菌类多糖的生物活性功能与结构的研究进展
2007-12-18 23:49:50   来源：食品与发酵工业   评论：0 点击：

摘要：本文全面地介绍了菌类多糖的生物活性功能，并探讨了其生物活性功能与结构的关系，为今后多糖的结构和功能的进一步研究提供了理论基础。

关键词：多糖 生物活性 结构

中图分类号：Q539     文献标识码：A

1  前言

真菌多糖是从真菌中分离出的由10个以上的单糖以糖苷键连接而成的高分子多聚物。真菌多糖倍受关注。首先是日本人(1969年)千原从香菇中分离出抗肿瘤活性的多糖而轰动整个医药界,全世界掀起了一股从食用菌中寻找抗肿瘤成分的高潮^[1]。实验表明:真菌多糖可通过淋巴细胞、巨噬细胞、网状内皮系统的作用而调节机体的免疫功能,提高身体抵抗病毒和细菌的入侵的能力。目前，已报道的具有免疫调节作用的菌类多糖有:蜜环菌、猴头、银耳、黑木耳、鸡菌、雷丸、裂褶菌、冬虫夏草、灵芝多糖等。这些多糖目前是较理想的天然免疫增强剂且比免疫球蛋白有更低廉的成本。有些多糖已做成胶囊和片剂,服用后可增强机体免疫力,也可作为一些功能食品饮料的添加剂而日益受到重视。

2  菌类多糖的生物活性功能

2.1  增强免疫力

很多菌类多糖都可以通过产生白细胞介素、干扰素、免疫球蛋白、巨噬细胞和T淋巴细胞来强化免疫。国外学者证实,灰树花抗肿瘤作用的机制主要是增强免疫力,提高机体对于肿瘤细胞的杀伤力。灰树花对于机体免疫力的提高是多方面的，即不仅能够提高机体的非特异性免疫，而且能提高机体的特异性免疫，还能够诱生多种细胞因子。大量报道表明，灰树花多糖有促进巨噬细胞吞噬活性的作用。研究还证实，灰树花多糖可诱生白细胞介素（1L-1）,对免疫促进作用的报道还有很多，是一种极好的生物反应调节剂^[3]。另外，其它许多食用菌多糖如灵芝多糖等都具有这种增强免疫力的生物活性功能。

2.2  抗脂肪肝和高血脂

在灰树花对于脂肪代谢作用的研究中，利用酪蛋白作为蛋白质的来源，并饲喂含胆酸钠盐的高胆固醇饲料获得高血脂实验鼠模型。在添加了灰树花干粉的饲料组中，胆固醇、甘油三酯和磷脂的含量与正常饲料组一致，是高胆固醇饲料组的30%-80%，说明灰树花能够有效的防止高血脂症。同时测定了肝脂肪的含量，结果与血浆脂肪含量一致，说明灰树花具有抗脂肪肝活性，还测定了粪便中总胆固醇和胆酸含量，胆固醇的排泄量提高1.8倍，胆酸的排泄量提高3倍。上述结果表明，摄入灰树花可以增加脂肪代谢，从而防止因食物中摄入过多脂肪而造成脂肪肝和高血脂。

2.3  抗衰老作用

衰老是生命过程中的生理衰退变化,其中主要是免疫系统功能的改变。菌类多糖的生理功能之一是抗衰老。裂褶菌孢内多糖和孢外多糖分别是从发酵培养的菌丝体和发酵液中提取出的,通过对老年小鼠用该多糖试验证明,可使老年小鼠抗体形成的细胞数目与年轻小鼠相当,可使其恢复到年轻小鼠的水平。灵芝多糖对自由基有清除作用,能降低脂质过氧化物含量,具有SOD的活性。

2.4  抗炎及血管保护作用

雷丸多糖是从雷丸中分离出的一种多糖。这种多糖通过对小鼠耳炎症、大鼠关节肿、大鼠酵母性关节肿试验,发现均有明显的抑制作用,其抗炎的OD₅₀仅为3.55mg/kg ^-1,是一抗炎很强的化合物。银耳和银耳孢子多糖对大鼠应激型溃疡有明显的抑制作用,可减少大鼠醋酸型溃疡面积,银耳多糖还对急性渗出水肿型炎症也有一定的抵抗作用。

多糖TG-1和TG-2都为含有少量其它糖的葡聚糖。大鼠静脉内注射偏肿栓多糖TG-1和TG-2（25mg/kg）后，可强烈抑制因角叉菜胶诱导的大鼠胸腔积液模型中血管通透性的增加。偏肿栓菌多糖TG-1和TG-2的药理学作用，证实了在稳定血管壁特别是在病理状态下所致内皮损害时可能发挥的功效^[3]。

2.5  抗病毒作用

微生物细胞壁都有1，3-葡聚糖,自然界中的葡聚糖大都同样有这一结构。病毒的感染实际上与相似的这一结构识别相关。多糖类的抗病毒主要是利用其相似结构,通过免疫调节机制产生宿主免疫功能,以抵抗病原体的侵袭。香菇多糖对泡沫状口腔炎病毒感染引起的小鼠脑炎有显著治疗和预防作用,对阿伯耳氏病毒和十二型腺病毒感染也有效;酿酒酵母聚糖能增强宿主对鼠肝炎病毒的抵抗力,使肝细胞坏死病变明显减轻。对单纯疱疹病毒、委内瑞拉马脑脊髓炎病毒和Riff Valley热病毒也有抵抗作用。目前世界上最难对付的是爱滋病病毒,但菌类多糖对该病毒显示出了优异的活性。1958年最早报道了多糖有抗HIV活性,其多糖是从海洋藻类中提取得到的,这种多糖可以阻止引起HIV的病毒感染。有人认为，多糖的这种抗HIV活性可能是它阻止了HIV与T细胞的结合，这是HIV感染的第一步。从裂群菌属,小菌核属和Purodiscuius Perdulus分别提取出了三种多糖:裂群菌素、硬葡聚糖、悬垂素。这些多糖的硫酸化衍生物对HIV增殖均表现出强烈的抑制作用。

2.6  抗肿瘤作用

在活性多糖的抗肿瘤研究中,发现菌类多糖对一系列肿瘤有疗效。担子菌类多孔菌科的云芝、三色拟迷孔菌、树舌、裂蹄针层孔菌等的热水提取物对小鼠皮下移植的肉瘤Ｓ-180的生长有强抑制作用,对各种食用菌类的研究结果发现,伞菌科的冬菇、香菇、侧耳、松口蘑等多种菌类的热水提取物有同样的抗肿瘤作用。据报道，天然胞外多糖对肉瘤180也有很强的抑制作用，而且这种作用不管是在活体内还是在体外都存在。冬虫夏草多糖能与肝腹水癌细胞结合,抑制胞外葡萄糖进入癌细胞,使癌细胞缺乏能量而致死。灵芝多糖可使Ｔ淋巴细胞增多,升高正常人和白细胞减少者的白细胞数。香菇多糖对原发性自身癌的生长有强抑制作用,对化学致癌及病毒致癌也有抑制,将其用于不能手术或再生性胃癌患者,可延长生存期。另外，多糖还有抗凝血、抗补体和抗增殖等活性。

3  菌类多糖的结构特点

菌类多糖的结构可划分为四级。一级结构中普遍含有β型葡萄糖,这一特征决定了菌类多糖不易被人体消化与吸收,体现出了这类多糖在人体内具有一定的稳定性从而起到生物活性的作用。菌类多糖一级结构中主键主要以β(1-3)Ｄ-葡糖为主,少数含有β(1-6)、β(1-4)葡糖和其它杂糖。具有抗肿瘤活性的多糖一般主链为β(1-3),侧链含有少数β(1-6)葡糖。这类多糖主要由下列结构组成^[4]：

而β(1-4)葡糖形成的主链没有活性。二级结构中,多糖糖链间的羟基以氢键相互吸引,形成了聚合链。如香菇多糖为三股绳状聚合链,纤维素为多条聚合链。虽然多糖链中的糖环是刚性的,但形成多糖链的糖苷键可以围绕Ｈ-Ｃ-Ｏ-Ｃ糖配基,Ｃ-Ｏ-Ｃ糖配基-Ｈ二面角旋转,侧链上有支链时还有一个二面角,故多糖还可形成不同的构象,特别是侧链上为短链(1-3个糖元),相邻近的短链间二面角的旋转可使短链-主链-短链形成空间大小不同的构象槽-凹形槽。故整个多糖结构具有较大的柔性,难以结晶,通常以微晶或粉末状存在。多糖在形成二级结构基础上剩余-ＯＨ、氨基、羰基及硫酸基之间的非键合作用基础上有序地变大构象,形成了高级结构的聚集体。

4  菌类多糖的构效关系

菌类多糖作用位点及其在空间构象决定下的位置决定了多糖识别结构相吻合的病原体分子或细胞的能力。生物活性主要体现在组成多糖的糖单元、苷键、空间构型上^[5]。

（1）糖单元及苷键：以β-D-葡萄糖及β（1→3），β（1→6）苷键形成的菌类多糖具有抗S-180等肿瘤作用。

（2）带支链的β型[主要为β(1-3)]Ｄ葡糖元形成的多糖,可通过特定的构象来识别结构区配的病原体分子或细胞,再通过外露的位点包围,从而起到特定的生理活性功能。这一点可通过W.A.Hendrick-Ckson得到的HIV-1病毒进攻T细胞的gp120蛋白的晶体结构所证实^[6]。该蛋白的表面被链糖分子覆盖,导致该蛋白不易被免疫系统发现,也造成了制造抗爱滋病疫苗的困难。

(3) 带支链的β型[主要为β(1-3)]葡糖主链上连有1-3个β(1-6)葡糖或其它糖单元数目的支链,且支链与主链形成凹形结构时,该多糖一般具有较强的生物活性。

凹形结构有①既有亲脂性的—CH—,又有亲水性的—OH;②空间位阻较小两个特点。细胞或病原体分子可以通过氢键、脂溶性、空间区配来进入凹形槽,达到活化或激活表面的作用。这一观点可以解释不同菌属的不同多糖,表现出了相似的抗肿瘤活性(如高等真菌已有50个属178种的提取物多糖都具有抑制小鼠Ｓ-180肉瘤及艾氏胶水瘤生长的效应),就是因为具有相似凹形槽的原因。这一观点还可被植物细胞中的葡七糖活性所证实:从植物细胞的研究中得到了可以保护植物细胞的葡七糖,其结构为主链为5个β(1-3)葡糖,在第2和第4两个葡糖基上有单个β(1-3)连接的葡糖基。

总之,菌类多糖线形与凹形结构特别是凹形结构是菌类多糖的活性基础。这一结构给开发新药以启示,给有机合成以新的课题。尽管目前多糖的合成已取得了突破性进展,如ｃｈｉ-ＮｕｅｙＷｏｎｇ开创了多糖的自动合成程序,但定向合成还比较困难,因此对定向在β(1-3)葡糖主链上每间隔2～3个糖环上引进若干个β(1-6)葡糖支链还未见有报道。因而从已获得的菌类多糖结构与活性关系中所得结论还有待被人工合成物所证实。

参考文献:

[1] 唐茂芝,贝峰.食用菌类食品作为功能性食品的优势和特点.食品科技[J],1999,3:5-7

 [2] 赵瑞蒲,杨志娟,周程燕.灰树花及其多糖的研究进展和应用前景.华北煤炭医学院学报[J],2002,4(5):573-574

 [3] Garnecki R.高等菌类偏肿栓菌子实体多糖的抗炎及血管保护作用.国外医学中医中药分册,1996,18(4):46

 [4] Pawadee Methacanon, Siribhorn Madla, Kanyawim Kirtikara. Structural elucidation of bioactive fungi-derived polymers. Carbohydrate Polymers[J],2005,60:199–203

[5] 吕金顺.植物多糖的凹形结构与生物活性关系.天然产物研究与开发[J],2001,15(4):79-82

[6] 王一心,李平.食用菌的营养成分及药理作用研究进展.大理医学院学报[J],2001,10(4):63-65

作者简介：陈忠杰（1978－），男，助教，主要从事微生物资源开发及应用研究。