張 帥，劉文叢，王 梓，張君婕，李 偉

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院，吉林 長春 130118）

阿拉伯半乳聚糖（Arabinogalactan，AG）是一種由阿拉伯糖和半乳糖組成的中性多糖，主要包括以β-D-（1→4）-半乳糖為主鏈的Ⅰ型、以β-D-（1→3）或（1→6）-半乳糖為主鏈的Ⅱ型和以各種單糖為主鏈的Ⅲ型。2002年6月，美國FDA批準(zhǔn)AG為食品添加劑［1］。通過大鼠的急性毒性試驗、遺傳毒性試驗，進(jìn)行系統(tǒng)的毒理學(xué)評價，AG表現(xiàn)出良好的安全性［2］。鑒于其安全和有益作用，我國于2014年把AG列為新食品原料。此外，作為天然來源的植物多糖，AG的廣泛生物學(xué)活性被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。本文主要對AG的資源分布、結(jié)構(gòu)和生物活性展開綜述。

1 阿拉伯半乳聚糖的資源分布

AG是一種高分支、高分子量的中性多糖［3］，主要由阿拉伯糖和半乳糖組成，比例一般在1：5左右。AG的分布廣泛，常見于植物和一些微生物中。在一些食物中含有AG，如柿子［4］、香蕉［5］、馬鈴薯［6］、蘋果［7］、無花果［8］等；在中藥材中也含有AG，如苦荬菜［9］、金雞菊［10］、珠子草［11］、徐長卿［12］、當(dāng)歸［13］等；在微生物的體內(nèi)，也發(fā)現(xiàn)了AG的身影。在分枝桿菌體內(nèi)，AG與長鏈脂肪酸、霉菌酸通過酯鍵共價結(jié)合［14］。

目前研究表明，落葉松中AG的含量最為豐富，含量可達(dá)到30%左右，主要存在于心材的細(xì)胞腔內(nèi)，少量存在于射線細(xì)胞與樹脂道周圍的泌脂細(xì)胞中［15］。我國東北地區(qū)的長白山脈和大興安嶺地區(qū)是落葉松的重要產(chǎn)區(qū)［16］，提供著充足的原材料。二氫槲皮素是自然界中一種重要的黃酮類化合物，在腫瘤疾病的治療以及心腦血管病的防治中有著重要的應(yīng)用［17］。目前，二氫槲皮素的生物來源主要是落葉松，其含量在1%左右［18］。AG作為二氫槲皮素生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，AG的深入研究，也能夠使落葉松的資源得到充分的利用。

2 阿拉伯半乳聚糖的結(jié)構(gòu)

多糖在生物化學(xué)和藥理學(xué)領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。多糖的生物活性在不同程度上與多糖的分子量、分支和鏈構(gòu)象密切相關(guān)［19］。因此，多糖的結(jié)構(gòu)解析成為了研究多糖生物活性的重要環(huán)節(jié)。

國內(nèi)學(xué)者對AG的結(jié)構(gòu)研究較晚，大部分研究集中于AG的提取工藝優(yōu)化［20］。對其結(jié)構(gòu)的分析主要從分子量測定、單糖組成分析、Smith降解、官能團(tuán)檢測、甲基化分析以及核磁檢測幾方面進(jìn)行［21］。孫啟立等［22］從黨參根中分離純化得到AG，由交替的［（1→4）-］、［（1→6）-］或［（1→3）-］連接的吡喃型半乳糖（Galp）組成，在［（1→6）-］連接的Galp有少量的分支，呋喃型阿拉伯糖（Araf）殘基通過末端的O-6位置與之連接。何濤斌等［23］從辣木葉中分離得到一種新型的AG，主鏈為［→1）-β-DGalp-（3，4→］，分支由［→1）-β-D-Galp-（4→］，［→1）-α-D-Galp-（2→］，［Araf-（1→］和［Galp-（1→］組成。姚艷麗等［24］用熱水從紅花中提取得到AG，其主鏈通過［（1→6）-］連接的Galp的C-3位置與分支連接，分支主要由［（1→5）-］連接的Araf殘基組成。

國外學(xué)者對AG的結(jié)構(gòu)研究較早。在1960年，Adams等［25］就從楓葉中得到AG，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其主要由［（2，3，5）-3-O-Araf］、［（2，4，6）-3-O-Galp］和［（2，4）-2-O-Galp］組成。Ra?khmanberdyeva等［26］從阿魏科植物中提取得到的AG，由［（1→6）-β-Galf］殘基組成。AG的C3位置連接［α-Araf］、［（1→5）-］連接的低聚糖以及［β-DGlcpA-4-O-Me-（1→6）-β-Galp-（1→］片段。主鏈的一小部分在C-2位置連接［β-Galp-（1→］。Ketha等［27］從綠豆中分離得到的II型AG，由阿拉伯糖和半乳糖以1：2的比例組成，分子量為1200 kDa。以［1，3-β-D-Galp］為主鏈，O-6上有（1→5）連接的Araf醛基側(cè)鏈，這些側(cè)鏈進(jìn)一步被Araf醛基殘基取代，形成高度支鏈化結(jié)構(gòu)。Galp殘基以非還原末端的形式存在。

根據(jù)國內(nèi)外關(guān)于AG結(jié)構(gòu)的檢測結(jié)果分析，主要將其劃分為三類［28］。韓雨露等［29］從仙人掌果皮中提取得到的AG為AG-Ⅰ型。它是以1，4-β-半乳聚糖為主鏈，C3或C6位可能被［（1→5）-Araf］、糖醛酸或一些單糖取代。水飛薊［30］和落葉松［31］中的AG主要為AG-Ⅱ型，它是以（1→3/6）-β半乳聚糖為主鏈，支鏈為［（1→3/5）-α-Araf］，如圖1所示。AG-Ⅱ型的結(jié)構(gòu)因來源植物、組織和年限的不同而不同。AG-Ⅲ型是以各種單糖為主鏈，伴隨有AG的支鏈，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且在植物中含量很少。Aspi?nall等［32］在闊葉榆果膠中發(fā)現(xiàn)了它的存在。

圖1 落葉松中AG-Ⅱ型AGFig.1 AG-Ⅱarabinogalactan in Larix gmelinii（Rupr.）Kuzen.

3 阿拉伯半乳聚糖的生物活性

隨著“大分子時代”的來臨，人們對AG的研究逐漸深入。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，AG具有良好的生物學(xué)活性［33］，匯總?cè)绫?所示。

表1 AG的生物活性匯總Tab.1 Summary of AG's biological activity

3.1 抗氧化

郭怡帆［34］等通過比較超聲降解前后落葉松中AG的抗氧化活性，雖然AG的羥自由基清除能力和DPPH自由基清除能力都低于Vc，但是同樣表現(xiàn)出了良好的抗氧化能力，并且超聲降解后AG的抗氧化能力得到進(jìn)一步的提升。何濤斌等［23］通過測定辣木葉中AG的DPPH自由基清除能力、ABTS自由基陽離子清除能力和鐵還原抗氧化能力，表明其具有良好的體外抗氧化能力。劉再志等［35］從提取二氫槲皮素的黃芪殘渣中分離得到AG，其具有良好的羥自由基清除能力、鐵還原能力。Sinha等［36］從番瀉葉中提取的AG，其具有良好的鐵還原抗氧化能力和DPPH自由基清除能力。表明AG在體外抗氧化方面具有良好的活性。

3.2 抗腫瘤

AG在抗腫瘤方面也展示出很大的潛力。從西瓜皮中分離得到AG［37］，作用于HepG2細(xì)胞，當(dāng)其濃度在2.5～10μg·mL-1時，AG對HepG-2細(xì)胞的增殖顯示出明顯的抑制作用，且呈劑量依賴性。AG可以通過作用于免疫系統(tǒng)，從而阻斷癌細(xì)胞向肝臟的轉(zhuǎn)移。由于腫瘤細(xì)胞在肝中對凝聚素載體的特異性，使其向肝臟轉(zhuǎn)移更為普遍。AG能夠通過抑制凝集素載體位點(diǎn)的活性，部分阻斷癌細(xì)胞DNA在肝臟的復(fù)制情況，從而提高受試者的生存時間。Nergard等［38］通過一項間接體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，AG可以利用細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)，提高自然殺傷細(xì)胞抑制腫瘤擴(kuò)散的能力。AG通過阻滯細(xì)胞周期和凋亡抑制癌細(xì)胞生長［39］。從枸杞中提取的AG，作用于SMMC-7721和HepG-2肝癌細(xì)胞、HeLa宮頸癌細(xì)胞、SGC-7901胃癌細(xì)胞以及MCF-7人乳腺癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)AG能使細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期，改變線粒體功能，激活氧化應(yīng)激，調(diào)控MAPK信號通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。因此，AG可能是一種潛在的對體外正常細(xì)胞無毒性的預(yù)防癌癥的藥物成分。

3.3 維持腸道穩(wěn)態(tài)

低至5 mmol的氨能夠誘導(dǎo)結(jié)腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生病變［40］。在服用AG后，會使糞便中氨濃度降低，對結(jié)腸上皮細(xì)胞起到保護(hù)作用。AG可通過促進(jìn)腸道內(nèi)微生物菌群的發(fā)酵［38］，提高短鏈脂肪酸的含量。調(diào)節(jié)宿主體內(nèi)腸道微生物的結(jié)構(gòu)，使體液和電解質(zhì)之間保持平衡［37］，從而為腸道細(xì)胞輸送營養(yǎng)，保護(hù)腸道黏膜細(xì)胞。Ramona等［41］將20位受試者分成兩組，進(jìn)行為期三周的飲食治療，每天按劑量15 g和30 g服用AG，測定其對胃腸道和血液參數(shù)的影響。結(jié)果表明，添加AG的日糧與基礎(chǔ)日糧相比，增加了厭氧菌和乳酸菌的密度，降低了膽固醇水平，維持和恢復(fù)了腸道平衡。證明AG在維持腸道穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用。

3.4 抗糖尿病

AG可以通過抑制α-葡萄糖苷酶活性、改善糖耐量和減少晚期糖基化終產(chǎn)物（AGEs）的積累［42］，從而對由高血糖引發(fā)的骨質(zhì)疏松癥起到保護(hù)作用。劉煥言等［43］從毛竹筍殼中分離得到AG，采用體外Caco-2單層細(xì)胞模型來評價AG的降血糖活性。結(jié)果表明，對照組與AG給藥組總體上存在差異，說明一定濃度的AG溶液能顯著抑制不同濃度葡萄糖的吸收，且呈時間依賴性。上述研究表明AG可作為一種潛在的天然降糖劑而被開發(fā)利用。

3.5 抗炎

AG因其能增強(qiáng)對巨噬細(xì)胞的損傷、抑制促炎因子的活性［44］，受到了廣泛的關(guān)注。程俊文等［45］從落葉松粉末中提取得到AG，將其作用于脂多糖（LPS）刺激的巨噬細(xì)胞RAW264.7，孵育24 h后，檢測TNF-α、IL-6和IL-1β水平。結(jié)果顯示，AG能促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的分泌，具有很強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)活性。Tabarsa等［46］從分子水平探討AG對巨噬細(xì)胞RAW264.7的作用，上調(diào)了包括TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-12在內(nèi)的促炎細(xì)胞因子的mRNA表達(dá)。通過Western blot分析，AG誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞RAW264.7中p-NF-κB，p-JNK、p-ERK和p-p38蛋白水平表達(dá)升高。表明AG主要通過MAPK和NF-κB信號通路減緩LPS對巨噬細(xì)胞RAW264.7產(chǎn)生的刺激。

3.6 抗病毒

De等［47］從甜菊葉中提取AG，發(fā)現(xiàn)AG的粗提物、堿性提物和均相提物都具有體外抗單純皰疹病毒1型（HSV-1）的活性。Saha等［48］從印度苦楝樹的葉子中提取得到AG，進(jìn)行了低水平的細(xì)胞毒性分析，顯示出對牛皰疹病毒1型（BoHV-1）的抑制作用。

3.7 增強(qiáng)機(jī)體免疫力

在一項臨床試驗中，落葉松中提取的AG能夠提高機(jī)體免疫力而抵御普通感冒感染的能力［49］。在細(xì)胞和動物模型中，落葉松AG能夠增強(qiáng)自然殺傷（NK）細(xì)胞和巨噬細(xì)胞以及促炎細(xì)胞因子的分泌［44］。AG能夠刺激自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞毒性，增強(qiáng)免疫系統(tǒng)的其他功能，并抑制腫瘤細(xì)胞向肝臟的轉(zhuǎn)移［50］。因此，AG在增強(qiáng)機(jī)體免疫力方面發(fā)揮著積極作用。

3.8 抗血栓

臨床上，用落葉松中提取的AG清洗從血漿中分離出的血小板，經(jīng)過清洗后的血小板，可用于臨床輸血。經(jīng)過這種方法洗滌后的血小板，不僅能夠去除血漿蛋白，還能夠保持其正常的形態(tài)和功能［37］，這對于臨床應(yīng)用具有巨大意義。從美洲格尼帕樹葉中提取的AG［51］，可以延長凝血時間，抑制靜脈血栓的形成和增加出血時間。因此，AG有望成為抗血小板聚集、抗凝、抗血栓和降低出血性的治療藥物。

3.9 抗血管生成

王佩佩等［52］從三七中分離得到AG，通過抗血管生成實(shí)驗表明，AG能降低內(nèi)皮細(xì)胞在基質(zhì)上的遷移活性和成管能力，但對內(nèi)皮細(xì)胞的生長無影響。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)AG可以通過BMP2信號通路發(fā)揮抗血管生成的作用。

3.10 肝保護(hù)

孫健等［53］首次研究了從黑豆中提取的AG，作用于CCl4致小鼠急性肝損傷的模型。AG不僅顯著提高了超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽還原酶等抗氧化酶的水平，而且升高了肝組織非酶抗氧化水平。

4 研究展望

現(xiàn)在，“大分子時代”已經(jīng)來臨，更多的目光都聚焦于大分子物質(zhì)。AG因其具有抗氧化、抗腫瘤、維持腸道穩(wěn)態(tài)等多種生物活性，在醫(yī)療領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。隨著國內(nèi)外學(xué)者的不斷深入研究，其藥用價值和作用機(jī)制逐漸被人們了解，吸引了更多人關(guān)注。

順鉑（Cisplatin，CP）［54］作為臨床中治療多種癌癥的首選化療藥物，其伴隨而來的急性或延遲性胃腸道副作用卻無法被忽視。本課題組前期已經(jīng)證明，AG通過減弱腸道組織中氧化應(yīng)激與細(xì)胞凋亡來改善CP誘導(dǎo)的腸道粘膜損傷，并首次發(fā)現(xiàn)一種新途徑——內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，參與AG的保護(hù)機(jī)制中。經(jīng)過不同濃度的AG處理后，IEC-6細(xì)胞可顯著減少CP誘導(dǎo)后細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生。通過Hoechst 33258染色證明了AG可以抑制CP誘導(dǎo)的腸道細(xì)胞凋亡。通過western blot定量分析得到，CP處理后IRE1α、CHOP、BiP和XBP1（s）四種蛋白的水平均有不同程度的升高，且都能夠被AG劑量依賴性的降低。證實(shí)了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS）在CP誘導(dǎo)的腸道細(xì)胞凋亡中的重要作用。采用4-苯基丁酸鈉鹽（4-PBA）反向驗證，通過western blot定量分析證實(shí)在CP處理期間，4-PBA的使用顯著降低了腸道細(xì)胞中ERS關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，同時抑制了caspase-3的激活。充分說明AG通過抑制ERS信號通路的過度激活，降低細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

AG來源廣泛，不僅原材料的價格便宜，而且資源得到了充分的應(yīng)用。其次，AG提取工藝簡單，適宜工廠的生產(chǎn)，具有巨大的市場前景。因此，作為新食品原料，AG在醫(yī)療衛(wèi)生和食品行業(yè)具有巨大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>