宋晨光

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018）

多糖又稱為多聚糖，一般是指由10 個或以上單糖聚合而成的一類生物大分子，廣泛存在于動物、植物、細菌、真菌的細胞壁中[1]。植物多糖來源豐富，從天然植物中尋找功能性成分是目前的研究熱點。已有研究表明植物多糖具有抗氧化、抗炎性、抗腫瘤等多種生物活性[2-4]。

自由基作為人體正常代謝的產(chǎn)物，在機體內(nèi)處于動態(tài)平衡。一旦這種平衡狀態(tài)被打破，將會對生物體造成損傷，引發(fā)疾病[5]。由氧自由基引起的疾病高達100 余種，嚴重危害生物體的健康[6]?？寡趸褪悄軌蛞种谱杂苫难趸磻?yīng)，植物多糖抗氧化的表現(xiàn)眾多，一方面可以直接作用于自由基：通過直接清除·OH、O2-·、ABTS、DPPH·、NO2-·等自由基以及抑制脂質(zhì)過氧化，從而發(fā)揮抗氧化的作用；另一方面間接作用自由基：通過增強SOD（超氧化物歧化酶）、GSH-Px（谷胱甘肽過氧化物酶）、CAT（過氧化氫酶）等抗氧化酶的活性、絡(luò)合產(chǎn)生活性氧所必需的金屬離子、降低MDA（丙二醛）、提高T-AOC（總抗氧化能力）水平以達到抗氧化的目的，在清除人體自由基方面具有應(yīng)用價值。

本文主要概括了近年來國內(nèi)外30 種抗氧化植物多糖，總結(jié)了植物多糖在抗氧化活性方面的表現(xiàn)、作用機制和植物多糖抗氧化活性的構(gòu)效關(guān)系，為抗氧化食品的研發(fā)提供理論參考。

1 不同科屬門類植物多糖的抗氧化

目前，具有抗氧化活性的植物多糖已被廣泛發(fā)現(xiàn)。根據(jù)所屬門類可將抗氧化植物多糖分為被子植物門、裸子植物門、綠藻門、褐藻門和紅藻門等；其中包括桃金娘科番石榴屬、葫蘆科葫蘆屬、銀杏科銀杏屬等。不同科屬門類植物多糖及其抗氧化機制等信息見表1。

表1 具有抗氧化活性的植物多糖Table 1 Plant polysaccharides with antioxidant activity

2 植物多糖抗氧化作用表現(xiàn)

植物多糖可以直接或間接地消除自由基，維持體內(nèi)自由基的平衡，避免疾病的發(fā)生。研究表明，不同科屬門類植物多糖的抗氧化表現(xiàn)具有多面性，且相互之間沒有顯著的差別，其表現(xiàn)包括直接作用和間接作用于自由基等方面[34]。

2.1 多糖直接作用于自由基

2.1.1 抑制脂質(zhì)過氧化

脂質(zhì)過氧化是指多不飽和脂肪酸在富氧的情況下發(fā)生的一類氧化變質(zhì)，是一類自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。此反應(yīng)不僅產(chǎn)生自由基，還需要自由基來推動進一步的反應(yīng)。脂質(zhì)過氧化會在生物體內(nèi)生成大量的有毒物質(zhì)。植物多糖分子能夠直接捕獲脂質(zhì)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中產(chǎn)生的活性氧，減緩或阻斷脂質(zhì)過氧化的進行。

在殳葉婷等[35]對靈芝多糖抗氧化作用的研究實驗中，通過脂質(zhì)體模擬細胞膜，將靈芝多糖添加入脂質(zhì)體中，以此考察靈芝多糖抗脂質(zhì)體氧化的作用。實驗發(fā)現(xiàn)60 h時，空白脂質(zhì)體產(chǎn)生的過氧化物大約為靈芝多糖脂質(zhì)體的9 倍，空白脂質(zhì)體產(chǎn)生的MDA 為靈芝多糖脂質(zhì)體的3倍左右，有效證明了靈芝多糖能夠抑制脂質(zhì)過氧化。Lin等[36]研究發(fā)現(xiàn)，從紫心蘿卜中提取的多糖同樣能夠抑制脂質(zhì)過氧化，從而發(fā)揮抗氧化作用。

2.1.2 清除·OH

·OH（羥基自由基）是一種氧化能力極強的自由基，化學(xué)性質(zhì)十分活潑。它可以由超氧陰離子和過氧化氫在金屬離子的作用下生成，且可與機體內(nèi)幾乎所有的有機物發(fā)生反應(yīng)，對生物大分子產(chǎn)生極強的氧化破壞效應(yīng)，從而引起細胞與組織的氧化損傷。植物多糖碳氫鏈上的氫原子可以與·OH 結(jié)合成水，從而清除·OH。同時，多糖的碳原子成為碳自由基，進一步氧化形成過氧自由基，最終分解為對人體無害的產(chǎn)物，從而達到抗氧化的作用。

在張雅丹等[37]的研究中，將鐵皮石斛多糖提取物與抗壞血酸進行比較，探究對由于Cu2+催化H2O2而產(chǎn)生的·OH 的清除作用，發(fā)現(xiàn)10 mmol/L 抗壞血酸對于羥自由基的清除率為43.02%，而2 μg/L 的鐵皮石斛多糖可清除71.73%的·OH。因此證明鐵皮石斛多糖提取物能夠清除·OH，具有抗氧化作用。Kungel 等[38]研究表明馬黛茶多糖對·OH 清除活性的IC50值可達到3.36±0.31 mg/mL。

2.1.3 清除O2-·

O2-·（超氧陰離子自由基）是體內(nèi)一種很容易產(chǎn)生并且轉(zhuǎn)化的自由基，由氧分子接受一個電子形成。超氧陰離子自由基在生物體內(nèi)可以長時間的攻擊靶向目標(biāo)，對細胞具有較強的氧化毒性。植物多糖分子具有還原性的半縮醛羥基，與O2-·發(fā)生氧化還原反應(yīng)后，能夠終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，達到抗氧化的作用。

崔璨[39]研究發(fā)現(xiàn)，辣木根、莖、葉水溶性多糖對O2-·清除能力的IC50分別為0.082、0.127、0.134 mg/mL，由此可看出辣木根、莖、葉多糖對超氧陰離子自由基均具有清除能力，且辣木根多糖的清除能力更為顯著。Xu 等[40]在對山茶花多糖的研究中發(fā)現(xiàn)，山茶花多糖對超氧陰離子的清除能力隨多糖濃度的增高而增強。

2.1.4 清除DPPH·

DPPH·（1,1-二苯基-2-苦味酰肼自由基）是一種以氮為中心的自由基，它在有機溶劑中非常穩(wěn)定，其孤對電子在517 nm 處有一強吸收（顯深紫色）。而植物多糖可作為自由基清除劑與其單電子配對使其吸收逐漸消失[41]，從而發(fā)揮植物多糖的抗氧化能力。

鄭燕菲等[42]研究發(fā)現(xiàn)，單性木蘭葉多糖提取物對DPPH·清除作用有較好的線性關(guān)系。10 mg/L 的多糖提取物對DPPH·的清除率可達到71.40%，并計算出其清除能力的IC50為5.85 mg/L。趙丹潔等[43]通過研究發(fā)現(xiàn)，濃度為0.6 mg/mL 的金線蓮多糖對DPPH·的清除率高達86.24%，說明純化后的金線蓮多糖具有較好的抗氧化活性。

2.1.5 清除ABTS+·

ABTS 經(jīng)氧化后可以生成穩(wěn)定的藍綠色陽離子自由基ABTS+·，ABTS+·能溶于水相或酸性乙醇介質(zhì)，且在414、645、734、815 nm 處有最大吸收[44]。植物多糖中所含的抗氧化成分能與ABTS+·發(fā)生反應(yīng)，從而使體系褪色。

Shang 等[45]在小麥麩多糖的抗氧化活性的研究中發(fā)現(xiàn)，在最高濃度4.0 mg/mL 時，小麥麩多糖和VC 對ABTS+·的抑制率分別為72.80%和85.95%。這一結(jié)果表明，小麥麩多糖能夠清除ABTS+·，有顯著的抗氧化活性。袁路路[46]在清除ABTS+·實驗中發(fā)現(xiàn)，BJP-4（酸性紅棗多糖）的IC50值高達0.58 mg/mL。

2.1.6 清除NO2-·

NO3－·、NO2-·等活性自由基可由一氧化氮與氧自由基相互作用生成，對細胞產(chǎn)生毒性，加速細胞的氧化[47]。于淑池等[48]在龍井茶多糖抗氧化能力的研究中發(fā)現(xiàn)，龍井茶多糖能夠清除羥基自由基、超氧陰離子自由基和NO2-·，并且對NO2-·清除能力最為顯著。Zheng 等[49]研究發(fā)現(xiàn)，注射適量黃精多糖后與對照組相比，大鼠血液中NO 含量明顯降低，從而降低NO2-·。

2.2 多糖間接作用于自由基

2.2.1 增強SOD 活性

SOD 作為一種抗氧化金屬酶，可以催化超氧陰離子自由基歧化生成氧和過氧化氫，維持機體氧化與抗氧化的平衡[50]。植物多糖可以增強體內(nèi)SOD 的活性，維持機體超氧陰離子自由基的數(shù)目，起到抗氧化的作用。衣蕾等[51]在甘草多糖的體內(nèi)抗氧化活性研究實驗中發(fā)現(xiàn)，高、中濃度的甘草多糖組中SOD 含量相比于對照組都有明顯的提高，即使低劑量組SOD 含量也高于空白對照組，這表明甘草多糖能夠通過增強SOD 的活性，達到抗氧化的作用。Song 等[52]研究發(fā)現(xiàn)，黃芪多糖能夠提高SOD 活性，降低ROS 水平，從而使雌性家蠶壽命延長4.21%。

2.2.2 增強GSH-Px 活性

GSH-Px 是機體內(nèi)廣泛存在的一種過氧化物分解酶可以分解機體代謝產(chǎn)生的過氧化物，將其轉(zhuǎn)化為氧氣和水，并進一步加以利用；還可以單獨有效地捕獲自由基，發(fā)揮間接抗氧化作用。

Wang 等[53]通過研究發(fā)現(xiàn)，五味子多糖可以顯著提高GSH-Px 活性?？滴腻\等[54]也在研究中發(fā)現(xiàn)，隨著蒲公英多糖濃度的增高，小鼠血清和肝臟中GSH-Px 活性顯著增強，并推測可能是由于蒲公英多糖分子作用于體內(nèi)抗氧化酶，通過提高ICR 小鼠體內(nèi)GSH-Px 等抗氧化酶的活性，間接發(fā)揮其抗氧化的作用。Song 等[52]的研究中，黃精多糖能夠增強大鼠腎組織中的GSH-Px 活性，發(fā)揮抗氧化作用。

2.2.3 增強CAT 活性

CAT 在機體內(nèi)是催化過氧化氫分解成水和氧的酶，是過氧化物酶體的標(biāo)志酶，能夠單獨有效地捕獲自由基，從而發(fā)揮間接抗氧化作用。Huang 等[8]通過研究發(fā)現(xiàn)，高劑量和中劑量的苦葫蘆多糖均可顯著提高小鼠血清、肝臟和大腦中的CAT 含量，證明了苦葫蘆多糖可以清除體內(nèi)產(chǎn)生的過氧化物自由基，阻斷體內(nèi)的自由基反應(yīng)鏈，在抗氧化中起到一定的作用。Yuan 等[55]研究發(fā)現(xiàn)，地黃多糖能夠提高秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）體內(nèi)的CAT 活性，發(fā)揮抗氧化功效。

2.2.4 絡(luò)合產(chǎn)生活性氧所必需的金屬離子

植物多糖結(jié)構(gòu)中存在醇羥基，它可以與產(chǎn)生·OH 等自由基所必需的金屬離子（如Cu2+、Fe2+等）絡(luò)合，使其不能產(chǎn)生抑制脂質(zhì)過氧化的羥自由基，最終抑制活性氧的產(chǎn)生。

狹葉香蒲是一種營養(yǎng)豐富的可食用蔬菜，史雨琪[56]通過探究香蒲多糖抗氧化能力發(fā)現(xiàn)，PTA（粗狹葉香蒲多糖）、PTA-1（中性狹葉香蒲多糖）、PTA-2（酸性狹葉香蒲多糖）均具有顯著的金屬離子螯合能力。在濃度為2.5mg/mL時，PTA-1 和PTA-2 的金屬離子螯合能力達到最大值，分別為96.18%和96.10%。由此可判斷香蒲多糖能夠絡(luò)合產(chǎn)生羥自由基所必需的亞鐵離子，從而達到抗氧化的作用。Ji 等[57]發(fā)現(xiàn)棗子果實多糖具有顯著的亞鐵離子螯合活性，并歸因于多糖組成中含有較高量的半乳糖酸。

2.2.5 降低MDA

MDA 是指多不飽和脂肪酸的過氧化物的分解產(chǎn)物，其含量間接反映了自由基對生物體的損傷程度[58]。植物多糖通過降低MDA，可以間接減少自由基對機體的損傷，從而達到抗氧化作用。

陳曉蘭等[59]在泡桐花多糖對小鼠血清和組織器官MDA的影響實驗中發(fā)現(xiàn)，相較于空白組，低、中、高濃度的泡桐花多糖均能顯著降低血清中的MDA 含量（P＜0.05），且分別降低了56.50%、61.73%、62.13%。在心臟組織、腎臟及其他器官中均有類似的發(fā)現(xiàn)，表明泡桐花多糖具有良好的抗氧化活性。周意等[60]研究發(fā)現(xiàn)，注射瑪咖（Lepidium meyenii）能夠降低小鼠體內(nèi)MDA 含量，發(fā)揮抗氧化活性，延緩小鼠衰老。

2.2.6 提高T-AOC 水平

T-AOC 反映了機體內(nèi)酶學(xué)及非酶學(xué)抗氧化物的總體水平，其活性水平可以反映出機體抗氧化酶的活力及抗氧化系統(tǒng)的功能狀態(tài)，并且可間接反映出機體脂質(zhì)過氧化的損傷程度。

石榴皮多糖（PPP）是一種存在于石榴皮中的植物多糖。Wu 等[61]實驗發(fā)現(xiàn)，低、中、高劑量PPP 小組中小鼠的T-AOC 水平均顯著高于對照組；且石榴皮多糖能夠顯著提高小鼠體內(nèi)T-AOC 水平，發(fā)揮抗氧化活性。

2.2.7 拮抗NO

NO 是一種活性氧分子，其化學(xué)性質(zhì)非常活躍。NO的生成依賴于一氧化氮合酶（NOS）。誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的過量表達會生成大量NO，致使羥自由基和二氧化氮自由基大量產(chǎn)生，從而加速氧化的發(fā)生，植物多糖能夠有效調(diào)節(jié)其反應(yīng)的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，蒼術(shù)多糖能通過抑制NOS 的活性降低NO 水平，對小鼠肝損傷起到保護作用；當(dāng)歸多糖可以通過消除NOS、NO，以增強抗氧化能力，起到保護糖尿病大鼠腎臟的作用[62-63]。

3 植物多糖抗氧化作用機制及主要信號通路

植物多糖抗氧化作用的機制主要有以下兩個方面[64]：一方面，植物多糖通過調(diào)控炎癥反應(yīng)信號（NF-κB）通路來調(diào)節(jié)機體或細胞內(nèi)相關(guān)炎癥因子基因的表達，從而緩解因氧化應(yīng)激造成的損傷；另一方面，絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/Nrf2 信號通路可以在植物多糖的調(diào)節(jié)下促進細胞對Ⅱ相解毒酶的分泌，促進抗氧化酶的分泌并提高其活性，使機體或細胞內(nèi)自由基水平降低，從而增強機體或細胞對氧化應(yīng)激的抗性。

3.1 NF-κB 信號通路

核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）是調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的重要因子，當(dāng)機體或細胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)時，IκB（NF-κB 的抑制蛋白）經(jīng)系列反應(yīng)后降解，釋放NF-κB，使其轉(zhuǎn)移進入細胞核內(nèi)，參與機體炎性反應(yīng)及免疫應(yīng)答等多種病理生理過程[65]。植物多糖能夠通過抑制炎癥因子的基因表達緩解氧化損傷。

枸杞多糖可以通過調(diào)控NF-κB、P38 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）等信號通路保護神經(jīng)系統(tǒng)[66]。黨參多糖可通過抑制NF-κB 信號通路，減少炎癥因子釋放，從而保護大鼠潰瘍性結(jié)腸炎[67]。

3.2 MAPK/Nrf2 信號通路

MAPK 包括氧化應(yīng)激在內(nèi)的各種刺激進行相應(yīng)的應(yīng)答。當(dāng)細胞面對氧化應(yīng)激時，NRF2 入核與抗氧化反應(yīng)元件結(jié)合后上調(diào)抗氧化相關(guān)基因的表達，增加細胞對氧化應(yīng)激的抗性[68]。

蒲公英多糖通過激活MAPK 信號通路激活Nrf2 以誘導(dǎo)HO-1（血紅素加氧酶）基因的表達[69]。在植物多糖的作用下，MAPK/Nrf2 信號通路被激活使得細胞內(nèi)ROS 的產(chǎn)生減少，促進SOD 等抗氧化酶的合成，從而使機體對氧化應(yīng)激的抗性增強[70]。

4 植物多糖抗氧化構(gòu)效關(guān)系

雖然抗氧化植物多糖現(xiàn)已被廣泛發(fā)現(xiàn)，但仍有大部分的植物多糖被證實其本身并不具有抗氧化活性或只有很弱的抗氧化活性。植物多糖的結(jié)構(gòu)和其生物活性息息相關(guān)，通過改變原有的結(jié)構(gòu)，可以使部分多糖呈現(xiàn)出顯著的抗氧化活性。因此，探究抗氧化植物多糖的構(gòu)效關(guān)系，揭示多糖抗氧化機制與其結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，進而通過化學(xué)修飾增強植物多糖的抗氧化活性成為當(dāng)下多糖抗氧化領(lǐng)域的熱點課題。

4.1 物理性質(zhì)對抗氧化活性的影響

多糖的分子量、溶解度和黏度等物理性質(zhì)以及多糖的提取方法均能夠?qū)χ参锒嗵欠肿涌寡趸饔闷鸬接绊?。洪夢凌[71]將軟棗獼猴桃多糖酶解，使其平均分子量顯著降低。發(fā)現(xiàn)軟棗獼猴桃多糖對羥自由基、ABTS 自由基的清除作用增強。楊金濤等[72]發(fā)現(xiàn)熱水提取和超聲輔助提取的榆黃蘑多糖相較于堿提取的方法，具有更強的自由基清除能力。

4.2 化學(xué)修飾對抗氧化活性的影響

植物多糖的化學(xué)修飾常用到硫酸化、甲基化、磷酸化以及羥乙基化等[73]。如大蒜多糖經(jīng)過羧甲基修飾后，含糖量的增加，對超氧自由基和DPPH·的清除活性更為顯著[74]。Wang 等[75]通過研究發(fā)現(xiàn)，硒化沙蒿多糖比原沙蒿多糖呈現(xiàn)出更強的抗氧化活性，說明硒化可以提高沙蒿多糖的抗氧化活性。磷酸化的紅芪多糖對自由基的清除活性明顯高于未修飾的多糖[76]。

4.3 初級結(jié)構(gòu)對抗氧化活性的影響

糖基組成、糖苷鍵的種類以及支鏈的組成都會影響植物多糖的抗氧化活性。劉袆帆等[77]通過建立甘露糖含量和DPPH·清除率EC50值的線性回歸方程，分析圖形并進行Pearson 檢驗，發(fā)現(xiàn)二者的相關(guān)性系數(shù)值為0.99，推測石斛多糖DPPH·抗氧化性與組分中甘露糖的相對含量有較強的相關(guān)性。陳兵兵[78]發(fā)現(xiàn)，糖醛酸含量為12.38%的葛根多糖抗氧化能力明顯強于糖醛酸含量為1.01%的組分。吳雅清等[79]在綜述中提及，葡萄糖1→6 和阿拉伯糖1→4 鏈接與DPPH·清除效應(yīng)具有密切相關(guān)。

4.4 高級結(jié)構(gòu)對抗氧化活性的影響

一般認為，活性多糖有四種高級結(jié)構(gòu)，分別為皺紋型帶狀、可拉伸帶狀、屈曲狀螺旋和曲狀線圖。屈曲狀螺旋型活性較高，而可拉伸帶狀活性較小，皺紋型帶狀和曲狀線圖型多糖活性較低甚至沒有活性，三股螺旋型被認為是最具活性的空間構(gòu)象[80]。然而植物多糖的高級結(jié)構(gòu)與其抗氧化活性之間的關(guān)系并未十分清楚。多項研究已表明，具有生物活性的植物多糖均具有規(guī)則的高級結(jié)構(gòu)。劉曉菲等[81]發(fā)現(xiàn)羧甲基茯苓多糖具有三螺旋結(jié)構(gòu)，能夠發(fā)揮顯著的體外抗炎活性。張琬玥等[82]通過研究腫節(jié)風(fēng)多糖SGP-2 發(fā)現(xiàn)，球狀結(jié)構(gòu)或分支桿狀結(jié)構(gòu)對于SGP-2 的活性發(fā)揮具有重要的作用。

5 結(jié)語

研究表明植物多糖能夠在多個方面發(fā)揮作用，尤其在各種實驗體系中體現(xiàn)出了顯著的抗氧化活性。這或許是植物多糖在抗腫瘤、抗衰老等功效的藥理基礎(chǔ)。由氧自由基失衡引起的疾病已高達一百余種，嚴重危害著機體的健康。因此低毒、安全、具有良好生物相容性的植物多糖被廣泛應(yīng)用于食品抗氧化的研究中。具有抗氧化活性的植物多糖種類眾多，不同科屬間植物多糖的作用機制沒有顯著差別，具有多面性。植物多糖可通過直接作用于自由基和間接作用于自由基等途徑達到抗氧化的作用，并且抗氧化活性受植物多糖的物理性質(zhì)、初級結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)和化學(xué)修飾的影響。

目前，在針對植物多糖抗氧化機制方面的研究中，具有抗氧化活性植物多糖種類的發(fā)現(xiàn)是課題熱點。這些研究多集中與植物多糖體外抗氧化和對自由基的清除能力等方面，缺乏植物多糖抗氧化機制的進一步分析，如植物多糖作用于哪些生物信號通路以及影響哪些基因表達等方面，從而限制了藥理學(xué)實驗的進展。

在抗氧化活性與植物多糖構(gòu)效關(guān)系的研究中，物理性質(zhì)（如分子量、溶解度）的影響，化學(xué)修飾（如硫酸化等）多糖的一級結(jié)構(gòu)方面的研究較多。且這些研究缺乏規(guī)律性的結(jié)論。同時，對于植物多糖高級結(jié)構(gòu)對抗氧化活性的影響仍然知之甚少，這應(yīng)是后續(xù)研究的主要方向。