劉博，陳融，陳凱，王米

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院上海獸醫(yī)研究所，上海 200241)

葡聚糖是一類(lèi)非淀粉多糖, 在自然界中含量豐富, 普遍存在于細(xì)菌、真菌、酵母和植物的細(xì)胞壁中，根據(jù)葡聚糖鏈內(nèi)的聯(lián)系，將它們分為α-連接葡聚糖或β-連接葡聚糖。β-葡聚糖具有增強(qiáng)機(jī)體免疫、降低血糖、降低膽固醇、抗菌抗病毒、抗腫瘤和調(diào)節(jié)腸道健康等多種生物活性功能。啤酒酵母細(xì)胞壁的主要成分中80%～90% 是β-葡聚糖和甘露寡糖，又因啤酒酵母價(jià)格便宜，來(lái)源途徑多，功效較好，所以從啤酒酵母中得到的酵母β-1,3-葡聚糖最為常用，科學(xué)界對(duì)釀酒酵母葡聚糖的研究也非常廣泛。酵母β-D-葡聚糖不具有水溶性, 呈中性, 不帶電荷，但葡聚糖經(jīng)硫酸化修飾后，其水溶性、抗氧化性、抗炎功能、抗腫瘤功能及免疫調(diào)節(jié)功能會(huì)發(fā)生很大的變化。葡聚糖是高分子質(zhì)量的葡萄糖聚合物, 這類(lèi)多聚物人工合成非常困難, 需從自然界生物中提取得到，通過(guò)對(duì)葡聚糖進(jìn)行硫酸化修飾，可增強(qiáng)其生物活性功能或得到具有新功能的硫酸化葡聚糖。本文綜述了國(guó)內(nèi)外近幾年硫酸化葡聚糖的研究進(jìn)展，并探討了其作為飼料添加劑的應(yīng)用前景，期望為國(guó)內(nèi)相關(guān)的學(xué)術(shù)研究提供建議與幫助。

1 常見(jiàn)的葡聚糖及其生物活性功能

1.1 免疫調(diào)節(jié)及抗腫瘤作用

β-葡聚糖是酵母細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)聚合物,β-葡聚糖因其在保健和美容領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注。β-(1，3)-葡聚糖具有免疫調(diào)節(jié)作用，它是細(xì)菌和真菌細(xì)胞壁的抗原成分之一，β-(1，3)-葡聚糖和特殊的微囊(用二酰氯和二乙烯三胺進(jìn)行界面縮聚得到)結(jié)合，能夠被人單核細(xì)胞源巨噬細(xì)胞吞噬，并刺激細(xì)胞因子分泌，參與微生物多糖吞噬機(jī)制和免疫調(diào)節(jié)作用，并且細(xì)胞中有多個(gè)受體參與識(shí)別和吸收這些與微囊結(jié)合的β-(1，3)-葡聚糖[1]。酵母β-葡聚糖有潛力作為佐劑用于減輕化療誘導(dǎo)患者的免疫抑制，有體內(nèi)試驗(yàn)表明，口服酵母葡聚糖可有效緩解吉西他濱誘導(dǎo)的全血細(xì)胞減少癥相關(guān)的骨髓抑制，此外，口服β-葡聚糖可顯著誘導(dǎo)吉西他濱治療小鼠脾細(xì)胞中干擾素-γ和白細(xì)胞介素-2(IL-2)的表達(dá)[2]。食用菌耳木耳中的β(1，3)-葡聚糖對(duì)吞噬細(xì)胞和感染新型隱球菌的小鼠具有免疫刺激活性,木耳中β(1，3)-葡聚糖含有外多糖(EPS),EPS與模式識(shí)別受體樹(shù)突狀細(xì)胞相關(guān)性C型植物血凝素(dectin-1)結(jié)合后使巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞活化，M2樣表型巨噬細(xì)胞(支持新生隱球菌在細(xì)胞內(nèi)存活和復(fù)制)重新極化為M1型巨噬細(xì)胞，從而有效地殺死新生球菌，并且該葡聚糖可以作為疫苗或抗真菌藥物的佐劑[3]。瘤胃粘膜上皮可分泌防御素，防御素在先天免疫和適應(yīng)性免疫中起關(guān)鍵作用，被認(rèn)為是抗生素的潛在替代物。其中，綿羊β-防御素-1(SBD-1)是綿羊瘤胃上皮細(xì)胞(OREC)產(chǎn)生的最有效分子之一,β-葡聚糖能夠誘導(dǎo)OREC釋放SBD-1，是一種安全有效的免疫激活劑，能刺激先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)[4]。研究表明，以1 mg/d的重復(fù)劑量口服葡聚糖，可顯著增加小鼠多形核白細(xì)胞和外周單核細(xì)胞數(shù)量，增加肺泡巨噬細(xì)胞數(shù)量和體外念珠菌活性，能顯著提高念珠菌脾臟細(xì)胞的活性[5]。在分子水平上，釀酒酵母源β-D-葡聚糖能降低活性氧水平，減輕小鼠DNA損傷以及細(xì)胞凋亡，可提高輻射小鼠血漿放射性保護(hù)細(xì)胞因子水平，調(diào)控照射后骨髓基質(zhì)細(xì)胞的基因表達(dá)，參與機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)活動(dòng)[6]。

1.2 抗菌抗病毒作用

β-葡聚糖如香菇多糖、酵母葡聚糖等能有效抵抗細(xì)菌感染。香菇多糖增加大鼠巨噬細(xì)胞對(duì)結(jié)核分枝桿菌的殺傷能力，減少大鼠結(jié)核分枝桿菌感染[7-8]。酵母葡聚糖能有效治療小鼠炭疽桿菌感染[9]，增加相關(guān)細(xì)胞因子IL-2和IL-10水平。酵母葡聚糖能有效治療金黃色葡萄球菌感染，該菌株是β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素包括青霉素的耐藥菌株，可提高80%的患者的生存率[10]。

β-葡聚糖通過(guò)調(diào)控細(xì)胞免疫和體液免疫反應(yīng)可以控制慢性乙型肝炎病毒感染[11]。小鼠注射乙肝病毒MHV-A59株，酵母葡聚糖可通過(guò)抑制細(xì)胞壞死和激活吞噬細(xì)胞增加感染細(xì)胞的存活[12]。酵母多糖靠刺激補(bǔ)體系統(tǒng)和γ-干擾素激活的Th細(xì)胞調(diào)控的免疫，提高接種HIV疫苗的人的免疫反應(yīng)[13]。β-葡聚糖可降低感染流感病毒的豬細(xì)胞中病毒的核酸水平，增加其γ-干擾素和一氧化氮水平[14]。

1.3 調(diào)節(jié)腸道菌群作用

我們檢索了近些年的研究，發(fā)現(xiàn)多種葡聚糖均能調(diào)節(jié)菌群結(jié)構(gòu)，促進(jìn)腸道內(nèi)益生菌的增值：幾丁質(zhì)-葡聚糖(CG)是一種有價(jià)值的新型益生元化合物，可添加到人類(lèi)飲食中，能重新建立或加強(qiáng)哺乳動(dòng)物腸道中的雙歧桿菌定居和增值[15]；釀酒酵母(SGSC)的硫酸化酵母β-葡聚糖在按體重4 mg/kg時(shí)，SGSC能顯著提高法氏囊指數(shù)、IFN-γ和IL-6濃度，降低TGF-β1濃度，促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖，能有效降低法氏囊組織病理學(xué)改變，改善雞盲腸內(nèi)容物中雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量，有效減輕免疫抑制，調(diào)節(jié)腸道有益微生物群[16]；酵母β-葡聚糖+牛酪蛋白水解物的補(bǔ)充抑制了炎癥性NFkappab途徑，酵母β-葡聚糖+牛酪蛋白水解物的膳食補(bǔ)充劑可以恢復(fù)斷奶仔豬腸道的穩(wěn)態(tài)，類(lèi)似于廣泛使用的氧化鋅，并有可能取代氧化鋅,但是單獨(dú)補(bǔ)充酵母β-葡聚糖或牛酪蛋白水解物并不能改善腸道健康[17]。有證據(jù)表明，燕麥β-葡聚糖和其水解產(chǎn)物均能促進(jìn)糞便乳酸桿菌計(jì)數(shù)的增長(zhǎng)[18]。

1.4 抗肥胖和降低膽固醇作用

一些葡聚糖具有抗肥胖的作用，如食用菌云芝中的一種蛋白結(jié)合β-葡聚糖(PBG)是一種有效的抗肥胖成分，PBG可能通過(guò)微生物量依賴(lài)(特異性微生物群豐富)和非依賴(lài)(調(diào)節(jié)宿主代謝)的方式發(fā)揮其抗肥胖作用，減輕高脂飲食(HFD)小鼠的肥胖和代謝性炎癥[19]。

β-葡聚糖具有降膽固醇作用，如大麥β-葡聚糖通過(guò)使腸道發(fā)酵、抑制腸道膽固醇吸收、增加膽汁酸排泄及其合成，能使體內(nèi)短鏈脂肪酸(SCFAs)濃度增加，表明β-葡聚糖分子量的增加促進(jìn)了后腸發(fā)酵，這也可能在降低膽固醇水平中起到作用[20]。燕麥混合連接β-葡聚糖已被證明能夠使近端腸道消化黏度的增加，降低空腹血膽固醇濃度[21]。

1.5 抗炎抗氧化作用

研究表明，香菇-β葡聚糖能夠顯著改善硫酸葡聚糖鈉(DSS)誘導(dǎo)的小鼠癥狀,緩解結(jié)腸炎癥，減輕結(jié)腸組織病理?yè)p傷,降低結(jié)腸組織中髓過(guò)氧化物酶(MPO)、丙二醛(MDA)和一氧化氮(NO)含量;抑制結(jié)腸組織中的炎癥因子[22]?；覙?shù)花β-葡聚糖能明顯抵抗小鼠的急性、慢性炎癥;另外也對(duì)化學(xué)刺激引起的小鼠疼痛反應(yīng)有明顯鎮(zhèn)痛作用。另有研究表明，燕麥麩β-葡聚糖能提高糖尿病小鼠的抗氧化能力,但對(duì)正常小鼠沒(méi)有影響，燕麥β-葡聚糖對(duì)大鼠脂質(zhì)過(guò)氧化有一定的抑制作用[23]。

2 常見(jiàn)葡聚糖的毒性研究進(jìn)展

適當(dāng)劑量的葡聚糖基本無(wú)毒，不具有任何遺傳毒性。β-葡聚糖是一種水溶性細(xì)胞壁多糖，有研究表明，即使在大劑量、長(zhǎng)時(shí)間(28 d)食用濃縮大麥β-葡聚糖后，也不會(huì)對(duì)大鼠產(chǎn)生任何明顯的毒性跡象[24]。β-(1，6)-D-葡聚糖型真菌外多糖28 d亞慢性處理小鼠，研究對(duì)小鼠的毒性，發(fā)現(xiàn)不會(huì)引起導(dǎo)致健康小鼠出現(xiàn)毒性癥狀的血液學(xué)和組織病理學(xué)的改變[25]。真菌β-D-葡聚糖是一種生物反應(yīng)調(diào)節(jié)劑(BRM)，但其在水介質(zhì)中的相對(duì)不溶性是臨床應(yīng)用的主要障礙，用硫酸化法從不溶性β-葡聚糖(IGL)中提取可溶性硫酸化β-葡聚糖(SGL)，在7 d的單劑量毒性研究中，在劑量率低于按體重2 000 mg/kg硫酸化β-葡聚糖的情況下，對(duì)大鼠體重和食物消耗沒(méi)有明顯的負(fù)面影響，未檢測(cè)到表明毒性的臨床病理、功能/行為或大體觀(guān)察結(jié)果，大鼠按體重2 000 mg/kg硫酸化β-葡聚糖處理后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)化學(xué)修飾的硫酸化β-葡聚糖比不溶性β-葡聚糖毒性低[26]。并且，有研究通過(guò)Ames 試驗(yàn)、小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核試驗(yàn)和小鼠精子畸形試驗(yàn)已經(jīng)證明β-1,3-D-葡聚糖不具有遺傳毒性[27]。一種新的β-葡聚糖BR(包含β-(1，3)主鏈和β-(1，6)支鏈葡萄糖殘基)對(duì)大鼠每日灌胃，連續(xù)28 d，結(jié)果顯示，大鼠血液學(xué)和生化分析均在正常范圍內(nèi)，無(wú)任何毒性，并且BR和兩種商用β-葡聚糖(酵母聚糖(zy)和大麥β-葡聚糖(gb))處理原始264.7巨噬細(xì)胞(raw)細(xì)胞，能調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的功能，是有效的免疫調(diào)節(jié)劑[28]。從蘑菇中制備β-葡聚糖連續(xù)90 d以不同的劑量處理斯普拉格-道利大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在用藥量為按體重2 000 mg/kg時(shí)，β-葡聚糖對(duì)大鼠無(wú)任何遺傳毒性。其他的一些急性、亞慢性毒性研究也證實(shí)，酵母源β-葡聚糖在適當(dāng)劑量下對(duì)大鼠無(wú)任何毒性作用[29]。因此，葡聚糖和硫酸化修飾葡聚糖對(duì)大鼠均無(wú)毒性，對(duì)小鼠及其他動(dòng)物的毒性作用還需要進(jìn)一步探索。

3 硫酸化修飾對(duì)酵母葡聚糖功能的影響

對(duì)多糖進(jìn)行硫酸化修飾，使多糖內(nèi)增加了新的活性基團(tuán)，可以改變多糖的結(jié)構(gòu)，改變其理化性質(zhì)，增強(qiáng)或者產(chǎn)生新的活性，硫酸化修飾多糖功能的改變?nèi)Q于硫酸基團(tuán)取代位點(diǎn)，同時(shí)，硫酸化修飾多糖有降低多糖分子質(zhì)量，促進(jìn)多糖溶解的作用，如靈芝β-葡聚糖硫酸化衍生物與硫酸化前相比溶解度提高約50倍[30]。

3.1 硫酸化修飾對(duì)葡聚糖抗氧化功能的影響

多糖本身具有抗氧化性，硫酸化修飾后,可以提高多糖的抗氧化活性，經(jīng)硫酸化修飾后通過(guò)改變多糖的極性而增加了其抗氧化能力，研究表明，硫酸化修飾多糖能夠提高其對(duì)氧化損傷細(xì)胞的保護(hù)能力，硫酸化酵母葡聚糖(sGSC)具有水溶性，對(duì)DPPH、超氧化物陰離子、羥自由基具有較高的清除率，具有較好的抗氧化活性[31-32]。

3.2 硫酸化修飾對(duì)多糖抗腫瘤功能的影響

多糖本身具有免疫調(diào)節(jié)及抗腫瘤作用，利用硫酸化修飾方法, 使得多糖分子中的羥基被硫酸基取代，增強(qiáng)了其生物活性，能增強(qiáng)多糖的抗腫瘤活性和使原本不具抗腫瘤功能的多糖產(chǎn)生抗腫瘤功能。通過(guò)硫酸化修飾，可以通過(guò)改變天然多糖原有的硫酸根取代度，或者通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞因子的表達(dá)，或者通過(guò)利用硫酸酯誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡等途徑提高抗腫瘤的能力[33-34]。

3.3 硫酸化修飾對(duì)葡聚糖抗炎功能的影響

某些葡聚糖具有抗炎的功能，研究表明，靈芝β-葡聚糖硫酸化衍生物具有體外抗炎作用，且在一定程度下，濃度越高，抗炎效果越好。硫酸化多糖的體外抗炎活性與其硫酸化衍生物的取代度和重均分子量相關(guān)[35]。

3.4 硫酸化修飾對(duì)葡聚糖其他功能的影響

葡聚糖本身不具有抗凝血功能，經(jīng)過(guò)硫酸化修飾后，可以表現(xiàn)出抗凝血活性，另外，研究表明有些葡聚糖具有抗菌、抗病毒的活性，經(jīng)過(guò)硫酸化修飾，其抗菌、抗病毒能力能夠顯著提高[36-39]。

4 硫酸化葡聚糖的臨床應(yīng)用

4.1 作為疫苗佐劑

硫酸化葡聚糖能提高疫苗的免疫效果。釀酒酵母硫酸化葡聚糖(SGSC)能顯著刺激雞脾淋巴細(xì)胞增殖，能明顯促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖，增強(qiáng)血清蛋白滴度，提高血清IL-2和IFN-γ濃度，提高機(jī)體的免疫功能，能顯著提高新城疫疫苗的免疫效果[40]，另外，SGSC在小鼠模型中對(duì)H5N1疫苗有很好的輔助作用[41]，因此將SGSC作為新型免疫佐劑來(lái)研究開(kāi)發(fā)具有很大的潛力。

4.2 作為飼料添加劑

目前，由于抗生素暴露出眾多問(wèn)題，人們正在尋找合適的物質(zhì)替代抗生素作為飼料添加劑。有研究報(bào)道，β-葡聚糖可用以改善魚(yú)類(lèi)營(yíng)養(yǎng)健康，使腸道群落多樣化，并助于防止病原微生物的入侵和建立，所以可以作為飼料添加劑喂養(yǎng)魚(yú)類(lèi)[42]。酵母源β-葡聚糖可促進(jìn)免疫器官的發(fā)育，能使仔雞平均日增重得到提高, 死亡率降低,在肉雞生長(zhǎng)發(fā)育后階段表現(xiàn)生長(zhǎng)促進(jìn)作用[43]。有研究表明，每隔1周進(jìn)行1次喂養(yǎng)尼羅河羅非魚(yú)β-葡聚糖，能節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)尼羅河羅非魚(yú)的先天免疫能力，增強(qiáng)對(duì)病原菌感染的抵抗力[44]。用含有β-1，3-葡聚糖的飼料喂養(yǎng)大巴賴(lài)氏泥鰍能提高其生長(zhǎng)性能、腸道消化酶活性、紅細(xì)胞吞噬率和溶菌酶活性，并可作為大巴賴(lài)氏泥鰍的抗性物質(zhì)，因此β-1，3-葡聚糖可用來(lái)作為水生動(dòng)物飲食補(bǔ)充物質(zhì)[45]。由于葡聚糖具有眾多的生物活性功能，受到科研工作者的喜愛(ài)，葡聚糖經(jīng)過(guò)硫酸化修飾后，活性功能得到提高，更加有利于促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)，且能降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，是作為飼料添加劑不錯(cuò)的選擇。

5 展望

隨著人們對(duì)天然藥物開(kāi)發(fā)的不斷重視，天然多糖的研究開(kāi)發(fā)取得了巨大的進(jìn)步。通過(guò)各種化學(xué)修飾方法，對(duì)葡聚糖進(jìn)行修飾，得到生物活性更好的葡聚糖，是開(kāi)發(fā)新藥物的一種重要手段。葡聚糖源于自然界，分子質(zhì)量高，不易合成，來(lái)源廣泛，具有多種生物活性，通過(guò)硫酸化修飾，改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子量，能增強(qiáng)其生物活性功能。目前，人們對(duì)硫酸化修飾葡聚糖少有研究，還存在著許多未知等待著人們?nèi)ヌ剿?。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，對(duì)硫酸化葡聚糖的研究會(huì)取得新的突破，進(jìn)一步拓寬人們對(duì)多糖的研究范圍，為新型藥物開(kāi)發(fā)和中獸醫(yī)藥行業(yè)帶來(lái)進(jìn)步。