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药用植物硒多糖的研究进展

添加时间:2018-05-02 14:09
  摘要:硒多糖是一种通过多糖与硒的结合且具备硒和多糖两者活性的有机硒化合物。硒多糖的生物活性普遍高于硒和多糖, 且更易于被机体吸收和利用, 因此硒多糖在免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老等方面具有广泛的应用。由于硒多糖独特的药理活性, 药用植物硒多糖也因此逐渐成为研究热点。但是目前已发现的硒多糖种类较少, 同时其多糖的结构十分复杂, 对硒多糖化学结构以及体内作用机制尚不完全清楚, 仍有待进一步的研究。该文系统的介绍了药用植物硒多糖的主要来源, 以及已发现的药用植物硒多糖的主要结构及其生理活性, 旨在为硒多糖的进一步研究和应用提供理论依据。
  
  关键词:硒多糖; 药用植物; 生理活性; 抗氧化; 抗肿瘤;
  
  药用植物是指含有防治疾病的特殊化学成分 (生物活性化合物) 且具有一定医疗用途的植物[1].多糖为药用植物的主要活性成分之一, 它可以通过与硒的结合形成同时具备硒和多糖两者活性的有机硒化合物--硒多糖。硒多糖在抗氧化、抗肿瘤、提高机体免疫力、降血糖血脂、抗重金属、抗菌等方面具有广泛的应用, 但其化学结构具有复杂性、来源具有多样性, 因此药用植物硒多糖成为了研究热点和难点。本文将从药用植物多糖的来源、纯化分离、结构及其生理活性等方面进行综述, 旨在为硒多糖的进一步开发和利用提供参考依据。
  
  1 药用植物多糖研究
  
  药用植物中有效化学成分十分复杂, 主要有生物碱、苷类、多糖、氨基酸、蛋白质和油脂等。它们各具有特殊的生理功能, 其中很多是临床上的重要药物。随着分子生物学的发展, 科学界逐渐认识到多糖、蛋白质和多核苷酸是极为重要的生物大分子, 在生物体生长发育中起着重要的作用。其中以多糖为主要活性成分的药用植物作为食品和药品的应用较为广泛, 特别是在中国、韩国、印度、非洲等地。除此之外, 在一些西方国家的部分处方药中也含有具有药效的多糖成分。
  
  自20世纪50年代发现真菌多糖具有抗癌效果以来, 人们从化学、物理学、生物学等方面对多糖开展了多角度的研究工作。1984年Stimpel等发现从一种在北美长期作为治疗流感和伤口愈合补救剂的传统植物紫锥菊Echinacea purpurea中获得的多糖可以调节巨噬细胞免疫活性[2].此后, 从植物特别是药用植物中提取和分离出的一些具有生物活性的多糖在药理学和生物化学领域引起了极大的关注。由于多糖具有不同的生理功能, 因此在医药、组织工程和再生工程领域具有很大的潜在应用价值[3].
  
  自然界中广泛存在的植物多糖构成了一个庞大的生物聚合物家族, 几乎所有的生物体中都存在多糖, 包括动物、植物、真菌等[4].到目前为止, 多糖在药用植物方面的研究较为广泛, 因为从药用植物中提取的水溶性多糖来源广、毒性小, 是最有药用价值的一类多糖。目前关于药用植物多糖的研究。
  
  根据表1可知, 药用植物多糖的研究主要在于分析多糖的生理活性及单糖组成成分等方面。此外, 目前已知的药用植物多糖主要为真菌源和植物源两种。真菌源多糖主要来源于真菌的子实体和菌丝体, 植物源多糖主要来源于植物的根、果实及其他器官。真菌源多糖的研究主要集中于子囊菌门和担子菌门, 植物源多糖的研究主要集中于百合科、兰科及五加科植物等。
  
  多糖是一类天然高分子化合物, 是构成生命的四大基本物质之一, 与维持生物机能密切相关。多糖是由醛糖或酮糖通过糖苷键连接在一起的多聚物, 糖苷键分为α型和β型2种。多糖的结构可以分为一级、二级、三级和四级结构[72].多糖作为生物效应调节剂, 主要是影响巨噬细胞、白细胞和淋巴细胞的免疫调节作用[73], 同时多糖还在RNA、DNA和蛋白质合成, c AMP和c GMP含量的调节, 抗体以及干扰素的诱生等方面发挥作用[74].此外, 药用植物多糖相对无毒, 不会引起显着的副作用, 十分适合药用[75].因此, 具有药理活性多糖的含量被认为是天然产物药用价值的指标之一。
  
  2 药用植物硒多糖
  
  硒是一种动植物必需的微量营养元素, 能构成若干氧化物的活性中心, 有促进体内过氧化物的分解、保护细胞膜结构和功能的作用, 还具有清除体内自由基、抗癌、增强人体免疫力、拮抗重金属毒性等生物功能。人体的许多疾病都与缺硒有关, 例如克山病、心脑血管疾病、癌症、糖尿病等[76].因为硒不能在体内合成, 必须从食物中摄取, 所以人体缺硒现象非常普遍。中国是世界上缺硒最严重的国家之一, 约有1亿多人口因膳食结构中硒含量不足使得人体处于低硒状态[77].因此, 适当改善人体硒的摄入状况, 有助于人体长远的健康, 尤其是可以减少罹患癌症的风险。动、植物中的硒主要是有机硒, 包括硒蛋白、硒多糖和硒-t RNA等, 人体对有机硒的吸收和利用远远大于无机硒, 体内具有活性的形式也是有机硒[78].研究表明, 有机硒在生物体内停留时间较长, 在人体硒营养状况良好的情况下, 有机硒可贮存起来;当人体硒营养摄入不足时, 贮存的有机硒能够补充到生理代谢中, 从而满足人体对硒的需求。目前对于硒蛋白的研究较为透彻, 硒代半胱氨酸的研究发现, 硒结合到半胱氨酸的关键位置上可以显着改变蛋白质的酶功能, 揭示了它在生物体中具有提高相关酶活性等重要作用[79].但硒多糖有效成分结构和药理机制尚不明确。我国有极为为丰富的中草药资源, 富硒中草药的研究早有报道。使用富硒植物产品, 如富硒中药弥补人体硒缺乏现象, 不失为人们防病治病安全有效的途径[80].近年来, 含硒药物及保健品的开发也逐渐成为当今医药界的新趋势。
  
  硒多糖是一种通过多糖与硒的结合同时具备硒和多糖两者活性的有机硒化合物。将多糖与硒有机结合形成的硒多糖不但把无机硒转化成了有机硒, 其化学结构也有别于普通多糖, 形成了特殊的硒氧键, 其生物活性普遍高于多糖和硒, 而且更易被机体吸收和利用[81].硒多糖在免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老等方面具有广泛的应用[82].由于硒多糖独特的药理活性, 药用植物硒多糖已逐渐成为了研究热点。因此, 中草药有机硒资源的开发或以中草药为载体将无机硒转化成高效有机硒的相关研究有待进一步开展。
  
  3 硒多糖的来源及分离纯化
  
  植物或微生物中硒多糖的含量较低, 目前人们主要通过以下两种方法获得较高含量的硒多糖:人工硒处理获得富硒植物从而形成天然硒多糖和利用多糖硒化获取人工硒多糖[83].
  
  3.1 富硒植物天然硒多糖
  
  在富硒的环境下, 真菌和植物通过特殊的代谢途径可以利用环境中的无机硒合成天然有机硒, 如在适宜培养条件下将无机硒添加到真菌、藻类等的培养基中, 通过真菌、藻类等的生长代谢, 对硒进行富集和生物转化来获得硒多糖。除此之外, 还可以通过施用硒肥来提高谷物等农产品和食品中的含硒量, 或在作物生长期喷洒硒盐化合物等, 使无机硒盐在植物体内转化为有机硒。目前成功获得的天然硒多糖包括灵芝硒多糖、香菇硒多糖、螺旋藻硒多糖、箬叶硒多糖、大蒜硒多糖和黑木耳硒多糖等。
  
  3.2 人工硒化合成硒多糖
  
  多糖类物质含有多种基团, 如羟基、醛基和酮基等, 这些基团能够和其它化合物发生反应, 为多糖的合成或硒化修饰提供基础。目前人工合成硒多糖主要有3种方式:一是在温和条件下使用单体硒、亚硒酸或亚硒酸钠等对多糖进行硒化修饰[84];二是利用化学性质活泼、具有酰氯结构的二氯氧化硒 (Se OCl2) 作为硒化试剂[85];三是将含硒的功能基团接到多糖分子上[86], 如氧化吡啶法、硝酸-亚硒酸钠 (HNO3-Na2Se O3) 和乙酸-亚硒酸钠 (CH3COOH-Na2Se O3) 法等。HNO3-Na2Se O3法因反应条件简单、硒化效率高而成为多糖硒化常用方法。目前人工合成的硒多糖主要有硒化卡拉胶、硒化角叉菜胶、以黄芪多糖和硒化试剂Se OCl2合成的黄芪硒多糖、以亚硒酸和甘草多糖制备的甘草硒多糖、以酰氯和麒麟菜多糖醚化而获得的硒醚类硒多糖等。
  
  3.3 硒多糖的分离纯化
  
  大多数植物细胞壁较为牢固, 为了能够充分提取硒多糖, 首先将干燥后植物材料粉碎。由于植物细胞组织外大多有脂质包围, 提取前需用一定量的有机溶剂通过索氏提取器进行脱脂处理, 常用的有机溶剂为石油醚和乙醚等。硒多糖的脱脂处理常用石油醚回流提取两次, 至溶液无色为止, 将脱脂后的粉末干燥即可进行硒多糖的提取。硒多糖是极性大分子化合物, 易溶于水, 不溶于乙醇, 可以采用水提或碱提的方式。但硒多糖是由一种或多种单糖经糖苷键连接的多聚物, 碱提方式容易造成多糖中糖苷键的断裂, 且易使多糖发生水解, 从而降低提取率, 因此采用水提的方式提取硒多糖。将提取的硒多糖溶液减压浓缩后进一步纯化分离。首先通过去蛋白、脱色和透析的方式进行纯化, 得到粗硒多糖。去蛋白方法主要有Sevag法、三氟三氯乙烷法、三氯乙酸法和酶解法四种。硒多糖去蛋白常用三氯乙酸法, 但研究发现将酶解法与Sevag法结合使用去除蛋白的效果更好。天然硒多糖中常含有一些色素, 可以采用离子交换法、氧化法、金属络合物法、吸附法 (纤维素、硅藻土、活性炭等) 进行脱色处理。此外, 在硒多糖的提取过程中利用蒸馏水透析硒多糖溶液, 能够除去其中的一些无机盐等小分子杂质。透析后经乙醇醇沉, 将沉淀真空冷冻干燥得粉末状的粗多糖。天然红豆杉硒多糖的提取中, 采用乙醇醇沉、Sevage法去蛋白、透析、真空冷冻干燥的方式得含量为1.96%的粗硒多糖[87].采用甲醇回流脱脂、热水提取、离心、Sevage法除蛋白、透析、乙醇反复沉淀, 真空冷冻干燥沉淀等步骤逐步分离纯化南瓜硒多糖, 得到白色和黄褐色两种颗粒状样品, 测得纯化后的南瓜硒多糖样品中多糖含量为33.7%[88].
  
  粗硒多糖的分离即将复杂的混合硒多糖分离为单一硒多糖的过程, 主要是纤维素阴离子交换柱层析分离和凝胶柱层析纯化的结合方式。纤维素阴离子交换柱层析常用的交换剂为DEAE-纤维素和ECTEOLA-纤维素, 分硼砂型和碱型两种, 洗脱剂可用不同浓度碱溶液、硼砂溶液和盐溶液, 适用于分离各种酸性、中性和粘性硒多糖。凝胶柱层析常用的凝胶有葡聚糖凝胶 (Sephadex) 和琼脂糖凝胶 (Sepharose) , 以不同浓度的盐溶液和缓冲溶液作为洗脱剂, 从而使不同大小的多糖分子得到分离纯化。例如, 孙延芳等[89]将野生酸枣中提取的粗硒多糖通过DEAE-52纤维素柱分离后, 经Sephadex G-25柱层析进一步纯化得较为单一的硒多糖。已发现的三种木耳硒多糖Se APⅠ, Se APⅡ, Se APⅢ首先将木耳粗硒多糖通过DEAE-cellulose色谱柱 (16 mm×600 mm) 分离, 再经过Sephacryl S-500 HR色谱柱 (16 mm×600 mm) 的进一步纯化表明Se APⅠ得到2种组分, Se APⅡ和Se APⅢ均为单一峰, 为单一的硒多糖[90].最后对分离纯化的硒多糖需要进行纯度鉴定, 常用的纯度鉴定方法有4种:超离心、高压电泳、凝胶色谱和高效液相色谱 (HPLC) .
  
  4 硒多糖的结构
  
  4.1 硒多糖的结构鉴定
  
  硒多糖是与硒结合的多糖, 是由醛糖或酮糖通过糖苷键连接在一起的多聚物, 由一种或多种单糖组成, 组成多糖的单糖一般可以分为呋喃糖构型和吡喃糖构型, 糖苷键分为α型和β型2种。硒多糖中硒含量有荧光分光光度法、等电子耦合电离法和原子吸收光谱法等方法测定。硒多糖的糖含量可用苯酚-硫酸法和蒽酮-硫酸法等方法检测。硒多糖具有典型的多糖特征吸收峰, 可采用气相色谱、纸层析、薄层层析、高效液相色谱仪和离子色谱法分析硒多糖中的单糖组成;红外光谱、核磁共振和激光拉曼光谱学方法可检测硒多糖的糖残基数、单糖的连接位置与顺序以及糖苷键类型等;扫描电子显微镜和透射电子显微镜可观察硒多糖表面形态及内部原子排列等情况;圆二色谱法可检测硒多糖在溶液中的构象情况。红外光谱分析显示, 石榴皮硒多糖在948.23, 894.65, 762.30 cm处具有3个明显的特征吸收峰, 证明了产物结构中含有三种硒的结合形式, 分别为Se=O键、Se-O键和Se-C键[91].以红外光谱等方法对南瓜硒多糖进行结构表征, 结果表明其硒多糖结构中含有Se=O键和Se-C键两种硒存在形式[92].
  
  4.2 人工合成硒多糖的结构
  
  自然界中部分植物多糖含有硫酸根, 不含有硫酸根的部分多糖也能够通过磺化反应等, 在多糖分子中引入硫酸基团, 而亚硒酸钠中的亚硒酸根能够取代多糖分子中的部分硫酸根, 进而形成硒酸酯多糖。人工硒化合成Kappa角叉菜胶时亚硒酸根取代部分硫酸根形成硒酸酯 (连接在C4) , 并且有少量的亚硒酸根将末单元的3, 6-内醚-D-半乳糖单元的醚键打开而连接在C3位形成C-Se-H[93], 见图1;硒化岩藻聚糖与岩藻聚糖的红外光谱基本相同, 但是硒化岩藻聚糖在1 255~1 260 cm处的S=O伸缩振动峰已变得非常弱, 这表明硫酸根大部分已被亚硒酸根所取代。此外, 硒化岩藻聚糖在820 cm处的C-O-S伸缩振动峰明显变弱, 也可证实岩藻聚糖的C2位或C3位的硫酸根被亚硒酸根所取代[94];壳聚糖分子中不含硫酸根, 首先通过磺化反应在壳聚糖分子的C2和C6位引入硫酸根, 壳聚糖硒化的完成是由于亚硒酸根取代了C2和C6位上的部分硫酸根[95];以红藻中提取的具有优异活性的坛紫菜多糖为原料, 通过与亚硒酸钠反应制备得到硒多糖, 硒含量可达到4.5 mg﹒g, 红外光谱表明此化合物为多糖的亚硒酸酯[96].
  
  多糖分子中含有大量的羟基, Se Cl O2的酰氯基团等, 能与多糖分子中的羟基形成酯键, 进而将硒与多糖相连, 形成硒多糖。光气COCl2与糖作用时, 相邻成顺势关系的两个羟基能生成环形结构的碳酸酯, 因为Se Cl O2与COCl2结构、性质相似, Klayman认为氯氧化硒 (Se Cl O2) 与多糖作用时, 多糖中的单糖上具有顺式关系的相邻2个羟基同样能生成五元环形的亚硒酸酯, 因此利用Se Cl O2硒化黄芪多糖, 与有顺式关系的C1, C2相邻羟基能形成五元环结构的亚硒酸酯[97]
  
  多糖分子中C6位的羟基较为活泼, 在硝酸、氯化钡等化学试剂的催化下, 能促进亚硒酸钠与C6位上羟基的结合, 形成硒多糖。在HNO3-Ba Cl2催化作用下, 亚硒酸钠取代罗望子多糖中C6位上的羟基, 形成Se=O键和Se-C[98].
  
  4.3 天然硒多糖的多糖结构
  
  天然硒多糖的结构的复杂性主要在于多糖结构的复杂性, 而其结构的多样性在于硒与多糖结合所带来插入位置的多样性。已鉴定的硒多糖中硒以两种结构形式存在, 即Se-H和R1-Se O2-R2.硒多糖的单糖组成一般分为2类 (1) 单一聚糖, (2) 由半乳糖 (Gal) 、葡萄糖 (Glu) 、鼠李糖 (Rha) 、木糖 (Xyl) 、岩藻糖 (Fuc) 和甘露糖 (Man) 等多种单糖中的几种组成的杂聚糖, 而且各种单糖一般以D-构型存在, 它们在硒多糖分子中的比例也不尽相同。硒多糖的主链一般是由1→3糖苷键键合而成, 支链形式多样, 如以D-葡萄糖残基、β-D-葡糖醛酸残基、β- (1→6) -D-葡萄糖残基、β- (1→2) -D-木糖残基等作为支链;也有少数其他键合方式, 如1→2糖苷键、1→4糖苷键等。研究显示硒多糖活性与糖苷键的键合方式相关, 大多数具有活性的葡聚多糖都具有β- (1→3) -D-葡聚糖的主链结构, 而α-葡聚糖一般没有活性;具有活性的甘露多糖为 (1→6) 键型;具有活性的半乳糖则以 (1→3) 键连接[99].
  
  从天然富硒灵芝中提取的灵芝硒多糖Se GLP-1, 是一种以α-糖苷键键合而成的吡喃多糖, 由葡萄糖、甘露糖、木糖、半乳糖和鼠李糖5种单糖组成, 其多糖可能的结构式, 见图3, 核磁共振分析表明Se取代了灵芝多糖-OCH3基团中的CH3, 与O以双键的形式结合形成硒酸酯 (Se=O) [100];红外光谱分析发现富硒使得金针菇水溶性多糖吡喃环的3个吸收峰发生了红移, 因此硒可能是以Se-H形式存在于金针菇水溶性多糖的支链上[101];南瓜硒多糖中的硒以Se=O键和Se-C键的形式存在[92];螺旋藻硒多糖由D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖和D-葡糖醛酸组成[102];将纯化后的灰树花硒多糖经甲基化反应后, 通过核磁共振分析、气相色谱-质谱连用的方法检测其硒多糖结构, 见图4, 同时检测发现在667.9, 759.9, 1 024.5 cm处发现了硒的特征性吸收峰Se-O-C、Se=O键和O-Se-O键5 硒多糖的生理活性
 
  5 硒多糖的生理活性
 
  5.1 硒多糖的抗氧化作用
  
  目前对于药用植物硒多糖的研究发现, 硒多糖相对于其他多糖, 具有更显着的抗氧化作用, 药用植物硒多糖的抗氧化活性可能通过以下几个方面来体现: (1) 清除引起体内生物大分子氧化损伤, 破坏细胞结构, 及引发一系列相关疾病的自由基, 如二苯代苦味酰基自由基 (DPPH) , 羟自由基 (·OH) 和超氧阴离子 (·O2) 等[104]; (2) 提高体内相关的抗氧化酶活性, 如超氧化物歧化酶 (SOD) 、过氧化氢酶 (CAT) 和GSH-Px等[105]; (3) 直接或间接清除体内活性氧 (ROS) [106].
  
  硒处理假单胞菌PT-8菌株, 能够通过深层发酵形成代谢终产物--硒多糖 (Se-EPS) .该硒多糖糖醛酸含量较低, 对引起体内生物大分子的氧化损伤的自由基DPPH, 羟自由基 (·OH) 和超氧阴离子 (·O2-) 的清除作用大大提高[107].黄芪硒多糖-3显着降低了天冬氨酸转氨酶、丙氨酸转氨酶、丙二醛的水平, 同时增加细胞自噬相关蛋白ATG7和LC3-Ⅱ的总抗氧化能力, 提高了谷胱甘肽, 谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性[108].针对醋酸催化制备的硒化米胚多糖 (Se-REP1) 、硝酸催化制备的硒化米胚多糖 (Se-REP2) 抗氧化活性研究证明, Se-REP1、Se-REP2可提高小鼠组织及血清中抗氧化酶SOD和GSH-Px的活性, 增加机体总抗氧化能力, 且作用效果均强于米胚多糖, 并且显着增强了脂质过氧化物 (LPO) 氧化后产生的代谢产物丙二醛 (MDA) 在血清和心脏中的含量。枸杞多糖在乙酸催化下与亚硒酸钠反应合成枸杞硒多糖 (Se-LBPS) , 试验结果表明Se-LBPS对羟自由基的清除率可达60.51%, 对超氧自由基的清除率可达47.9%[109].
  
  利用各种损伤试剂诱导形成氧化损伤模型, 进一步验证硒多糖可显着提高细胞抗氧化活性。H2O2处理人角质形成细胞 (Ha Ca T) , 导致细胞活力降低和凋亡率升高, 且细胞核中的染色质凝聚。然而, 随着秀珍菇硒多糖 (SPMP-2a) 的加入, Ha Ca T细胞活力提高、核凝聚减少、细胞凋亡率显着下降、减少了H2O2处理后细胞的肿胀和空泡线粒体数量。此外, SPMP-2a提高了SOD和CAT活性, 降低了ROS含量[110].氧化损伤处理大鼠嗜铬细胞瘤细胞 (PC12) , 可导致细胞体收缩, 树突网络被破坏, 细胞间隙增大。桔梗硒多糖 (PGP1) 的加入可抑制氧化损伤导致的PC12细胞活性下降, 降低细胞凋亡率, 释放乳酸脱氢酶防止细胞膜损伤, 减轻细胞内ROS的形成。同时, PGP1可增加PC12细胞SOD活性, 降低MDA水平和减少其它脂质过氧化产物的生成[111].当归硒多糖 (s CAP) 能显着降低肝损伤模型小鼠中MDA和ROS含量, 提高肝匀浆中SOD活性和总抗氧化力 (T-AOC) [112].甘草硒多糖处理CCl4诱导的肝损伤小鼠模型, 结果表明甘草硒多糖能够显着抑制毒性药物CCl4引发的小鼠体内自由基大量释放所致的血清中谷丙转氨酶 (ALT) 和谷草转氨酶 (AST) 的含量升高现象;同时甘草硒多糖也能够显着提高CCl4所致肝损伤小鼠中GSH-Px的活性, 降低MDA的含量[113].
  
  此外, 药用植物硒多糖与抗氧化剂的对比试验同样发现硒多糖的抗氧化作用更为显着。N-乙酰半胱氨酸 (NAC) 作为谷胱甘肽的前体, 补充细胞内半胱氨酸, 是一种非毒性药物, 能够很容易地进入细胞, 起到直接清除自由基的作用, 抵消活细胞中一些活性氧中间体[181].在鸡胚肝细胞中以五味子多糖 (SCP) 和NAC作为五味子硒多糖 (s SCP) 的对照, 结果表明s SCP的作用远远强于SCP和NAC, 能够显着提高SOD, CAT和GSH-Px等抗氧化酶的活性和细胞存活率[114].
  
  5.2 硒多糖的抗肿瘤作用
  
  药用植物硒多糖的研究发现其具有良好的抗肿瘤活性, 包括肝癌、卵巢癌、结肠癌和乳腺癌等。药用植物硒多糖主要通过以下几个方面达到抗肿瘤的目的: (1) 通过抑制肿瘤相关信号通路, 如MAPK信号通路等; (2) 通过抑制细胞增殖、迁移、侵袭和EMT (上皮细胞向间质转化) , 诱导细胞凋亡发挥抗肿瘤作用; (3) 通过调控与细胞凋亡相关蛋白, 如Bcl-2家族和caspase-3家族蛋白, 进而诱导肿瘤细胞凋亡发挥抗肿瘤作用; (4) 通过抑制细胞的突变来预防肿瘤细胞的形成。
  
  5.2.1 肝癌
  
  针对当归硒多糖 (s CAP) 研究结果表明, s CAP通过抑制MAPK信号通路中p-ERK, p-JNK和p-p38的蛋白表达, 可明显保护小鼠免受CCl4诱导的肝功能损伤和组织病理损伤[178].硒化可显着提高体外白沙蒿多糖的抗肿瘤活性, 体外抗肿瘤实验中, 白沙蒿硒多糖 (Se ASP2) 对3种肿瘤细胞系 (肝癌Hep G-2细胞, 肺腺癌A549细胞和宫颈鳞状细胞癌Hela细胞) 均呈剂量依赖性增强的抗增殖作用[115].
  
  5.2.2 卵巢癌
  
  火棘硒多糖 (Se-PFPs) 被证明可以作为潜在的治疗药物用于卵巢癌的预防和治疗。已有的研究表明Se-PFPs通过抑制细胞增殖, 迁移, 侵袭和上皮细胞向间质转化 (EMT) , 诱导细胞凋亡发挥抗肿瘤作用。对于卵巢癌研究发现Se-PFPs在GSK-3β依赖性机制中显着降低胞质β-连环蛋白 (β-catenin) 的表达, 而且增加该蛋白的磷酸化, 使其通过泛素化途径降解。此外, β-catenin的降低对Se-PFPs处理的细胞中的细胞增殖和侵袭也具有相似的作用, 而β-catenin过度表达中和了Se-PFPs对细胞增殖和侵袭的抑制作用。这些结果表明, Se-PFPs对卵巢癌的预防和治疗作用是通过抑制β-catenin信号传导来实现对肿瘤的抑制作用[116].
  
  5.2.3 结肠癌
  
  研究发现, 冬虫夏草硒多糖 (Se-CEPS) 可以提高小鼠的抗肿瘤能力, 而且与常用的尿嘧啶抗代谢药5-氟尿嘧啶 (5-FU) 联用时, 能够增强5-FU的药效, 起到干扰相关蛋白质合成的作用。Se-CEPS能提高结肠癌CT26荷瘤小鼠的免疫器官指数、血清细胞因子含量、CD8+和CD4+T淋巴细胞比例, 从而抑制肿瘤生长[117].
  
  5.2.4 瘢痕疙瘩形成和其他纤维化疾病
  
  紫阳绿茶硒多糖 (Se-ZGTP-I) 具有干预和预防瘢痕疙瘩形成和其他纤维化疾病的治疗潜力。Se-ZGTP-1通过诱导细胞凋亡显着抑制人类瘢痕成纤维细胞的增殖。Se-ZGTP-I处理后, 瘢痕疙瘩成纤维细胞显示出半胱天冬酶-3 (caspase-3) 的活化和随后的聚ADP核糖聚合酶 (PARP) 的切割, 并且导致促凋亡蛋白Bax表达的增加和抗凋亡蛋白Bcl-2和NG2胶质细胞的表达水平的降低。此外, Se-ZGTP-I处理减少TGF-β1刺激的瘢痕疙瘩成纤维细胞中I型胶原蛋白的生物合成和蛋白质表达[118].
  
  5.2.5 人早幼粒细胞白血病
  
  人参硒多糖 (s GP) 通过介导线粒体依赖性途径诱导人早幼粒细胞白血病 (HL-60) 细胞的凋亡。实验结果表明, s GP在诱导细胞凋亡过程中伴随着凋亡小体的形成, 细胞色素C的释放, 线粒体膜电位的丧失, 激活caspase-9和caspase-3, 并在HL-60细胞中裂解聚ADP核糖聚合酶 (PARP) .同时发现s GP可抑制细胞凋亡相关蛋白Bcl-2蛋白的表达, 增加凋亡相关蛋白Bax的表达[119].
  
  5.2.6 三阴性乳腺癌 (TNBC)
  
  火棘硒多糖 (Se-PFPs) 能有效抑制三阴性乳腺癌 (TNBC) 细胞的生长并诱导其凋亡, 是TNBC的潜在抗癌药物。体外研究表明, 用Se-PFPs处理三阴性乳腺癌 (TNBC) MDA-MB-231细胞: (1) 通过抑制CDC25C-Cyclin B1/CDC2通路阻滞细胞于G2期, 呈剂量依赖性地抑制细胞生长; (2) 引起细胞凋亡与p53, Bax, Puma和Noxa增加相关, Bcl2降低, Bax/Bcl2比率升高, caspases 3/9活性增加, 提示其对p53介导的细胞色素c-caspase通路的影响。用Se-PFP处理携带MDA-MB-231衍生的异种移植肿瘤的裸鼠显着减少肿瘤生长而不改变体重, 证实其具有抗肿瘤活性而无毒副作用[120].
  
  5.2.7 膀胱癌
  
  银杏硒多糖 (Se-GBLP) 可显着抑制人膀胱癌T24细胞的活力, 并以剂量依赖方式诱导细胞凋亡。Se-GBLP诱导的凋亡通过线粒体依赖途径发生, 与促凋亡蛋白Bax表达增加, 抗凋亡蛋白Bcl-2表达降低, 线粒体膜电位丧失, caspase-9, caspase-3和PARP降解有关[121].
  
  5.3 硒多糖提升机体免疫力作用
  
  多糖硒化可以显着提高百合多糖的免疫增强活性, 实验发现百合硒多糖能够促进淋巴细胞增殖, 增强血清抗体滴度, 并且血清中由辅助性T细胞分泌的IL-2和IFN-γ以及由多种细胞产生的IL-6的表达量均显着高于百合多糖处理, 表明百合硒多糖能够促进T细胞增殖和分化, 使其在调节免疫应答、机体抗感染等方面发挥重要作用[122].党参硒多糖能明显提高腹腔巨噬细胞的吞噬指数, 诱导肿瘤坏死因子TNF-α和IL-6的分泌。硒可以显着提高党参多糖在非特异性免疫应答中的免疫增强活性[123].对于猴头菇硒多糖 (s HEP) 研究发现, s HEP能够诱导树突状细胞DC细胞成熟, 增加DC细胞表面MHC-II和CD86的表达, 显着降低DC的内吞作用, 并显着增强细胞因子 (IL-12和IFN-γ) 的产生, 激活NF-κB信号传导。总之, 这些结果表明s HEP是一种强免疫刺激剂, 可显着提高细胞的免疫活性[124].石莼硒多糖能够抑制炎性细胞浸润和局部炎症, 通过抑制NF-κB的核移位来抑制巨噬细胞的活化, 并且参与调节IL-6和TNF-α的细胞因子[125].
  
  5.4 硒多糖降血糖血脂作用
  
  糖尿病是一种常见的以持续高血糖为主要临床特征的慢性内分泌紊乱疾病, 近年来其发病率逐渐提高[126].研究表明, 糖尿病与人体内硒元素的缺乏具有一定的关系, 适量补硒对于糖尿病的预防与治疗具有重要意义。大量的研究表明, 药用植物硒多糖对糖尿病具有显着的疗效。药用植物硒多糖可能的降血糖机理: (1) 降低肝糖原; (2) 促进肝脏肌肉等外周组织和靶器官对糖的利用; (3) 保护胰岛细胞、调节相关激素和调节糖代谢相关酶的活性。
  
  最近的研究发现, 一定剂量的青钱柳硒多糖 (Se-CPP) 处理患有糖尿病的小鼠, 能够显着降低小鼠体内总胆固醇 (total cholesterol, TC) 、甘油三酯 (triglyceride, TG) 的含量, 并且发现一定剂量的Se-CPP具有与消渴丸相当的降低糖尿病小鼠餐后血糖的作用, 其降血糖效果明显优于青钱柳多糖CPP及CPP+亚硒酸钠复配物[127].除此之外, 对于冬虫夏草和荷叶等药用植物的研究同样表明其硒多糖能够达到降低血糖和血脂的作用。利用链脲佐菌素 (streptozotocin) 诱导大鼠构建糖尿病大鼠模型, 一定浓度的冬虫夏草硒多糖灌胃处理能够显着降低糖尿病大鼠的空腹血糖和糖化血清蛋白 (BIS) 水平[183].对于妊娠期糖尿病 (GDM) 大鼠, 荷叶硒多糖 (LLP) 可降低GDM大鼠的空腹血糖 (FBG) 和空腹血胰岛素 (FINS) 水平, 但肝糖原含量升高。此外, LLP口服给药显着改善了GDM大鼠的血脂谱, 除高密度脂蛋白 (HDL) 胆固醇外, 总胆固醇 (TC) , 甘油三酯 (TG) 和低密度脂蛋白 (LDL) 胆固醇水平均降低[128].
  
  5.5 硒多糖抗重金属作用
  
  铅和锡中毒主要是引起机体脂质过氧化的过程。锡能与谷胱甘肽过氧化物酶 (Gsh-Px) 的琉基结合, 干扰体内硒的代谢, 而硒多糖则可以对铅和锡的中毒反应发生拮抗作用。砷也可以通过形成有机砷自由基或抑制某些抗氧化酶和抗氧化分子来诱发脂质过氧化, 从而降低Gsh-Px的活性, 而硒参与构成Gsh-Px的活性中心, 因此硒多糖可以通过提高Gsh-Px的活性, 提高体内硒的水平, 来达到拮抗砷的作用。硒对汞中毒的拮抗作用则表现在, 硒能使汞从低相对分子质量蛋白结合转到高相对分子质量蛋白结合, 或与汞以1:1的形式结合成无活性状态的复合物以减低游离汞的浓度[129].经灌胃给予小鼠绞股蓝硒多糖, 能显着降低小鼠全血铅、肝组织铅含量, 并呈一定的量效关系, 说明绞股蓝硒多糖对动物具有一定的促进排铅功能[130].
  
  5.6 硒多糖的抗菌作用
  
  猪苓中主要活性成分猪苓多糖是一种非特异性细胞免疫刺激剂, 具有抗衰老、提高免疫力、治疗乙型肝炎及抗肿瘤等作用。研究发现, 猪苓多糖及其硒多糖对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、啤酒酵母和黑曲霉抑菌作用存在差异, 即猪苓多糖只对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果明显, 而猪苓硒多糖则对4种菌株的抑菌性能均明显, 表明硒化修饰能提高猪苓多糖的抑菌作用[131].显齿蛇葡萄硒多糖对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、短杆菌、铜绿假单孢菌、巨大芽孢杆菌、大肠杆菌均有一定的抑菌作用[132].
  
  5.7 硒多糖的抗病毒作用
  
  通过建立小鼠艾滋病模型发现, 感染小鼠由于多克隆B细胞被激活而导致血清Ig G明显增高, GSH-Px活力下降, 脂质过氧化产物升高等现象, 这与感染HIV病人的症状是一致的。已知GSH是细胞内主要的抗氧化剂, 具有保护蛋白质巯基还原状态的作用。体外实验证实GSH-Px可抑制TNF-α以及活性氧类, 激活处于潜伏期的HIV进行转录和复制。人工给药箬叶硒多糖 (Se-Ps) 可抑制感染小鼠GSH-Px活力下降, 并保持正常的水平, 从而达到抑制艾滋病病毒的作用[133].这种抗病毒作用可能是由于多糖大分子机械性或化学性地结合到HIV-1的gp120分子上, 遮盖了病毒与细胞的结合位点, 从而竞争性地封锁了病毒感染细胞[134].
  
  6 展望
  
  多糖在中草药中广泛存在, 资源极其丰富。许多中药多糖本身就是广谱的非特异性免疫促进剂, 并且对人体正常细胞无不良效应。硒与多糖的结合, 使其同时具有多糖和硒两种功效, 同时硒多糖既克服了硒难以吸收且治疗剂量与中毒剂量近的弊端, 又具有多糖安全易吸收的特点, 从而显着增加了其抗肿瘤、免疫调节等方面的作用。硒多糖作为有机硒化合物, 是一种较好的生物补硒剂, 具有多种生理活性, 如抗肿瘤、抗氧化、清除自由基、调节免疫功能、抗病毒、降血糖、降血脂等。除此之外, 硒多糖还具有一定的抗突变作用。并且硒多糖作为一种安全有效的免疫反应调节剂, 具有毒性小, 生物利用度高, 药理作用明确等特点[93], 已经用于食品添加剂和作为临床药物用于在化疗时或恢复期的肿瘤病人。
  
  近年来随着对硒多糖研究的逐渐深入, 人们也逐步了解了硒多糖的相关功能, 并且已开始应用于临床和进行相关硒多糖产品的研制, 如复方硒多糖胶囊。复方硒多糖胶囊的主要成分硒酸酯多糖能够补充人体所需的硒元素, 具有补气养血、清热解毒的功效, 可以提升人体免疫机能, 对肿瘤、心脑血管等疾病有良好的预防和治疗作用, 临床上与其他抗肿瘤药物联用亦能发挥良好的协同效应, 并且能够降低化疗药物的毒性。研究发现复方硒多糖胶囊可抑制氧化损伤试剂2, 2?-盐酸脒基丙烷 (AAPH) 诱导的内皮细胞凋亡, 从而具有抗动脉粥样硬化的作用[135].随着社会的不断进步, 人们的生活水平逐渐提高, 对自身的健康关注度的提升, 增加了人们对于更多的硒多糖药品和保健品上市的需求, 体现了对硒多糖研究的良好社会效益和经济效益。因此寻找和开发无污染、低毒副作用、安全有效的药物越来越为科研工作者所重视。
  
  综上所述, 目前国内外发现的硒多糖种类还很有限, 对硒多糖化学结构及体内作用机制尚不完全清楚, 尤其是目前几乎没有关于天然硒多糖具体结构的研究, 新的研究手段和方法如冷冻电镜 (Cryo-EM) 及大量实验数据基础上的生物信息分析技术 (Bioinformatic analysis) 的引入将有助于我们对硒多糖进行更深入的研究。同时, 对药用植物硒多糖的来源、化学结构及作用机制的深入研究, 可以进一步增强硒多糖的利用效率和扩大硒多糖的获得途径, 包括生物来源和非生物来源。本文系统总结了已知药用植物硒多糖的来源、化学结构和生理活性等, 对今后硒多糖结构与生物功能研究及其在保健或药物方面的开发利用具有重要的参考价值。
  
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