劉月新，劉倩倩，廖穎妍，謝菁琛，林麗美

（1.湖南中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410208；2.湖南中醫(yī)藥大學(xué) 湘產(chǎn)大宗藥材品質(zhì)評(píng)價(jià)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410208）

中藥玉竹是百合科黃精屬植物玉竹Polygonatum odoratum（Mill.） Druce 的干燥根莖[1-2]，別名葳蕤、萎蕤、女萎等，是湘產(chǎn)大宗道地藥材之一?！吨兴幋筠o典》中有對(duì)玉竹功效的相關(guān)記載，其主治“煩渴，虛勞發(fā)熱，消渴善饑，小便頻數(shù)?！?即患者出現(xiàn)糖尿病“三多”（多飲、多食、多尿）的癥狀[3]時(shí)，玉竹可恰好對(duì)應(yīng)其癥狀除之。另玉竹入肺、胃二經(jīng)，液多甘潤(rùn)而涼，能生津止渴、清熱潤(rùn)燥，使津液生、燥熱去，則消渴諸癥自除，切中該病之關(guān)鍵病理機(jī)制，乃治消渴妙藥，古今皆乃同見(jiàn)[4-5]。此外，玉竹還能與其它藥物或相須、或相使，行協(xié)同增效之功，可以認(rèn)為它是現(xiàn)代治療糖尿病的不可或缺之藥。

目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者對(duì)玉竹的主要活性成分玉竹多糖進(jìn)行了廣泛研究，現(xiàn)有研究成果發(fā)現(xiàn)，其具有降血糖、抗腫瘤、抗衰老、調(diào)節(jié)糖脂代謝、以及促進(jìn)人體自身免疫調(diào)節(jié)等多種藥理活性，在醫(yī)藥、功能性食品等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景[6-7]。但由于多糖結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，且常和一些蛋白質(zhì)、色素及醇不溶的低聚糖等物質(zhì)混合存在，分離純化比較困難，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也不易控制，故現(xiàn)有研究多數(shù)是以玉竹多糖的粗提取物為物質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行的。這就造成難以說(shuō)明玉竹粗多糖產(chǎn)生作用的成分究竟是中性多糖還是酸性多糖，是高分子量的多糖還是低分子量的多糖等一系列問(wèn)題。目前離深入全面地揭示玉竹多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)及其構(gòu)效關(guān)系還有相當(dāng)大的距離。

本研究對(duì)玉竹多糖結(jié)構(gòu)及其降血糖活性和作用機(jī)制進(jìn)行綜述，為玉竹類降糖產(chǎn)品的生產(chǎn)和質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)防治糖尿病及其并發(fā)癥具有重要意義。

1 玉竹多糖結(jié)構(gòu)特征研究

中藥玉竹所含化學(xué)成分主要有甾體皂苷類、多糖類、黃酮及其糖苷類，以及多種蒽醌類化合物，此外還包含部分氨基酸、揮發(fā)油和多種微量元素等[8]。其中，含量最高的多糖是一種純天然的分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子碳水化合物，在結(jié)構(gòu)研究時(shí)，一般將它分為一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)，一級(jí)結(jié)構(gòu)是指多糖的平面結(jié)構(gòu)，而高級(jí)結(jié)構(gòu)是指多糖的空間立體構(gòu)象?，F(xiàn)代科學(xué)研究中多糖已發(fā)展成為除蛋白質(zhì)、核酸以外的另一類重要的生物大分子。多糖的生物活性依賴其分子結(jié)構(gòu)特征，不同的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生不同的藥理活性[9-11]。

玉竹多糖是玉竹的活性成分之一，含量為6.51% ～10.27%。不同的玉竹多糖中單糖的種類和比例各不相同，其中，半乳糖、果糖、甘露糖、葡萄糖所占比例較大，此外，還含有少量的鼠李糖、阿拉伯糖和半乳糖醛酸[12-13]。研究表明[14-15]，玉竹多糖主要由玉竹粘多糖和玉竹果聚糖共同組成，玉竹粘多糖的組成是D-果糖∶D-甘露糖∶D-葡萄糖∶D-半乳糖醛酸= 6 ∶3 ∶1 ∶1.5，玉竹果聚糖有 A、B、C、D 四種，其組成為葡萄糖和果糖，組成比分別為97.5 ∶2.6、96.2 ∶3.8、95.3 ∶4.8、90.4 ∶9.6。此外，有研究通過(guò)毛細(xì)管區(qū)帶電泳法測(cè)得玉竹多糖主要由阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖等組成[16]，這與上述文獻(xiàn)研究結(jié)果有一定差異，原因有可能是一方面分析檢測(cè)采用的薄層色譜法分辨率不同；另一方面也可能與品種遺傳基因差異、藥材采摘時(shí)間和不同產(chǎn)地等因素有關(guān)。

1.1 玉竹多糖一級(jí)結(jié)構(gòu)研究

目前，玉竹多糖研究最多的還是一級(jí)結(jié)構(gòu)，多數(shù)玉竹多糖的結(jié)構(gòu)解析還停留在一級(jí)結(jié)構(gòu)的探索階段，表征也并不完善。玉竹多糖一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究主要是確定其分離純化方式、分子量大小、單糖組成及比例、糖苷鍵類型等方面。研究發(fā)現(xiàn)，玉竹多糖分子量從數(shù)千至數(shù)百萬(wàn)不等，其組成及比例也不盡相同。

王強(qiáng)等[17]采用DEAE-纖維素層析柱和Sepharose CL-6B 凝膠柱從玉竹中分離純化得到一種玉竹中性多糖，平均分子質(zhì)量為1.21×106Da，主要由甘露糖和葡萄糖組成，摩爾比為5 ∶1，另外還含有少量半乳糖。鄭爽[18]利用DEAE-52 纖維素柱得到玉竹多糖POP-a，經(jīng)SephadexG-200 凝膠柱層析得到組分POP-a1，其分子量約為2 734。彭永健[19]通過(guò)DEAE Sapharose Fast Flow 陰離子交換層析和Sephacryl S 系列凝膠柱層析從玉竹粗多糖中分離純化得到四個(gè)組分，測(cè)得其中POP2、POP3 和POP4 的分子量分別為：不足1.0 × 103Da、大于2.0 × 106Da 和2.5 × 103Da。孫平等[20]通過(guò)高精度透析袋得到玉竹 多 糖POPS-A 和POPS-B，POPS-B 經(jīng)Sephadex G-75 柱進(jìn)一步純化，得到兩個(gè)組分POPS-B1 和POPS-B2，并測(cè)得POPS-B1 分子量為2 800，它主要由甘露糖和葡萄糖組成，摩爾比為2.32 ∶1。李鐘等[21]從玉竹中分離純化得到一種玉竹酸性多糖POAP80，測(cè)定其主要含有葡萄糖、甘露糖、半乳糖和半乳糖醛酸，比例為0.93 ∶2.65 ∶29.38 ∶3.47。

1.2 玉竹多糖高級(jí)結(jié)構(gòu)研究

由于多糖本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，多糖的空間立體結(jié)構(gòu)相較初級(jí)結(jié)構(gòu)，對(duì)其生物活性的影響更大。多糖高級(jí)結(jié)構(gòu)儀器分析方法主要有核磁共振法（NMR）、差示掃描量熱法（DSC）、圓二色譜法（CD）、X 射線衍射法（XRD）、掃描電鏡（SEM）和原子力顯微鏡法（AFM）等[22]。隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)多糖結(jié)構(gòu)的分析新增了生物學(xué)方法，如特異性糖苷鍵酶切法和免疫學(xué)方法。然而，由于多糖的結(jié)構(gòu)比蛋白質(zhì)和核酸更加復(fù)雜多變，目前對(duì)玉竹多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)研究還不足。

姜慧妍等[23]通過(guò)水提醇沉法得到玉竹粗多糖YZC，YZC 經(jīng)AB-8 大孔吸附樹脂和DEAE-52 纖維素柱層析純化后得組分YZ-2，分子量約為5 345.3Da，主要由甘露糖、半乳糖、葡萄糖和少量的阿拉伯糖組成，其 摩 爾 比 為1.000 ∶1.995 ∶0.334 ∶0.074。SEM顯示YZ-2 形態(tài)為片狀、塊狀結(jié)構(gòu)，且表面緊密平整，有大小不一的孔隙分布。AFM 推測(cè)YZ-2 分子糖鏈之間是相互聚集并存在分支?；暨_(dá)等[24]實(shí)驗(yàn)表明，玉竹多糖PORPs 的總糖含量（76.26 ± 1.53）%，蛋白含量（0.21 ± 0.09）%，糖醛酸含量2.27%。單糖組成為甘露糖∶葡萄糖醛酸∶半乳糖醛酸∶葡萄糖∶阿拉伯糖∶巖藻糖 = 18.30 ∶0.81 ∶1.46 ∶41.83 ∶1.53 ∶1.06。并對(duì)其高級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，AFM 測(cè)定PORPs形態(tài)為圓頂形顆粒狀，直徑范圍在70 ～ 240 nm。SEM 圖顯示PORPs 相互聚集出現(xiàn)致密光滑，帶褶皺的片狀結(jié)構(gòu)。宗鑫妍等[25]采用熱水浸提法獲得玉竹多糖POA，再進(jìn)一步利用乙醇分級(jí)沉淀法分離純化得到均一性較好的組分POA-70P 和POA-70S，POA-70P 和POA-70S 主要由中性多糖組成，相對(duì)分子質(zhì)量分別為4.51 × 104Da 和3.89 × 103Da，POA-70S 中存在果糖、巖藻糖、葡萄糖和甘露糖，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為69.05 ∶3.85 ∶2.65 ∶0.30；POA-70P中存在甘露糖、葡萄糖、半乳糖以及少量的阿拉伯糖和半乳糖醛酸，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為36.67 ∶1.63 ∶8.73 ∶5.36 ∶0.99。并分析測(cè)定它們的高級(jí)結(jié)構(gòu)，POA-70S 的均一性較好，SEM 顯示POA-70S 呈現(xiàn)出光滑片狀無(wú)定型固體形貌特點(diǎn)。POA-70P 形態(tài)是細(xì)長(zhǎng)的絲狀纏繞成非均勻的網(wǎng)狀和小球狀結(jié)構(gòu)。劉敏[26]發(fā)現(xiàn)玉竹多糖NPOP60-I 單糖組成及摩爾比為甘露糖∶葡萄糖∶半乳糖=1.00 ∶12.07 ∶9.55。玉竹多糖POAP60-I 單糖組成及摩爾比為甘露糖∶鼠李糖∶半乳糖醛酸∶葡萄糖∶半乳糖∶阿拉伯糖=1.00 ∶0.82 ∶0.22 ∶12.61 ∶4.87 ∶2.23。并測(cè)定探求它們的高級(jí)結(jié)構(gòu)，SEM 顯示NPOP60-I 為規(guī)則片狀形態(tài)，并呈現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)聚集分布的結(jié)構(gòu)，折疊近成團(tuán)，說(shuō)明其高度聚集性，其糖鏈在平面疊加時(shí)有一定的方向性。POAP60-I 形貌主要為纖維狀結(jié)構(gòu)，并相互纏繞呈樹丫狀空間構(gòu)象，這可能與多糖分子間有較強(qiáng)的相互作用力有關(guān)，說(shuō)明糖鏈上可能具有分支結(jié)構(gòu)。

迄今為止，研究發(fā)現(xiàn)的玉竹多糖的組分名稱、分子量、單糖組成和主要高級(jí)結(jié)構(gòu)信息特征，見(jiàn)表1。

表1 玉竹多糖結(jié)構(gòu)特征Tab.1 Structural characteristics of Polygonatum odoratum polysaccharide

2 玉竹多糖降糖活性作用機(jī)制研究

中藥玉竹的臨床應(yīng)用具有悠久的歷史。當(dāng)前，人們積極在研究實(shí)踐中尋找各種天然的無(wú)毒副作用的降糖藥物，目前已發(fā)現(xiàn)超過(guò)200 種的植物具有治療糖尿病的功效，而玉竹正是其中之一。丁登峰等[27]通過(guò)建立鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型，研究玉竹多糖對(duì)其血糖的影響，結(jié)果表明玉竹多糖可明顯降低大鼠血糖。

多糖作為一種活性成分，其在體內(nèi)可以通過(guò)多機(jī)制和多環(huán)節(jié)用于糖尿病的治療。目前，對(duì)玉竹多糖結(jié)構(gòu)及其藥理作用機(jī)制的研究仍不夠全面和深入，對(duì)玉竹活性成分及其降糖作用機(jī)制的研究將是未來(lái)開(kāi)發(fā)治療糖尿病及其并發(fā)癥天然藥物的熱點(diǎn)與重點(diǎn)，具有較高的科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值。一般來(lái)說(shuō)，多糖降糖作用并不是單一機(jī)制，它可能是多種作用機(jī)制共同協(xié)作而實(shí)現(xiàn)。相關(guān)作用機(jī)制分析如下：

2.1 保護(hù)胰島β 細(xì)胞免受損傷，促進(jìn)胰島素分泌

胰島素是人體內(nèi)唯一產(chǎn)生降血糖作用的激素，是體內(nèi)胰臟的胰島β 細(xì)胞受內(nèi)源或外源性物質(zhì)刺激而分泌的一種蛋白質(zhì)激素，若胰島β 細(xì)胞結(jié)構(gòu)或功能受損，就會(huì)使體內(nèi)胰島素分泌不足，從而導(dǎo)致糖尿病。

謝建軍等[28]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)建立四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型，玉竹多糖可改善大鼠體重降低，并可明顯降低空腹血糖的升高幅度，進(jìn)而證明玉竹多糖具有改善糖代謝紊亂、抗氧化應(yīng)激、減輕胰島β細(xì)胞損傷的作用。

2.2 提高胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗

在2 型糖尿病發(fā)病機(jī)制中，胰島素抵抗是其主要致病因素之一，它的主要特點(diǎn)是機(jī)體的靶組織對(duì)胰島素反應(yīng)不敏感，外周組織利用體內(nèi)葡萄糖水平下降，肝臟細(xì)胞不能有效抑制糖異生和糖原分解，即胰島素抑制肝臟葡萄糖輸出能力下降，造成血糖調(diào)節(jié)能力紊亂。

楊鐵琦等[29]采用高脂飲食和化學(xué)藥物STZ 聯(lián)合建立糖尿病老年大鼠模型，從而研究玉竹多糖對(duì)胰島素細(xì)胞的破壞有抑制作用，結(jié)果證明玉竹多糖可改善體內(nèi)胰島素功能，提高胰島素的敏感性，對(duì)治療糖尿病有一定效果。季峰等[30]通過(guò)建立糖尿病小鼠模型，發(fā)現(xiàn)玉竹多糖能夠顯著降低血清葡萄糖和甘油三脂水平，提高血清胰島素水平，改善胰島素功能，具有顯著的降糖作用。

2.3 緩解細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激作用

BROWN LEE M 提出[31]，作為糖尿病及相關(guān)并發(fā)癥的罪魁禍?zhǔn)祝趸瘧?yīng)激作用貫穿于2 型糖尿病及其并發(fā)癥整個(gè)過(guò)程，是其共同的發(fā)病基礎(chǔ)。玉竹多糖具有明顯的抗氧化生物活性，它首先通過(guò)提高體內(nèi)超氧化物歧化酶的活性，增強(qiáng)體內(nèi)清除氧自由基的能力，進(jìn)而抑制脂質(zhì)過(guò)氧化，降低丙二醇含量，減少氧自由基對(duì)胰島細(xì)胞的破壞，從而達(dá)到減輕胰腺組織損傷，維持及促進(jìn)胰島素的分泌，最終使糖代謝途徑保持正常運(yùn)行，產(chǎn)生降低效果。

王世偉等[32]采用高糖高脂飼料喂養(yǎng)聯(lián)合鏈脲佐菌素誘導(dǎo)建立的糖尿病大鼠模型，分別給予高、中、低不同劑量的玉竹多糖進(jìn)行藥物干預(yù)。研究發(fā)現(xiàn)，玉竹多糖具有明顯降血糖的作用，其機(jī)制可能與抑制p-JNK 及p65NF-κB 蛋白表達(dá)，緩解體內(nèi)氧化應(yīng)激作用及炎癥反應(yīng)，增加和維持胰島素分泌相關(guān)。

2.4 調(diào)節(jié)糖脂代謝，促進(jìn)葡萄糖吸收利用

糖尿病是一種葡萄糖和脂質(zhì)代謝的慢性疾病，玉竹具有調(diào)節(jié)血糖血脂、抗氧化及抗腫瘤等功效。而玉竹多糖作為玉竹中含量最高的活性成分之一，具有調(diào)節(jié)糖脂代謝紊亂的作用，可抑制或減緩肥胖形成，一定程度上促進(jìn)葡萄糖吸收利用，從而達(dá)到降糖目的。

漆宇珊等[33]研究發(fā)現(xiàn)，以?shī)W利司他作為陽(yáng)性對(duì)照藥物，玉竹多糖對(duì)肥胖小鼠模型的糖脂代謝具有明顯調(diào)節(jié)作用，并可抑制高脂飲食引起的體重增加。王曉彤等[34]以高脂飼料-鏈脲佐菌素構(gòu)建的2 型糖尿病大鼠模型，測(cè)定血清中甘油三酯、總膽固醇水平以及坐骨神經(jīng)NGF mRNA 的相對(duì)表達(dá)量。結(jié)果表明玉竹多糖可以明顯改善胰臟功能，增強(qiáng)機(jī)體降糖降脂的作用。

2.5 調(diào)節(jié)信號(hào)通路，糾正糖代謝紊亂

2 型糖尿病往往在體內(nèi)發(fā)生氧化應(yīng)激作用，或產(chǎn)生炎癥因子等急性期反應(yīng)物，導(dǎo)致機(jī)體應(yīng)激分子水平升高，從而抑制或激活相應(yīng)的信號(hào)通路，干擾體內(nèi)胰島素的信號(hào)傳導(dǎo)。PI3K-AKT 通路是胰島素信號(hào)傳導(dǎo)中經(jīng)典的重要通路，研究發(fā)現(xiàn)玉竹多糖可通過(guò)PI3KAKT 信號(hào)通路發(fā)揮促進(jìn)糖消耗及改善IR 的效果，從而降低血糖。

周駿等[35]研究發(fā)現(xiàn)，玉竹多糖能夠明顯改善鏈脲佐菌素-枸櫞酸鈉溶液構(gòu)建的2 型糖尿病大鼠模型的肝臟細(xì)胞病變程度。Western-Blot 結(jié)果顯示玉竹多糖可以上調(diào)Nrf2 介導(dǎo)的HO-1 參與PI3K-AKT 途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞脂代謝過(guò)程，對(duì)2 型糖尿病的治療具有積極作用。肖作奇等[36]研究發(fā)現(xiàn)，玉竹多糖可以提高胰島素誘導(dǎo)的HepG2 細(xì)胞的葡萄糖消耗量，并激活機(jī)體細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激損傷保護(hù)，實(shí)驗(yàn)最終證明玉竹多糖可通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K 和PPARγ 信號(hào)通路，從而產(chǎn)生改善細(xì)胞內(nèi)胰島素抵抗的藥理作用。

2.6 調(diào)節(jié)相關(guān)細(xì)胞因子

糖尿病是一種低度炎癥的慢性疾病，玉竹多糖可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子水平、改善胰島素抵抗，從而達(dá)到降糖的作用。體內(nèi)細(xì)胞因子若發(fā)生分泌異常，會(huì)導(dǎo)致脂肪和肌肉等組織細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感度下降，從而破壞胰島素受體的信號(hào)傳導(dǎo)，使葡萄糖的消耗利用受到影響。三者相互促進(jìn)，形成惡性循環(huán)。

劉燊等[37]研究發(fā)現(xiàn)，玉竹多糖具有有效調(diào)節(jié)機(jī)體細(xì)胞因子水平的作用，通過(guò)建立鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的1 型糖尿病小鼠模型，發(fā)現(xiàn)玉竹多糖可明顯影響體內(nèi)血糖、血脂、胰島素及其外周細(xì)胞因子（IL-4、IL-10、IFN-γ）的水平，從而達(dá)到明顯降低血糖的目的。朱琪等[38]研究發(fā)現(xiàn)，玉竹多糖可以有效改善高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠模型體重，以及腎周脂肪質(zhì)量，抑制肝臟中炎癥因子TNF-α、IL-6 表達(dá)，維持糖脂質(zhì)代謝正常。韓笑等[39]實(shí)驗(yàn)表明，玉竹水煎液可降低大鼠血清中IL-6、TNF-α 等炎癥因子濃度，從而減輕其對(duì)空腹血清胰島素分泌的抑制，改善胰島β 細(xì)胞功能，達(dá)到降低血糖的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

玉竹多糖是玉竹中含量最高的活性成分，具有多種生物藥理活性。在對(duì)多糖的研究中發(fā)現(xiàn)，其生物藥理活性取決于結(jié)構(gòu)特征，且二者密切相關(guān)。本研究對(duì)國(guó)內(nèi)外近幾年來(lái)關(guān)于玉竹多糖結(jié)構(gòu)以及降血糖藥理活性方面進(jìn)行綜述，希望將其分子結(jié)構(gòu)和降糖藥理生物活性的研究相結(jié)合，即從構(gòu)效關(guān)系上進(jìn)一步探索和認(rèn)識(shí)玉竹多糖。以期為玉竹藥材，降糖類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，以及品質(zhì)評(píng)價(jià)、質(zhì)量控制、臨床應(yīng)用等提供參考。