides from the root of angelica sinensis（oliv.）diels [J]. Fitoterapia， 2012， 83： 1712― 1720. 〔11〕Ji – Gua Lee，Wen – Ting Hsieh，Shee – Uan Chen，et al. Hematopoietic and myeloprotective activities of an acidic angelica sinensis polysaccharide on human CD34 ＋ stem cells [J]. Journal of Ethnopharmacology， 2012， 139： 739― 745. 〔12〕 张喜林， 孛文虎， 李路勇， 等. 黄芪总提取物抗肿瘤作用的实验 研究 [J]. 中国现代药物应用， 2010， 4 （8） ： 29― 31. 〔13〕 Jing–Jy Cheng， Chia–Chuan Chang， Chi–Hsein Chao， et al. Characterization of fungal sulfated polysaccharides and their synergistic anticancer effects with doxorubicin [J]. Carbohydrate Polymers， 2012， 90： 134― 139. 〔14〕 邱琳， 辛现良， 耿美玉. 多糖构效关系研究进展 [J]. 现代生物医 学进展， 2009， 9 （9） ： 1764― 1768. 〔15〕 Wang S C， Bligh S W A， Shi S S， et al. Structural features and anti–HIV–1 activity of novel polysaccharides from red algae grateloupialongifolia and grateloupia filicina [J]. International Journal of Biological Macromelecules， 2007， 41： 69― 375. 〔16〕 Liu Hai–ying， Geng Mei–yu， Xin Xian–liang， et al. Multiple and multivalent interactions of novel anti–AIDS drug candidates， sulfated polymannuronate（SPMG） –derived oligosaccharides with gp120 and their anti–HIV activities [J]. Glycobiology， 2005， 15： 501― 510. 〔17〕 陈丽萍， 王弘. 硫酸多糖的结构与生物活性关系研究现状 [J]. 广州化工， 2005， 33 （5） ： 21― 23. 〔18〕 陈方. 小分子量硫酸多糖 κ– 卡拉胶衍生物的制备及抗流感病 毒活性研究 [D]. 福建福州： 福州大学， 2006： 80― 97. 〔19〕 王元凤. 茶多糖的分离纯化、 结构及构效关系研究 [D]. 江苏无 锡： 江南大学， 2005： 10― 18. 〔20〕 杜梅， 张松. 食用菌多糖降血糖机理研究 [J]. 微生物学杂志， 2007， 27 （2） ： 83― 87. 〔21〕 何家扬， 袁大凯， 陈质民. 口服防石多糖对尿中酸性粘多糖含 量的影响 [J]. 临床泌尿外科杂志， 1997， 12 （6） ： 358― 359. 〔22〕 Tostes V， Martinussoa C A， Cardoso L R. Low–molecular– weight dextran sulfate prevents experimental urolithiasis in rats [J]. Clin. Chim. Acta.， 2004， 341： 147― 155. 〔23〕 Mingliang Jin， Ke Zhao， Qingsheng Huang， et al. Isolation， structure and bioactivities of the polysaccharides from angelica sinensis（oliv.）diels： a review [J]. Carbohydrate Polymers， 2012， 89 （3） ： 713― 722. 〔24〕 Bin Liang， Minglin Jin， Hongbo Liu. Water–soluble polysaccharide from dried lycium barbarum fruits： isolation， structural features and antioxidant activity [J]. Carbohydrate Polymers， 2011， 83： 1947― 1951. 〔25〕 Yongxu Sun. Structure and biological activities of the polysaccharides from the leaves， roots and fruits of panax ginseng C.A. meyer： an overview [J]. Carbohydrate Polymers， 2011， 85： 490― 499.
