东韦正

【关键词】植物多糖;降血糖;作用机理

糖尿病是一种十分常见的，由遗传因素和环境因素相互作用而导致的一种代谢紊乱临床综合征，具有发病率高、并发症多及致残率高等特点。糖尿病患者体内胰岛素含量呈现为绝对不足或相对不足，血糖升高和出现糖尿为患病主要标志。目前，全球90%以上糖尿病患者为Ⅱ型糖尿病，即非胰岛素依赖型糖尿病。糖尿病已成为许多国家的常见病和多发病，其死亡率在肿瘤、心血管病之后居第三位[1-3]。2020年我国糖尿病患者人数已达1.298亿，糖尿病人数不断增加，给患者自身、家庭和国家造成了沉重的经济负担。据统计，我国每年治疗Ⅱ型糖尿病及其并发症的医疗总成本为20860亿元，占中国医疗卫生总费用的43.8%。

植物多糖是一种大分子化合物，广泛存在于多种植物当中，是植物的一种重要活性物质。近年来，随着研究的进展，多糖在降血糖、抗氧化等领域发挥着重要的生物活性作用。因此，本文通过查阅大量相关的文献资料，从多糖的分类、结构、降血糖機理对近些年植物多糖在降血糖、防治糖尿病方面的有关研究进行了综述，以期为今后植物多糖在开展相关降血糖药物资源研究和防治糖尿病领域提供借鉴。

1植物多糖的一般结构及其主要分类

多糖（polysaccharide）是由10个以上单糖组成的聚合糖高分子碳水化合物，可用通式（C6H10O5）n表示。多糖的结构一般包括构成糖链的单糖种类、顺序、糖环类别、糖苷键的异头碳构型、分支位点、空间构像等。按照来源可将多糖分为动物多糖、植物多糖、微生物多糖、藻类多糖;按照生理功能分为结构多糖和贮存多糖;根据组成成分分为均多糖和杂多糖。

多项研究表明，有降血糖活性的植物多糖组成中含有阿拉伯糖和鼠李糖，由此推测这两种单糖可能和降血糖作用密切相关。随着分子生物学及结构生物学研究的快速发展，发现多糖的生物活性功能与单糖组成、摩尔比、分子量、溶解度、结构密切相关，研究多糖的构效关系，阐明其作用机理已经成为生命科学的前沿领域之一。

2我国常用于糖尿病保健食品开发的主要植物多糖

我国自然资源丰富，可用于降血糖防治糖尿病的多糖种类繁多，通过查阅文献资料，综述了用于糖尿病保健食品开发的主要多糖。

2.1羊栖菜联合姬松茸多糖

可以降血糖、治疗糖尿病合并症，二者的联合作用可以明显降低βTc3的增值抑制率，降低其细胞的凋亡，并降低bax和caspase-3基因的表达。

2.2蜜环菌多糖

蜜环菌可以提取水相多糖（AMP-1）和盐相多糖（AMP-2），其多糖具有降血糖、清除自由基、保护和修复胰岛细胞、增强免疫的作用。其中水相多糖的作用较为显著。

2.3黄参多糖

黄参多糖对四氧嘧啶诱导的胰岛β细胞凋亡具有保护作用，而且存在剂量依赖效应。对RINm5F细胞的氧化损伤有保护作用，抑制MDA的生成。

2.4桦褐孔菌菌质多糖

龙凯等[4]探究了不同分子量的桦褐孔菌菌质多糖对IR-HepG2细胞的影响，同时与桦褐孔菌核多糖进行比较，相对分子量1×104～3×104的菌质多糖和菌核多糖显著增加IR-HepG2细胞对葡萄糖的消耗能力。

2.5苦瓜多糖

苦瓜多糖有降血糖的作用，而且苦瓜多糖对链脲佐菌素（STZ）损伤的HIT-T15有明显的修复作用。修复效果与药物作用成分和药物浓度都有关系。

2.6桑树中的多糖

桑叶、桑枝、桑葚和桑白皮均具有降血糖的功能，其中多羟基生物类碱、多糖、黄酮类是改善胰岛素抵抗的主要成分。可以改善脂肪组织、肝细胞以及骨骼肌肉的胰岛素抵抗。桑叶多糖还具有降低糖尿病大鼠炎症和游离脂肪酸含量，减轻氧化应激损伤，保护胰岛细胞的作用。Zhang等[5]研究表明，桑叶多糖可以上调糖尿病大鼠胰岛细胞的Bcl-2水平，降低Bax和caspase-3水平。此外，有研究表明[6-8]，PDX-1是胰岛细胞基因表达的重要因子，在胰岛细胞基因转录和胰岛素分泌中起着重要作用。文献研究还表明，桑叶多糖可以显著增强PDX-1免疫反应性，提高其mRNA和蛋白表达水平[5]。而GLUT-2和葡萄糖激酶的表达增加可能与此有关。

2.7旋复花多糖

对Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病均具有显著的降血糖活性，对血脂也有改善，清除自由基，保护四氧嘧啶和链脲佐菌素损伤的胰岛细胞。

2.8香蕉粉中的多糖

朱小花[9]研究表明，香蕉粉可以减轻Ⅱ型糖尿病的症状，改善脂质和氨基酸代谢紊乱和胰岛素抵抗，对肝细胞和胰岛细胞损伤有保护作用，降低空腹血糖，改善糖耐量。

2.9玉米花丝和玉米须

二者可以增加胰岛素的分泌，对胰岛细胞保护，改善胰岛素抵抗，抑制糖原的分解并促进糖原的合成。玉米须对单纯的高血糖以及高血脂所致的糖尿病小鼠均有良好的缓解作用。

2.10麦冬多糖

可以提高链脲佐菌素诱导的胰岛细胞的活性，抑制肠刷状缘膜吸收葡萄糖，降低α-葡萄糖苷酶活性，但对H4IIE细胞中糖异生和3T3～L1脂肪细胞中的葡萄糖摄取没有显著变化。

2.11灵芝多糖

灵芝多糖剂量依赖地增加血清胰岛素，降低血糖并修复四氧嘧啶体内体外诱导的胰岛损伤。另有研究表明[10]，灵芝多糖可以降低STZ诱导的大鼠空腹血糖值。Jia等[11]的研究表明，灵芝多糖可以提高STZ诱导小鼠的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶。组织病理学结果显示，还对鼠的胰岛细胞具有保护作用，促进胰岛细胞的再生，抑制其凋亡。与糖尿病大鼠相比，灵芝多糖提高了胰腺中Bcl-2、PDX-1mRNA的表达，降低了Bax、iNOS、Casp-3mRNA的表达[12]。

2.12芦荟多糖

通过小鼠实验发现，芦荟多糖减少游离脂肪酸诱导的胰岛β细胞的死亡，通过调节肥胖诱导的内质网（ER）氧化应激而缓解Ⅱ型糖尿病症状。

2.13南瓜多糖

南瓜水溶性多糖（PCE-CC）可以改善由四氧嘧啶诱导的糖尿病家兔的血糖、血脂和糖化血红蛋白水平。用含有PCE-CC喂养的家兔体重增加，家兔胰岛组织的受损伤程度也减小。Zhu等[13]研究得出，南瓜多糖可以降低链脲佐菌素（STZ）处理后的胰岛细胞BaxmRNA的水平，增加Bcl-2mRNA的水平。同时可以抑制STZ对胰岛细胞的凋亡作用。

2.14黄芪多糖

黄芪多糖具有免疫调节作用，对超氧阴离子具有一定的清除活性，且存在剂量依赖效应，改善胰岛素抵抗，保护胰岛细胞，缓解糖尿病的并发症，增加胰岛素敏感性，促进骨骼肌肉对游离脂肪酸的摄取。

2.15香菇多糖

研究发现[14]，香菇多糖可以降低胰岛细胞的氧化应激，减少ROS的生成，保护细胞不受链脲佐菌素诱导的凋亡。另外，Zhang等[15]研究发现香菇多糖可以增强PDX-1的表达，抑制JNK和MAPK信号通路。文献[14]研究还发现，香菇多糖可以调控Bax、Bcl-2、caspase-3的表达。

3植物多糖降血糖防治糖尿病的作用机理研究

植物多糖降血糖防治糖尿病的的作用机理复杂，主要有以下几种。

3.1抑制胰岛细胞凋亡，增加胰岛细胞数量，促进胰岛细胞分泌胰岛素

JNK信号可以作用于不同受体对细胞凋亡起作用。脂毒性和糖毒性可以在胰岛细胞中引起氧化应激，从而导致JNK激活，而胰岛组织中的JNK激活会诱导胰岛细胞凋亡，降低胰岛素的合成，使胰岛素受体底物IRS-1的丝氨酸磷酸化增加而酪氨酸磷酸化降低，从而阻碍胰岛素受体信号的传导，最终形成胰岛素抵抗。通过对一些降糖药物的研究表明[16-18]，其机理是通过抑制JNK信号通路，降低胰岛细胞的凋亡从而降低血糖。二型糖尿病的主要特征是胰岛素的相对缺乏，从而导致了血糖水平调节失衡。在发展成二型糖尿病之前，胰岛细胞通过增殖和增加胰岛素的分泌来代偿，在细胞代偿后期出现细胞增殖不足以及胰岛素分泌的不足。一项报告指出[19]，患有糖尿病的瘦人和肥胖患者的胰岛细胞数量相对正常瘦人和肥胖者减少41%和63%，细胞凋亡率增加，说明胰岛细胞数量的下降和细胞凋亡密不可分。虽然二型糖尿病中的细胞凋亡的机制存在争议，但是抑制细胞凋亡及相关因素已经成为治疗二型糖尿病的关键方法。桑叶多糖能抑制STZ诱导的糖尿病大鼠的胰岛细胞凋亡，增加胰岛细胞胰岛素分泌，上调抗凋亡的Bcl-2相关的蛋白和mRNA的表达，抑制促凋亡蛋白caspase-3的活化，提高糖尿病大鼠胰岛素分泌量。另一项研究表明[20]，桑叶多糖可以促进糖尿病大鼠胰腺细胞再生和胰岛素分泌。灵芝多糖也可以显著增加高脂饮食和STZ诱导大鼠的血清胰岛素水平。组织病理学显示，还可促进胰岛细胞的增殖，表明其对胰岛细胞具有保护作用。

3.2改善胰岛素抵抗

PI3K/AKT信号通路在正常代谢中起重要作用，主要包括胰岛素受体（InsR）、胰岛素受体底物-2（IRS-2）和磷脂酰肌醇-3～激酶（PI3K）及其下游几个信号因子蛋白的通路。它的异常会导致肥胖和2型糖尿病的发生。机体各组织在PI3K/AKT通路的损伤导致胰岛素抵抗、肥胖和糖尿病，而糖尿病抵抗又破坏PI3K/AKT通路，形成恶性循环。研究表明，桑叶多糖可以改善机体脂肪组织的胰岛素抵抗，抑制脂肪组织细胞的增值分化，通过PI3K信号途径增加葡萄糖转运体4在脂肪细胞膜上的转位，从而增加葡萄糖的吸收利用;改善肝脏细胞的胰岛素抵抗，降低肝脏中脂质的沉积，促进肝细胞对葡萄糖的吸收，改善骨骼肌肉的胰島素抵抗[20]。

3.3加速葡萄糖的代谢，促进糖原合成，抑制葡萄糖的吸收

在哺乳动物中，所有可消化的碳水化合物通常都是经过水解酶消化成单糖才会被吸收进入小肠的血液中。其中，最关键的是淀粉酶和葡萄糖苷酶。从杏果肉中提取的一种中性多糖具有抑制葡萄糖苷酶的活性;岩藻多糖对于体内和体外的淀粉酶和葡萄糖苷酶具有抑制作用。从枸杞中的提取的一种新型多糖由呋喃糖和呋喃糖环两者异头配置组成，明显抑制体外细胞对葡萄糖的吸收且呈浓度依赖性。糖原合成受阻可促进高血糖和糖尿病的发生，研究表明[21-22]，多糖可以从促进糖原合成这个角度预防和治疗糖尿病。从仙人掌中分离出的一种多糖可以抑制STZ诱导的糖尿病小鼠葡萄糖-6～磷酸酶的活性，提高肝脏的糖原水平。铁皮石斛多糖治疗糖尿病小鼠四周后发现小鼠肝脏和骨骼肌中糖原含量显著恢复。

4抗炎和抗氧化作用

一直以来，氧化应激被认为是Ⅱ型糖尿病发生和发展的主要危险因素，其是由于自由基的过度产生和并内源性抗氧化防御能力（如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶）的降低。糖尿病患者通常会表现出持续高血糖引起的氧化应激，从而促进自由基的产生，对胰岛细胞造成损伤。TLRs是一类高度保守的细胞跨膜蛋白，对抗外来病原物的入侵，产生机体的炎症反应。细胞内TLRs信号通路主要有两条转导途径，一条是MyD88依赖性途径，包括TLR1、TLR2、TLR4、TLR7、TLR9等大部分TLRs均可通过此途径调控下游信号蛋白;另一条是MyD88非依赖性途径，TLR3、TLR4主要通过此途径发挥作用。临床上，2型糖尿病（T2DM）患者的炎症因子水平高于正常人，Gupta等[23]和Kim等[24]发现，健康与T2DM患者比较，T2DM患者体内的TLRs信号通路表达高于健康人。王敏[25]研究得出，桑叶可以经由减少TLRs表达和下游信号蛋白降低炎症的发生。MAPK是丝裂原活化蛋白激酶，可被多种细胞外刺激激活，参与细胞的炎症反应。一般来说，不同的细胞外信号刺激可以激活不同的信号转导途径。该通路由MAPK激酶激酶、MAPK激酶、MAPK三级激酶依次激活，将上游信号传递至下游应答，产生炎症反应。研究表明[26]，海参中提取的多糖可以通过抑制MAPK通路缓解氧化应激从而缓解2型糖尿病。从桑叶中提取的多糖降低了TNF-α、IL-8、IL-6、MDA和COX-2水平，增加了SOD、GSH-Px活性，改善了胰腺的功能，减缓了二型糖尿病进展。番石榴多糖治疗后可明显提高高糖高脂饲养大鼠的抗氧化酶水平，减轻氧化应激的损伤以及自由基引起的制止过氧化反应。

5结语

由于天然来源的成分，尤其是多糖对于糖尿病的作用明显且安全，所以对多糖等活性成分的系统研究很有必要。目前已研究的多糖种类很多，但一些多糖的具体作用机制尚不明确。通过对糖尿病和胰岛细胞保护有联系的信号通路的探究，从微观角度为糖尿病的发病原理以及后续的诊治提供借鉴，然而是否与其他信号通路有关联还需进一步探究。对一些多糖的提取工艺优化及大批量生产制备涉及较少。加大对多糖相关的已有信号通路和未知信号通路的研究，依据已有的信号通路并运用现代化学和生物学技术方法开发新的副作用低的降糖药物，必将在胰岛细胞保护和抗击糖尿病征程上书写辉煌。