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金福菇多糖及其衍生物的生物活性研究进展※

2018-02-08张春军

中国药物经济学 2018年5期
关键词:磷酸酯羧甲基衍生物

张春军 董 凯 董 琦 曾 海

金福菇属口蘑科,自实体丛生或簇生,其形状较大、色白,又称白色松铒,是一种生长在炎热高温季节的局限地域的珍稀食用菌,目前在我国南方及台湾省均有小面积栽培。金福菇含有丰富的蛋白质、粗脂肪、多糖以及多种维生素[1],尤以多糖为主要成分,金福菇多糖的分子结构进行化学修饰,可获得具有多样活性的多糖衍生物,同时能够提高其生物活性,多糖衍生物的生物活性在医药领域起着重要作用,如提高免疫功能、抗衰老、抗氧化、抗肿瘤等作用。近几年来,人们对食用菌多糖进行硫酸酯化、磷酸酯化、乙酰化、羧甲基化等分子修饰,将其结构衍生化,经优化后降低其毒性,提高生物利用度,改善应用效果,拓宽了应用领域[2-4]。所以进一步开发和利用金福菇多糖是十分必要的。

1 金福菇提取方法的研究

食用菌多糖常用的提取方法主要是溶剂提取法,如水提纯沉淀法、酸碱浸提法、酶解法提取等。随着工艺技术的发展,现代高新技术逐步应用于食用菌多糖的提取。如超声波法提取、微波法提取、超临界流体萃取技术,金福菇精华提取多采用以下几种方法。

1.1 水提纯沉淀法水提纯沉淀法是最简单的提纯方法,李小雨等[5]归纳了食用菌子实体多糖的分离提纯,主要是利用热水作用使细胞质与细胞壁发生分离,利用多糖溶于水的性质,水渗入到细胞壁与细胞质中,多糖从提取液中沉淀而获得。其步骤为粉碎——脱脂——多糖的浸提——过滤、离心——合并离心液——多糖沉淀去蛋白、脱色——多糖分离纯化——多糖组分。水提纯沉淀法虽然操作容易、成本低,但是提取的效率低、消耗大量时间、劳动强度也不小。

1.2 酸碱浸提法利用细胞与细胞壁在酸碱混合液中充分吸水膨胀,细胞破裂,致食用菌中的多糖分离出来。梁涛等[6]等采用此法提取杏鲍菇多糖。此方法节省时间、减少原材料与药品的耗费,且提糖量也很高,但由于碱提取后的溶液浓度过高,导致过滤困难。

1.3 微波提取法利用微波的高频率,破坏细胞壁的原理。帕热哈提·艾合买提等[7]采用微波透明溶剂到达物料内部的维管束和细胞内部,利用微波转化成分子的动能产生连续高温使细胞壁破裂,导致细胞内有效成分流出。其优点是方法简单、高效、节能、安全,具有高选择性;缺点是用电量较大,微波功率稍高,易出现焦彻状态。

1.4 超临界流体萃取法超临界 CO2流体萃取(SFE)分离过程是通过调节体系的压力和温度,来控制溶解度和蒸气压两个参数进行分离。在特定的条件下超临界流体选择性把应极性、沸点、摩尔质量的成分提取出来。此法适于热敏物质,且因黏度小、扩散系数大,提取速度快。章慧等[8]通过乙醇浸提与超临界CO2萃取的方法对灵芝提取物进行比较,发现超临界CO2流体萃取效果明显高于本研究结果。但此方法只适用于热敏物质。

1.5 酶解法由于食用菌除多糖外还含有蛋白质、纤维素和半纤维素以及果胶等物质,这些物质都会影响多糖的提取,但加入酶制剂则有利于多糖的析出,为后续提取液的精制创造条件。一般分为单一酶法和复合酶法。单一酶法是只有一种酶来辅助提取食用菌多糖,从而提高多糖提取率;复合酶法是两种以上的酶对多糖进行提取。酶解法不仅大大提高了多糖的提取率,且能源消耗低,属于提取多糖最适合的方法。

2 金福菇多糖衍生物及生物活性的研究

多糖衍生物作为食用菌的主要成分,由于多糖衍生物的多数成分通过化学修饰,使得糖分子结构、理化性质发生改变,提高其生物活性和利用率。因此人们十分重视食用菌多糖衍生物的研究。金福菇属于食用菌的一种,其多糖衍生物同样具有很高的生物活性,金福菇多糖衍生物及生物活性的研究为将其应用于保健、中医药以及化妆品等领域提供理论参考。

2.1 多糖硫酸酯多糖硫酸酯也称硫酸酯化多糖,是指将其大分子链糖基单元的羟基用硫酸基团取代,形成半合成酸性多糖,改变其物化性质和空间结构,使其产生新活性的多糖[9]。对多糖硫酸酯在临床应用中的研究已非常深入。如郑朋朋等[10]、BeressA等[11]、王琪琳等[12]、魏文青等[13]通过对不同菌类多糖硫酸酯化的研究,发现经修饰的硫酸酯具有增强免疫功能,提高抗病毒的能力。先宏等[14]发现,多糖硫酸酯可以通过对巨噬细胞的调节而使肿瘤细胞凋亡。可见,硫酸酯化多糖是一类天然或化学修饰多糖,具有抗病毒、增强免疫功能和抗肿瘤等多种生物学活性;但其具体的硫酸酯化是如何影响多糖分子结构,却没有确切研究,使得多糖硫酸酯是否还具有其他作用,应是进一步研究的重点。

2.2 多糖羧甲基羧甲基化修饰是化学修饰的一种,对多糖进行羧甲基化修饰能够增加其抗氧化性[15-16]、提高酶活性[17]、增强抗菌能力[18]和抗肿瘤能力等。Chen等[19]制备羧甲基化壳聚糖,可以促进正常皮肤纤维原细胞及瘢痕瘤皮肤纤维原细胞中胶原的分泌。近几年,应用最广泛的多糖改性方法之一是多糖与羧酸或羧酸衍生物的酯化反应,其机理是羧甲基化增加多糖的溶解度和电负性,提高多糖的水溶性,给多糖增强活性或带来新的活性。因此,应进一步挖掘多糖改性方法,使多糖羧甲基生物活性更强。

2.3 多糖磷酸酯多糖磷酸酯是将磷酸酯基引入到糖原中,使其磷酸酯基断裂,从而降低多糖的溶解性或增强其生物活性,如在工业上可增加纺织材料的阻燃性,纤维素磷酸酯可用作弱阴离子交换剂。通过对多糖磷酸酯的研究发现其在医学领域有广泛应用价值。CHEN Xiaoming等研究指出,牛膝多糖磷酸酯具有抗S180肉瘤和小鼠Lewis肺癌的作用[20];杨萍等发现,银耳磷酸酯化多糖可以减轻化疗药物对小鼠造血功能的损伤,拮抗白细胞的降低[21]。孙捷等[22]和WEI Dongfeng等[23]采用磷酸酯化法发现,磷酸酯化多糖具有更强的抗氧化活性。由此可见,多糖磷酸酯在临床应用价值也是非常高的,多糖磷酸酯在工业作用有待进一步研究。

此外,如乙酰基对多糖活性的影响,多糖部分乙酰化后具有抗肿瘤活性,多糖硝酸酯采用不同硝化试剂可以获得不同DS的产物。这些多糖的衍生物正在逐渐得到开发和利用。

3 金福菇多糖的临床应用研究

进几十年来,科研人员不断在各种实验体系中发现金福菇多糖表现出诸多的临床作用。张泽庆等[24]和谢学渊等[25]发现,食用菌的天然多糖有一定的抗氧化性活性,能够有效防止过氧化损伤对细胞造成的损害;C.Wang等[26]在对金福茹多糖TLH-3的研究中发现,多糖TLH-3清除DPPH的IC50值与Vc相当,具备较好的体外抗氧化能力,同时还能减少溶血的发生。可见,食用菌多糖可以用于开发抗氧化剂[27-28]。黄茂先[29]、殷勤燕[30]认为,大多数活性多糖的共同特性是哺乳动物的免疫调节剂;张蕾等[31]研究发现,金福茹多糖具有较好的体内外抗衰老活性;付青姐等[32]探讨了食用菌多糖对小鼠受辐射损伤脾脏的保护作用。通过以上研究发现,食用菌多糖分子经过修饰后的衍生物具有多方面、复杂的生物活性,能增强人体免疫功能,还具有抗衰老、抗过敏等作用,在化妆品领域也得到广泛应用。金福菇多糖在抗肿瘤上尤为突出,许多专家做了很多关于食用菌多糖的抗肿瘤试验。刘振英等认为多糖具有肿瘤预防和杀伤肿瘤细胞的作用[33];Song等[34]证实多糖抗肿瘤效果主要是通过免疫系统接受刺激影响的;F.Liu等[35]分离提取了金福菇子实体中的糖蛋白对小鼠进行体内外抑瘤实验时,发现金福菇糖蛋白具有很强的免疫调节活性和抗肿瘤活性。以上多数实验研究了多糖抗肿瘤作用是利用多糖大分子作用于体内肿瘤细胞,导致破损的细胞线粒体膜中线粒体蛋白释放,进入细胞液,细胞凋亡蛋白酶活化因子一起激活凋亡蛋白酶 caspase-10和 caspase-3,迫使细胞凋亡。而针对提取的多糖与其他类抗癌药物联合使用的研究却很少,这将是金福菇多糖临床应用研究的主攻方向。

4 展望

近年来,研究人员针对食用菌多糖的提取开发了多种方法,并对多糖衍生物的生物活性及临床应用进行了全面的研究,然而针对金福菇的相关研究却很少。由于各种食用菌的多糖性质、结构不尽相同,如何改变金福菇多糖硫酸酯难通过机体的不同屏障,甚至细胞膜这一弊端,金福菇多糖的分离、提纯、合成以及制药工艺要进一步改进,哪一种方法更适合金福菇多糖的提取均有待进一步研究。金福菇多糖衍生物在临床应用上已经显示出了非常重要的作用,无论是在调节免疫功能,抵抗病毒,还是在防治衰老、抗氧化以及抗癌防癌上都有明显的疗效。但还存在一些问题,如羧甲基金福菇多糖的结构和抗氧化活性之间的关系研究还不够深刻,要进一步探究其抗氧化活性的机制及毒理作用,将有利于羧甲基金福菇多糖的进一步开发和利用,对提取的多糖与其他类抗癌药物联合使用的机理也是主要研究的方向;另外多糖在工业上也是有很大用途的。相信对金福菇提取及其衍生物的生物活性的深入研究,将对其作用机制有更深的了解,能够更好地开发和利用金福菇多糖。

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