郭默然，張鵬英，郭艷玲，3，陳靠山*

1山東大學生命科學學院和國家糖工程技術(shù)研究中心;2山東大學微生物技術(shù)國家重點實驗室，濟南 250100;3德州學院農(nóng)學系，德州 253023

牛蒡(Arctium lappa)又名東洋參、大力子、牛鞭菜等，屬菊科2年生大型草本植物，在我國從東北到西南均有野生分布，后傳入日本馴化成蔬菜種植。牛蒡根中含有大量菊糖和少量棕櫚酸，且維生素和礦物質(zhì)含量豐富均衡，綜合營養(yǎng)價值遠遠高于其他蔬菜。同時，牛蒡子、根均可入藥，改善體內(nèi)循環(huán)，尤其對糖尿病、高血脂、性機能減退、風濕、肝毒、便秘等有顯著療效［1，2］，對治療 HIV 也有一定作用［3］?，F(xiàn)在對牛蒡研究開始于90年代，主要是對其有效成分的提取和鑒定，如采取雙酶法提取牛蒡根中水溶性膳食纖維［4］，通過超聲波輔助法提取多酚［5］，用硅膠色譜柱法分離純化牛蒡有效成分的化合物［6］，用高效液相色譜法從牛蒡根和葉子中提取活性組分［7］。但是對牛蒡有效活性成分及其作用機制的報道較少，特別是對小分子有效成分及其活性的研究有限。

牛蒡低聚果糖(burdock fructooligosaccharide，BFO)是從牛蒡根中提出的水溶性菊糖型低聚糖，由呋喃型的果糖與吡喃型的葡萄糖構(gòu)成。目前，對于BFO活性研究發(fā)現(xiàn)其具有廣泛的生理活性，不僅可以作為免疫刺激劑，提高動物的免疫力，提高若干免疫因子的含量和抗腫瘤;還能誘導植物產(chǎn)生系統(tǒng)性抗性，抵抗多種病害，增加果實產(chǎn)量。下面主要從動物和植物兩個方面進行綜述。

1 BFO對動物的生理效應(yīng)

1.1 整體水平

BFO能夠明顯提高動物免疫力、促進其生長增肥。飼料中添加BFO可顯著促進大菱鲆(Scophthalmus maximus)的生長，從而提高其對飼料的利用率，并顯著提高大菱鲆多種免疫相關(guān)酶:酸性磷酸酶、溶菌酶、超氧化物歧化酶等的活性及血液中白細胞對金葡菌的吞噬活性，增強免疫活性，提高了非特異性免疫力。此外，BFO還能夠有效地改善魚體的營養(yǎng)成分和肌肉品質(zhì)［8］。200 mg/kg/day的BFO灌胃處理42 d后，能夠顯著提高小鼠運動耐力和耐缺氧時間，提高肌、肝糖元含量，降低運動后血乳酸量和血尿素氨的含量［9］。飼料中添加5～10 g/kg的BFO，不僅提高綿羊的飼料轉(zhuǎn)化率和消化率及其日增重，而且提高了綿羊血清免疫球蛋白lgG、IgA水平［10］。此外，BFO灌胃處理也能提高小鼠的脾淋巴細胞增殖及小鼠細胞因子 IL-2、IFN-γ 的分泌［11］。

Dandan Li證實BFO不可被消化，但它可以作為一種益生素促進哺乳動物腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌的生長，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的平衡。有趣的是，BFO不同于其他的菊芋菊糖、長鏈聚糖或其他果糖，不會引起腸道不適如腹脹或暖氣［12］。BFO可以通過激活體液免疫和細胞免疫等多種方式提高腸粘膜淋巴系統(tǒng)的免疫活性，從而局部或整體性調(diào)節(jié)機體免疫功能［13］。BFO能改善末梢組織對胰島素的敏感性，調(diào)節(jié)糖尿病患者的血糖水平;攝入BFO減緩胃排空速度，并且在結(jié)腸發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸，影響小腸對其他物質(zhì)的吸收，對糖尿病有一定的預防作用［14］。魏東等研究表明，不同劑量BFO的灌胃處理，與對照相比，均能顯著提高小鼠抗體生成細胞數(shù)、小鼠巨噬細胞吞噬指數(shù)和小鼠脾臟、胸腺器官重量，降低高脂大鼠的血清總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白水平，降低動脈硬化指標［13，15］。

此外，Cooper PD觀察到菊糖顆粒對小鼠具有抗腫瘤的作用［16］。本實驗室研究也顯示BFO對正常小鼠、環(huán)磷酰胺致免疫低下小鼠和S180肉瘤小鼠的免疫系統(tǒng)均有增強作用，特別是BFO預處理組，不同劑量組的抑瘤率均明顯提高，1000 mg/kg/day劑量組達到33.14%，同時能提高荷瘤小鼠巨噬細胞產(chǎn)生一氧化氮及吞噬活性［13］。以牛蒡中的菊糖為主要成分的依西亞(Essiac)，在臨床上已經(jīng)被證實具有治療并治愈癌癥及其他慢性病的功效［17］。

1.2 細胞水平

Kardo?ova(2003)發(fā)現(xiàn)牛蒡低聚果糖具有鎮(zhèn)咳作用，類似于非麻醉性合成劑。體外胸腺細胞促有絲分裂實驗表明，其效果和商業(yè)的酵母多糖免疫制劑相當［18］。體外研究發(fā)現(xiàn)25 ～1000 μg/mL BFO 能提高小鼠脾淋巴細胞的活性，能明顯促進巨噬細胞酸性磷酸酶的活性，藥劑量為100 μg/mL時就可達到顯著性差異。這說明BFO在機體免疫中可能通過刺激淋巴細胞和巨噬細胞的作用，提高整個免疫系統(tǒng)活性［13］。

此外，前期的工作初步發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞上存在BFO作用的靶位點，但還不清楚是直接作用還是間接作用。與醫(yī)學院的合作發(fā)現(xiàn)，BFO處理能夠緩解小神經(jīng)膠質(zhì)細胞介導的炎癥反應(yīng)，預測BFO處理對與炎癥相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病如阿茲海默病、帕金森氏病等有一定效果，目前研究工作已經(jīng)展開。

2 BFO對植物的效應(yīng)

2.1 誘導抗性

施用適量濃度BFO，能夠促進植物的生長發(fā)育并提高其抗逆性［19］。研究表明，BFO處理可提高植株對灰霉病菌(Botrytis cinerea)，枯萎病(Fusarium vasinfectum)和炭菌病(Colletotrichum gloeosporioides)的抗性［20，21］;BFO預處理可顯著抑制接種葉煙草花葉病毒TMV的復制，增強煙草抗TMV能力［22］。此外，還能促進多種植物種子的萌發(fā)率，例如3g/L BFO溶液對秦艽種子的發(fā)芽率高達87.5%［23］。

BFO處理還可明顯降低多種果蔬采后病害的發(fā)生，延長保存期。5 mg/mL BFO處理番茄，能夠顯著降低果實的自然感病率。初步研究發(fā)現(xiàn)，BFO可以快速誘導番茄體內(nèi)病程相關(guān)蛋白基因(pathogenesis-related，PR)和苯丙氨酸解氨酶基因轉(zhuǎn)錄和表達，在24 h內(nèi)快速增至高峰，且表達量顯著高于蒸餾水處理的對照組;同時提高過氧化物酶活性和酚類物質(zhì)含量［24］。

2.2 誘導揮發(fā)性物質(zhì)

揮發(fā)性物質(zhì)是植物代謝的一個重要類群，可以由植物多種組織合成和釋放，大部分具有抗菌活性，是植物抗性的物質(zhì)基礎(chǔ)和抵御病原侵染的化學防御因素;其中一些組分是防御基因表達的調(diào)節(jié)因子，是病原侵染過程中植株組織間或相鄰植株間傳遞信息的信號分子，在植物防御、通訊及提高耐受性中發(fā)揮著重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，BFO處理開花期番茄植株120 h后，葉片揮發(fā)性物質(zhì)大幅度增加，總量增加為對照組的2.34倍。幼葉單萜類和倍半萜類化合物釋放量顯著降低，大多數(shù)脂肪酸衍生物和芳香族化合物類揮發(fā)性組分釋放量在48 h內(nèi)升高。其中，反式-2-己烯醛釋放量增加為對照組的148.0%［27］。而反式-2-己烯醛在濃度為10 μmol/L時就能完全抑制番茄病原真菌灰葡萄孢和尖鐮孢子萌發(fā)［27，28］。此外，反式-2-己烯醛還能夠抑制TMV在煙草葉片中的增殖;對黃瓜種子具有化感作用，并呈“低促高抑”趨勢，改善黃瓜幼苗生理生化活動，進而提高植株的抗逆、抗病性［29］。此外，BFO對不同的葉齡番茄葉片揮發(fā)性物質(zhì)釋放的誘導特性也不同，幼葉脂肪酸衍生物的釋放量在24 h內(nèi)顯著增加，而衰老葉單萜類的釋放量增加則更為顯著［30］。

2.3 BFO誘導機制

基于第二代測序技術(shù)-數(shù)字基因表達譜可以準確、特異地反映基因的真實表達情況，我們以煙草為實驗材料，蒸餾水處理為對照，整體研究了BFO處理1h后的表達差異基因。表達譜發(fā)現(xiàn)BFO處理煙草后412個基因表達出現(xiàn)差異(倍數(shù)差異在2倍以上且FDR＜0.01)，其中169個顯著上調(diào)表達基因，243個顯著下調(diào)表達基因?；虮倔w論分析顯示，差異表達基因主要集中參與在植物應(yīng)激反應(yīng)，防御反應(yīng)，次生物質(zhì)及RNA合成，激素響應(yīng)以及信號傳導等方面［31］。

植物對病原體的誘導抗性按照不同的信號通路可分為系統(tǒng)獲得性抗性(systemic acquired resistance，SAR)和誘導系統(tǒng)抗性(induced systemic resistance，ISR)。其中，SAR的發(fā)生伴隨著系統(tǒng)性水楊酸(salicylic acid，SA)含量的增加和病程相關(guān)蛋白質(zhì)的表達。SA是植物體內(nèi)普遍存在的一種內(nèi)源性激素，能夠被病原菌誘導產(chǎn)生，作為植物抗病反應(yīng)的信號分子，還參與PRs抗性基因的誘導合成。對煙草植物外源施用BFO后，可以快速誘導煙草局部葉和系統(tǒng)葉SA和葡糖基水楊酸(salicylic acid 2-O-β-D-glucose，SAG)含量的升高。而SA的累積進而誘導防衛(wèi)基因PR的表達，從而形成大范圍廣譜性的抗性［25］。經(jīng) BFO 處理可誘導 PR-2，PR-3，PR-4 以及PR-5在植物體內(nèi)表達，且都呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢［22］。上述抗病相關(guān)蛋白基因在不同葉齡煙草葉片中都表達，并且都表現(xiàn)出幼葉中表達量最高，成熟葉次之，老葉中最弱的趨勢。用熒光探針H2DCFDA標記原生質(zhì)體，熒光顯示BFO處理30 min即可誘導活性氧在煙草中積累，6 h后達到高峰［22］。但BFO并不引起煙草產(chǎn)生過敏反應(yīng)，這與Shibuya等人觀點一致即寡糖激發(fā)子不會導致植物產(chǎn)生過敏性細胞死亡［26］。

3 討論

牛蒡低聚果糖是一個生物結(jié)構(gòu)明確、生物活性廣泛的多糖，具有廣闊的開發(fā)和利用前景。到目前為止，對于其研究越來越多。BFO對機體有獨特的生理作用，它不僅可以提高腸粘膜淋巴系統(tǒng)的免疫活性，從而提高動物機體免疫力，還可以通過處理荷瘤小鼠或預給藥，治療效果顯著。但是，其藥理活性的機制方面的研究工作有待進一步系統(tǒng)的開展。此外，BFO還可以誘導植物產(chǎn)生系統(tǒng)性抗性，增強植物抗病原體及抗病毒的能力。因此，如此活性廣泛的BFO有必要進行更深入的研究，有望成為提高免疫或抗腫瘤臨床輔助用藥或者作為植物誘導子用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

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