刘月新，刘倩倩，廖颖妍，谢菁琛，林丽美

（1.湖南中医药大学 药学院，湖南 长沙 410208；2.湖南中医药大学 湘产大宗药材品质评价湖南省重点实验室，湖南 长沙 410208）

中药玉竹是百合科黄精属植物玉竹Polygonatum odoratum（Mill.） Druce 的干燥根茎[1-2]，别名葳蕤、萎蕤、女萎等，是湘产大宗道地药材之一。《中药大辞典》中有对玉竹功效的相关记载，其主治“烦渴，虚劳发热，消渴善饥，小便频数。” 即患者出现糖尿病“三多”（多饮、多食、多尿）的症状[3]时，玉竹可恰好对应其症状除之。另玉竹入肺、胃二经，液多甘润而凉，能生津止渴、清热润燥，使津液生、燥热去，则消渴诸症自除，切中该病之关键病理机制，乃治消渴妙药，古今皆乃同见[4-5]。此外，玉竹还能与其它药物或相须、或相使，行协同增效之功，可以认为它是现代治疗糖尿病的不可或缺之药。

目前，国内外相关专家学者对玉竹的主要活性成分玉竹多糖进行了广泛研究，现有研究成果发现，其具有降血糖、抗肿瘤、抗衰老、调节糖脂代谢、以及促进人体自身免疫调节等多种药理活性，在医药、功能性食品等众多领域有着广泛的应用，具有广阔的开发前景[6-7]。但由于多糖结构太复杂，且常和一些蛋白质、色素及醇不溶的低聚糖等物质混合存在，分离纯化比较困难，质量标准也不易控制，故现有研究多数是以玉竹多糖的粗提取物为物质基础进行的。这就造成难以说明玉竹粗多糖产生作用的成分究竟是中性多糖还是酸性多糖，是高分子量的多糖还是低分子量的多糖等一系列问题。目前离深入全面地揭示玉竹多糖化学结构及其构效关系还有相当大的距离。

本研究对玉竹多糖结构及其降血糖活性和作用机制进行综述，为玉竹类降糖产品的生产和质量控制提供科学依据，对防治糖尿病及其并发症具有重要意义。

1 玉竹多糖结构特征研究

中药玉竹所含化学成分主要有甾体皂苷类、多糖类、黄酮及其糖苷类，以及多种蒽醌类化合物，此外还包含部分氨基酸、挥发油和多种微量元素等[8]。其中，含量最高的多糖是一种纯天然的分子结构复杂的高分子碳水化合物，在结构研究时，一般将它分为一级结构和高级结构，一级结构是指多糖的平面结构，而高级结构是指多糖的空间立体构象。现代科学研究中多糖已发展成为除蛋白质、核酸以外的另一类重要的生物大分子。多糖的生物活性依赖其分子结构特征，不同的结构可以产生不同的药理活性[9-11]。

玉竹多糖是玉竹的活性成分之一，含量为6.51% ～10.27%。不同的玉竹多糖中单糖的种类和比例各不相同，其中，半乳糖、果糖、甘露糖、葡萄糖所占比例较大，此外，还含有少量的鼠李糖、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组成，玉竹粘多糖的组成是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 四种，其组成为葡萄糖和果糖，组成比分别为97.5 ∶2.6、96.2 ∶3.8、95.3 ∶4.8、90.4 ∶9.6。此外，有研究通过毛细管区带电泳法测得玉竹多糖主要由阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖等组成[16]，这与上述文献研究结果有一定差异，原因有可能是一方面分析检测采用的薄层色谱法分辨率不同；另一方面也可能与品种遗传基因差异、药材采摘时间和不同产地等因素有关。

1.1 玉竹多糖一级结构研究

目前，玉竹多糖研究最多的还是一级结构，多数玉竹多糖的结构解析还停留在一级结构的探索阶段，表征也并不完善。玉竹多糖一级结构的研究主要是确定其分离纯化方式、分子量大小、单糖组成及比例、糖苷键类型等方面。研究发现，玉竹多糖分子量从数千至数百万不等，其组成及比例也不尽相同。

王强等[17]采用DEAE-纤维素层析柱和Sepharose CL-6B 凝胶柱从玉竹中分离纯化得到一种玉竹中性多糖，平均分子质量为1.21×106Da，主要由甘露糖和葡萄糖组成，摩尔比为5 ∶1，另外还含有少量半乳糖。郑爽[18]利用DEAE-52 纤维素柱得到玉竹多糖POP-a，经SephadexG-200 凝胶柱层析得到组分POP-a1，其分子量约为2 734。彭永健[19]通过DEAE Sapharose Fast Flow 阴离子交换层析和Sephacryl S 系列凝胶柱层析从玉竹粗多糖中分离纯化得到四个组分，测得其中POP2、POP3 和POP4 的分子量分别为：不足1.0 × 103Da、大于2.0 × 106Da 和2.5 × 103Da。孙平等[20]通过高精度透析袋得到玉竹 多 糖POPS-A 和POPS-B，POPS-B 经Sephadex G-75 柱进一步纯化，得到两个组分POPS-B1 和POPS-B2，并测得POPS-B1 分子量为2 800，它主要由甘露糖和葡萄糖组成，摩尔比为2.32 ∶1。李钟等[21]从玉竹中分离纯化得到一种玉竹酸性多糖POAP80，测定其主要含有葡萄糖、甘露糖、半乳糖和半乳糖醛酸，比例为0.93 ∶2.65 ∶29.38 ∶3.47。

1.2 玉竹多糖高级结构研究

由于多糖本身结构的复杂性，多糖的空间立体结构相较初级结构，对其生物活性的影响更大。多糖高级结构仪器分析方法主要有核磁共振法（NMR）、差示扫描量热法（DSC）、圆二色谱法（CD）、X 射线衍射法（XRD）、扫描电镜（SEM）和原子力显微镜法（AFM）等[22]。随着检测技术的发展，对多糖结构的分析新增了生物学方法，如特异性糖苷键酶切法和免疫学方法。然而，由于多糖的结构比蛋白质和核酸更加复杂多变，目前对玉竹多糖的高级结构研究还不足。

姜慧妍等[23]通过水提醇沉法得到玉竹粗多糖YZC，YZC 经AB-8 大孔吸附树脂和DEAE-52 纤维素柱层析纯化后得组分YZ-2，分子量约为5 345.3Da，主要由甘露糖、半乳糖、葡萄糖和少量的阿拉伯糖组成，其 摩 尔 比 为1.000 ∶1.995 ∶0.334 ∶0.074。SEM显示YZ-2 形态为片状、块状结构，且表面紧密平整，有大小不一的孔隙分布。AFM 推测YZ-2 分子糖链之间是相互聚集并存在分支。霍达等[24]实验表明，玉竹多糖PORPs 的总糖含量（76.26 ± 1.53）%，蛋白含量（0.21 ± 0.09）%，糖醛酸含量2.27%。单糖组成为甘露糖∶葡萄糖醛酸∶半乳糖醛酸∶葡萄糖∶阿拉伯糖∶岩藻糖 = 18.30 ∶0.81 ∶1.46 ∶41.83 ∶1.53 ∶1.06。并对其高级结构进行分析，AFM 测定PORPs形态为圆顶形颗粒状，直径范围在70 ～ 240 nm。SEM 图显示PORPs 相互聚集出现致密光滑，带褶皱的片状结构。宗鑫妍等[25]采用热水浸提法获得玉竹多糖POA，再进一步利用乙醇分级沉淀法分离纯化得到均一性较好的组分POA-70P 和POA-70S，POA-70P 和POA-70S 主要由中性多糖组成，相对分子质量分别为4.51 × 104Da 和3.89 × 103Da，POA-70S 中存在果糖、岩藻糖、葡萄糖和甘露糖，其质量分数之比为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，其质量分数之比为36.67 ∶1.63 ∶8.73 ∶5.36 ∶0.99。并分析测定它们的高级结构，POA-70S 的均一性较好，SEM 显示POA-70S 呈现出光滑片状无定型固体形貌特点。POA-70P 形态是细长的丝状缠绕成非均匀的网状和小球状结构。刘敏[26]发现玉竹多糖NPOP60-I 单糖组成及摩尔比为甘露糖∶葡萄糖∶半乳糖=1.00 ∶12.07 ∶9.55。玉竹多糖POAP60-I 单糖组成及摩尔比为甘露糖∶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。并测定探求它们的高级结构，SEM 显示NPOP60-I 为规则片状形态，并呈现单个或多个聚集分布的结构，折叠近成团，说明其高度聚集性，其糖链在平面叠加时有一定的方向性。POAP60-I 形貌主要为纤维状结构，并相互缠绕呈树丫状空间构象，这可能与多糖分子间有较强的相互作用力有关，说明糖链上可能具有分支结构。

迄今为止，研究发现的玉竹多糖的组分名称、分子量、单糖组成和主要高级结构信息特征，见表1。

表1 玉竹多糖结构特征Tab.1 Structural characteristics of Polygonatum odoratum polysaccharide

2 玉竹多糖降糖活性作用机制研究

中药玉竹的临床应用具有悠久的历史。当前，人们积极在研究实践中寻找各种天然的无毒副作用的降糖药物，目前已发现超过200 种的植物具有治疗糖尿病的功效，而玉竹正是其中之一。丁登峰等[27]通过建立链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型，研究玉竹多糖对其血糖的影响，结果表明玉竹多糖可明显降低大鼠血糖。

多糖作为一种活性成分，其在体内可以通过多机制和多环节用于糖尿病的治疗。目前，对玉竹多糖结构及其药理作用机制的研究仍不够全面和深入，对玉竹活性成分及其降糖作用机制的研究将是未来开发治疗糖尿病及其并发症天然药物的热点与重点，具有较高的科学研究和经济社会价值。一般来说，多糖降糖作用并不是单一机制，它可能是多种作用机制共同协作而实现。相关作用机制分析如下：

2.1 保护胰岛β 细胞免受损伤，促进胰岛素分泌

胰岛素是人体内唯一产生降血糖作用的激素，是体内胰脏的胰岛β 细胞受内源或外源性物质刺激而分泌的一种蛋白质激素，若胰岛β 细胞结构或功能受损，就会使体内胰岛素分泌不足，从而导致糖尿病。

谢建军等[28]研究发现，通过建立四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠模型，玉竹多糖可改善大鼠体重降低，并可明显降低空腹血糖的升高幅度，进而证明玉竹多糖具有改善糖代谢紊乱、抗氧化应激、减轻胰岛β细胞损伤的作用。

2.2 提高胰岛素的敏感性，改善胰岛素抵抗

在2 型糖尿病发病机制中，胰岛素抵抗是其主要致病因素之一，它的主要特点是机体的靶组织对胰岛素反应不敏感，外周组织利用体内葡萄糖水平下降，肝脏细胞不能有效抑制糖异生和糖原分解，即胰岛素抑制肝脏葡萄糖输出能力下降，造成血糖调节能力紊乱。

杨铁琦等[29]采用高脂饮食和化学药物STZ 联合建立糖尿病老年大鼠模型，从而研究玉竹多糖对胰岛素细胞的破坏有抑制作用，结果证明玉竹多糖可改善体内胰岛素功能，提高胰岛素的敏感性，对治疗糖尿病有一定效果。季峰等[30]通过建立糖尿病小鼠模型，发现玉竹多糖能够显著降低血清葡萄糖和甘油三脂水平，提高血清胰岛素水平，改善胰岛素功能，具有显著的降糖作用。

2.3 缓解细胞内的氧化应激作用

BROWN LEE M 提出[31]，作为糖尿病及相关并发症的罪魁祸首，氧化应激作用贯穿于2 型糖尿病及其并发症整个过程，是其共同的发病基础。玉竹多糖具有明显的抗氧化生物活性，它首先通过提高体内超氧化物歧化酶的活性，增强体内清除氧自由基的能力，进而抑制脂质过氧化，降低丙二醇含量，减少氧自由基对胰岛细胞的破坏，从而达到减轻胰腺组织损伤，维持及促进胰岛素的分泌，最终使糖代谢途径保持正常运行，产生降低效果。

王世伟等[32]采用高糖高脂饲料喂养联合链脲佐菌素诱导建立的糖尿病大鼠模型，分别给予高、中、低不同剂量的玉竹多糖进行药物干预。研究发现，玉竹多糖具有明显降血糖的作用，其机制可能与抑制p-JNK 及p65NF-κB 蛋白表达，缓解体内氧化应激作用及炎症反应，增加和维持胰岛素分泌相关。

2.4 调节糖脂代谢，促进葡萄糖吸收利用

糖尿病是一种葡萄糖和脂质代谢的慢性疾病，玉竹具有调节血糖血脂、抗氧化及抗肿瘤等功效。而玉竹多糖作为玉竹中含量最高的活性成分之一，具有调节糖脂代谢紊乱的作用，可抑制或减缓肥胖形成，一定程度上促进葡萄糖吸收利用，从而达到降糖目的。

漆宇珊等[33]研究发现，以奥利司他作为阳性对照药物，玉竹多糖对肥胖小鼠模型的糖脂代谢具有明显调节作用，并可抑制高脂饮食引起的体重增加。王晓彤等[34]以高脂饲料-链脲佐菌素构建的2 型糖尿病大鼠模型，测定血清中甘油三酯、总胆固醇水平以及坐骨神经NGF mRNA 的相对表达量。结果表明玉竹多糖可以明显改善胰脏功能，增强机体降糖降脂的作用。

2.5 调节信号通路，纠正糖代谢紊乱

2 型糖尿病往往在体内发生氧化应激作用，或产生炎症因子等急性期反应物，导致机体应激分子水平升高，从而抑制或激活相应的信号通路，干扰体内胰岛素的信号传导。PI3K-AKT 通路是胰岛素信号传导中经典的重要通路，研究发现玉竹多糖可通过PI3KAKT 信号通路发挥促进糖消耗及改善IR 的效果，从而降低血糖。

周骏等[35]研究发现，玉竹多糖能够明显改善链脲佐菌素-枸橼酸钠溶液构建的2 型糖尿病大鼠模型的肝脏细胞病变程度。Western-Blot 结果显示玉竹多糖可以上调Nrf2 介导的HO-1 参与PI3K-AKT 途径调节细胞脂代谢过程，对2 型糖尿病的治疗具有积极作用。肖作奇等[36]研究发现，玉竹多糖可以提高胰岛素诱导的HepG2 细胞的葡萄糖消耗量，并激活机体细胞内氧化应激损伤保护，实验最终证明玉竹多糖可通过调节PI3K 和PPARγ 信号通路，从而产生改善细胞内胰岛素抵抗的药理作用。

2.6 调节相关细胞因子

糖尿病是一种低度炎症的慢性疾病，玉竹多糖可通过调节细胞因子水平、改善胰岛素抵抗，从而达到降糖的作用。体内细胞因子若发生分泌异常，会导致脂肪和肌肉等组织细胞对胰岛素的敏感度下降，从而破坏胰岛素受体的信号传导，使葡萄糖的消耗利用受到影响。三者相互促进，形成恶性循环。

刘燊等[37]研究发现，玉竹多糖具有有效调节机体细胞因子水平的作用，通过建立链脲佐菌素诱导的1 型糖尿病小鼠模型，发现玉竹多糖可明显影响体内血糖、血脂、胰岛素及其外周细胞因子（IL-4、IL-10、IFN-γ）的水平，从而达到明显降低血糖的目的。朱琪等[38]研究发现，玉竹多糖可以有效改善高脂饮食诱导的肥胖大鼠模型体重，以及肾周脂肪质量，抑制肝脏中炎症因子TNF-α、IL-6 表达，维持糖脂质代谢正常。韩笑等[39]实验表明，玉竹水煎液可降低大鼠血清中IL-6、TNF-α 等炎症因子浓度，从而减轻其对空腹血清胰岛素分泌的抑制，改善胰岛β 细胞功能，达到降低血糖的目的。

3 结语

玉竹多糖是玉竹中含量最高的活性成分，具有多种生物药理活性。在对多糖的研究中发现，其生物药理活性取决于结构特征，且二者密切相关。本研究对国内外近几年来关于玉竹多糖结构以及降血糖药理活性方面进行综述，希望将其分子结构和降糖药理生物活性的研究相结合，即从构效关系上进一步探索和认识玉竹多糖。以期为玉竹药材，降糖类产品的开发创新，以及品质评价、质量控制、临床应用等提供参考。