邢中夫,于慧,萬新煥
(山東中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,山東 濟(jì)南 250355)
淫羊藿(EpimediumbrevicornumMaxim.)是小檗科(Berberidacea)淫羊藿屬(Epimedium)草本植物,在很多古代藥籍中均有記載。淫羊藿又名仙靈脾、棄杖草,始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》,常生于林下、溝邊灌叢中或山坡陰濕處,其產(chǎn)地主要為四川、陜西、貴州、湖南等地[1]。淫羊藿中化學(xué)成分主要分為黃酮類、多糖類、生物堿類等[2],具有補(bǔ)肝腎、抗氧化、衰老、腫瘤等功效,并且在機(jī)體內(nèi)具有強(qiáng)筋骨、調(diào)節(jié)免疫等臨床治療作用[3-8],臨床應(yīng)用十分廣泛。文獻(xiàn)表明,中藥材淫羊藿主要有淫羊藿、朝鮮淫羊藿、箭葉淫羊藿、巫山淫羊藿、粗毛淫羊藿、柔毛淫羊藿等類別的干燥葉[9],其差別主要體現(xiàn)在形態(tài)與性質(zhì),如朝鮮淫羊藿中多糖成分的含量與抗氧化活性要明顯高于其他種類[10]。淫羊藿多糖(Epimediumpolysaccharides,EPS)是對淫羊藿藥材進(jìn)行分離獲得的具有活性的雜多糖,是淫羊藿物質(zhì)基礎(chǔ)的主要組分之一,現(xiàn)代研究表明淫羊藿多糖具有多種豐富的生物活性,如調(diào)節(jié)自身免疫力、抗病毒、抗衰老、抗氧化、抗輻射等生物活性[11-16]。文章基于淫羊藿多糖的提取分離、純化方法、生物活性以及結(jié)構(gòu)等方面的研究進(jìn)展完成綜述,為淫羊藿多糖的進(jìn)一步的使用開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。
1.1 淫羊藿多糖的提取
1.1.1 水提法水提法是以水作為溶劑進(jìn)行提取,是一種傳統(tǒng)的多糖提取方式,經(jīng)過熱水浸煮將多糖提取出來,由于多糖不溶于乙醇,可通過醇沉將多糖提取出來。魯靜等[17]采用了均勻設(shè)計(jì)法,試驗(yàn)考察因素選擇了多糖提取的料液比、提取時(shí)間、溫度、次數(shù),以多糖得率為指標(biāo),對淫羊藿多糖熱水浸提工藝進(jìn)行優(yōu)化。另外在傳統(tǒng)水提醇沉淫羊藿多糖的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了Box-Benhnken中心組合試驗(yàn),采用單因素試驗(yàn),對提取時(shí)間、溫度和料液比進(jìn)行了考察[18],從而優(yōu)化了提取工藝,提高淫羊藿多糖的提取效率。此外,還有通過研究料水比、提取溫度、時(shí)間、次數(shù)等,采用四因素三水平正交優(yōu)化試驗(yàn)對該淫羊藿多糖的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化[19]。水提法的試驗(yàn)成本相對低廉,工藝流程簡單,比較適用于工業(yè)生產(chǎn),但工序時(shí)間長,耗醇量大,且提取率相對較低。
1.1.2 微波輔助提取法微波輔助提取法是利用微波進(jìn)行物質(zhì)萃取,在微波反應(yīng)器中使用適合的溶劑來提取各種所需的化學(xué)成分。孫永杰等[21]通過單因素實(shí)驗(yàn)確定了淫羊藿多糖的提取最佳工藝條件,研究表明,在微波法對淫羊藿多糖提取含量的3個(gè)影響因素中,影響從大到小分別是微波功率、提取時(shí)間、提取料液比。另一種是在試驗(yàn)中以提取物的含糖量為考察指標(biāo)[22],通過單因素及正交試驗(yàn)來對比研究水浴及微波輔助提取淫羊藿多糖的最佳工藝。微波輔助提取法能夠提高反應(yīng)速度,具有更高的選擇性,同時(shí)能夠保持多糖原有的生物活性和功能特性,獲得具有更高黏度和溶解度的多糖,獲得具有更優(yōu)越構(gòu)型變化的多糖。相對于傳統(tǒng)的多糖提取技術(shù),微波輔助提取法具有選擇性好、提取速度快、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。
1.1.3 酶提取法酶提取法是指用酶來輔助提取多糖,酶可以加速樣品中多糖成分的釋放和提取,從而提高多糖的提取率。王超[23]使用纖維素酶水解對于淫羊藿多糖進(jìn)行提取,采用了單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn),對其提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。采用纖維素酶輔助熱水浸提法從淫羊藿中提取淫羊藿多糖[24],進(jìn)行了單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面設(shè)計(jì)來進(jìn)行分析酶濃度、溫度、時(shí)間3個(gè)因素對淫羊藿多糖含量的影響。經(jīng)試驗(yàn)表明,對于多糖含量影響最大的為酶提溫度。與傳統(tǒng)的多糖提取方法相比,酶提取法的優(yōu)點(diǎn)主要為反應(yīng)速率快、雜質(zhì)易除、得率高等。
1.1.4 超聲波輔助提取法超聲波輔助提取法是利用超聲波來促使提取劑向同液界面擴(kuò)散,能夠使原料與溶劑混合更加均勻,從而提高多糖的得率。孫永杰等[21]使用乙醇與蒸餾水作為提取劑,進(jìn)行了單因素試驗(yàn),考察因素選取淫羊藿多糖的提取時(shí)間、提取溫度、提取料液比,再進(jìn)行正交試驗(yàn)法優(yōu)化提取淫羊藿多糖結(jié)果。潘佳[25]采用超聲波水提法來進(jìn)行提取淫羊藿葉多糖,并利用了正交試驗(yàn)法優(yōu)化了淫羊藿多糖的提取條件。試驗(yàn)利用超聲技術(shù)從干的淫羊藿葉中提取淫羊藿多糖[26],在超聲輔助下,采用了響應(yīng)面法分析了3個(gè)原因?qū)υ撐镔|(zhì)提取程度的影響,影響成都從大到小超聲功率、溫度、超聲時(shí)間。超聲波輔助提取法是一種高效實(shí)用的多糖提取方法,能夠降低反應(yīng)溫度,提高反應(yīng)速度,且能使提取具有選擇性,與傳統(tǒng)的多糖提取法比,提取效率較高且耗能較低。表1對于淫羊藿多糖提取方法里的工藝、得率及提取效果進(jìn)行總結(jié)。
表1 常見的淫羊藿多糖提取方法及效果
1.2 淫羊藿多糖的分離純化淫羊藿多糖的粗提取物中含有多種成分,提取淫羊藿多糖之后要除去其中的蛋白質(zhì)、雜質(zhì)、色素等其他物質(zhì),從而獲得純度較高的淫羊藿多糖。
1.2.1 淫羊藿多糖的脫蛋白多糖脫蛋白主要使用酶法、Sevage法、氯化鈣法、鹽酸法等方法。鄭曉翠等[27]對比了Sevage法、氯化鈣法、鹽酸法等方法,得知Sevage法蛋白脫出率最高,脫出率為68.71%,且多糖損失率僅為21.25%。雖然Sevage法蛋白的脫出率較高,且糖損失率最低,但該法所用試劑氯仿具有毒性。張曜武等[28]采用木瓜蛋白酶法去除淫羊藿多糖中的蛋白質(zhì)成分,通過考察了酶用量、溫度、pH及酶解時(shí)間等因素對蛋白質(zhì)脫除效果的影響,得到的酶法適用工藝條件為木瓜蛋白酶液占底物料液體積的10%,溫度55 ℃,pH 6.0,酶解1 h。在此條件下,蛋白去除率可達(dá)90%,多糖的損失率為16%。
1.2.2 淫羊藿多糖的脫色常用的多糖脫色方法主要有活性炭、H2O2、樹脂、Al2O3柱層析、聚酰胺、殼聚糖脫色等[29]。
羅小燕[30]在單因素研究基礎(chǔ)上,設(shè)置脫色率為指標(biāo),選擇正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)行篩選,最優(yōu)脫色工藝為ads-7大孔樹脂進(jìn)行動態(tài)吸附180 min、淫羊藿多糖供試液設(shè)置上樣濃度0.33 g·mL-1、上樣量等于1.5倍柱體積,流速保持1 mL·min-1,過濾完成后收集濾液,測定多糖脫色率為63.59%。
1.2.3 淫羊藿多糖的純化多糖純化主要使用色譜法,包括離子交換和凝膠色譜等方法[31]。試驗(yàn)[25]中通過熱水浸提法得來的淫羊藿粗多糖經(jīng)DEAF-Sepharose fast flow陰離子交換柱和Sephadex G-100葡聚糖凝膠柱進(jìn)行分離純化,得到了純度為82.03%的均一多糖的組分,采用高效凝膠滲透色譜法測定其分子量為31.2 kDa。
多糖能夠在生物體內(nèi)大量存在,屬于如同蛋白質(zhì)的大分子物質(zhì),多糖也具有一、二、三、四級結(jié)構(gòu)。由于單糖的種類、連接位置等都比氨基酸的多,還存在端基異構(gòu)現(xiàn)象,所以多糖的測定比氨基酸更復(fù)雜[32]。也正是因?yàn)槎嗵墙Y(jié)構(gòu)具備的多樣性和復(fù)雜性導(dǎo)致其功能多樣性。
通過水提醇沉得到的淫羊藿粗多糖,通過DEAE-52纖維素柱及Sephadex G-100分離純化得到淫羊藿中性多糖EPS-1-1和淫羊藿酸性多糖EPS-2-1[12],采用高效凝膠色譜法、完全酸水解等方法對兩種多糖進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析。在試驗(yàn)[33]中將淫羊藿粗多糖分成極性、帶電荷量和相對分子量差異化的三個(gè)純化多糖片段:EAP-40-1、EAP-60-1和EAP-80-2。張寧[37]通過試驗(yàn)進(jìn)行提取純化,提取到淫羊藿粗多糖(EFPC)和純化淫羊藿中性多糖(EFPN)以及通過Sepharose CL-6B凝膠層析分析柱進(jìn)行進(jìn)一步純化的淫羊藿中性多糖(EFPN-1)。李波等[39]對提取到的朝鮮淫羊藿多糖(EFPC)進(jìn)行分離純化,純化后有中性多糖(EFPN)和酸性多糖(EFPA),并進(jìn)行進(jìn)一步的多糖結(jié)構(gòu)分析??狄嘟猍40]使用了纖維素(DEAE-52)柱和葡聚糖凝膠(Sephadex G-150)柱完成淫羊藿多糖分離純化,并分析研究其主要成分。
表2為對已知多糖結(jié)構(gòu)分析的來源、純化方法、分子量、單糖組成等進(jìn)行總結(jié)。
表2 已知的淫羊藿多糖的組成
3.1 抗氧化在實(shí)驗(yàn)[41]中發(fā)現(xiàn),50%乙醇沉淀獲得的淫羊藿多糖對于清除DPPH與ABTS自由基有較好的作用,其IC50值分別為0.42 mg·mL-1和0.54 mg·mL-1,使用200~800 mg·(kg·d)-1范圍的淫羊藿多糖進(jìn)行處理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)濃度增加,淫羊藿多糖對于DPPH的自由基的清除率也在增加。由此得知淫羊藿多糖可以提升機(jī)體清除自由基的效率,降低脂質(zhì)過氧化的發(fā)生。張寧[37]從金屬離子螯合、清除以及抑制自由基還有還原能力等對比研究朝鮮淫羊藿中性多糖(EFPN),使用Sepharose CL-6B凝膠層析分析柱繼續(xù)純化所獲得的朝鮮淫羊藿中性多糖(即為EFPN-1)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明EFPN、EFPN-1能夠在0~8 mg·mL-1范圍內(nèi)有效清除羥基自由基,還發(fā)現(xiàn)EFPN-1清除率高達(dá)90.05%,超過了EFPN。在DPPH法中,EFPN、EFPN-1在0.05~0.4 mg·mL-1濃度范圍內(nèi)有著良好的清除作用,EFPN-1清除率達(dá)到了76.68%??寡趸瘜?shí)驗(yàn)表明,經(jīng)純化過后的朝鮮淫羊藿中性多糖EFPN-1具有較強(qiáng)的抗氧化能力。通過向小鼠腹腔注射大劑量的D-半乳糖構(gòu)建衰老模型[10],與空白組相比,給藥10、100、200 mg·kg-1的淫羊藿多糖組顯著提高了小鼠血清和肝臟中超氧化物歧化酶、過氧化氫、還原性谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化物和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活力,顯著減少了MDA含量,表明朝鮮淫羊藿多糖可以發(fā)揮良好的體內(nèi)抗氧化作用。
3.2 免疫增強(qiáng)樹突狀細(xì)胞是目前發(fā)現(xiàn)的功能最強(qiáng)的抗原呈遞細(xì)胞,其可以提供信號用來進(jìn)行免疫應(yīng)答,從而激活T細(xì)胞[42]。楊艷君等[12]采用流式細(xì)胞術(shù)檢測淫羊藿中性多糖EPS-1-1與淫羊藿酸性多糖EPS-2-1,發(fā)現(xiàn)二者能夠促進(jìn)骨髓來源的小鼠樹突狀細(xì)胞中的CD86、CD80、CD40以及抗原遞呈分子MHC-Ⅱ的表達(dá),從而促進(jìn)骨髓來源的小鼠樹突狀細(xì)胞的成熟,激活細(xì)胞的免疫應(yīng)答,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。
通過研究淫羊藿多糖對雞外周血淋巴細(xì)胞增殖及細(xì)胞因子分泌的影響[14],結(jié)果表明,在1.221~19.53 μg·mL-1濃度條件下,淫羊藿多糖可以單獨(dú)或協(xié)同PHA顯著推動淋巴細(xì)胞增殖以及淋巴細(xì)胞分泌細(xì)胞因子,提高細(xì)胞免疫。
3.3 抗病毒通過實(shí)驗(yàn)[43]研究發(fā)現(xiàn),淫羊藿多糖經(jīng)硫酸化修飾后,對雞傳染性法氏囊病毒(IBDV)進(jìn)行雞胚成纖維細(xì)胞(CEF)感染期間具備一定抵抗感染作用。呂岫華等[44]采用免疫酶的方法進(jìn)行試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在0.78~12.5 μg·mL-1劑量范圍的淫羊藿多糖對人類皰疹病毒早期抗原激活均有抑制作用。在小鼠實(shí)驗(yàn)[45]中,研究淫羊藿多糖是否能夠?qū)仔虷1N1流感病毒裂解疫苗存在免疫佐劑效應(yīng),結(jié)果表明,小鼠對H1N1的免疫應(yīng)答在淫羊藿多糖的作用下有一定程度的增強(qiáng)。
綜合相關(guān)文獻(xiàn)所述,可以得知淫羊藿多糖具有一定程度的抗病毒作用,但相關(guān)文獻(xiàn)的發(fā)表時(shí)間較早,近幾年來對于淫羊藿多糖的抗病毒作用的相關(guān)研究較少,具體相關(guān)實(shí)驗(yàn)仍需進(jìn)一步研究。
3.4 抗衰老在實(shí)驗(yàn)[10]中向小鼠腹腔內(nèi)注射大劑量的D-Gal來建立衰老模型,分別使用10、100、200 mg·kg-1劑量的淫羊藿多糖進(jìn)行實(shí)驗(yàn),與空白組相比較,衰老模型小組里的小鼠記憶力都明顯下降,集中表現(xiàn)為小鼠的潛伏期縮短且錯(cuò)誤的次數(shù)增多。與衰老模型組比,給藥組均顯著增加了小鼠潛伏期,通過大量避暗實(shí)驗(yàn)與跳臺實(shí)驗(yàn),小鼠的錯(cuò)誤次數(shù)在顯著地減少。由此可見,淫羊藿多糖具有一定程度的抗衰老作用,但目前實(shí)驗(yàn)只停留在小鼠實(shí)驗(yàn)中,尚未進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)。
3.5 降血糖糖尿病屬于一種代謝疾病,其主要特征是高血糖。并且最近一段時(shí)間的發(fā)病率持續(xù)增加,但是以西藥為主的治療手段具備一定程度的副作用,這導(dǎo)致人們開始關(guān)注天然活性物質(zhì)。其中多糖具備安全、低毒以及多種生物活性等特點(diǎn),尤其是降血糖活性作為多糖重要活性之一,極具開發(fā)潛力[46]。
喬春雷[41]研究發(fā)現(xiàn),乙醇體積分?jǐn)?shù)為50% (EbLPⅡ)的淫羊藿多糖對于α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶有一定的抑制作用,IC50值分別為24.0 mg·mL-1和1.1×10-1mg·mL-1。用不同劑量的EbLP Ⅱ?qū)μ悄虿∧P托∈筮M(jìn)行21 d的治療實(shí)驗(yàn),得到的結(jié)果為EbLP Ⅱ灌胃組模型小鼠的空腹血糖值(FBG)和糖化血清蛋白含量(GSP)快速下降(P<0.05),基本維持在正常水平。
綜上可知,淫羊藿多糖具有較好的降血糖活性,在緩解糖尿病并發(fā)癥、調(diào)節(jié)糖尿病患者的血糖水平方面的效果較為顯著。
3.6 促進(jìn)DNA合成楊娟[47]使用通過水酶法提取的淫羊藿多糖進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過凝膠電泳實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),淫羊藿多糖對于由氧化應(yīng)激引起的DNA損傷具有一定的保護(hù)作用。
由于羥基脲導(dǎo)致“陽虛”的小鼠,在淫羊藿多糖的作用下,劉福春等[48]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究其骨髓細(xì)胞增殖率與DNA合成率,在實(shí)驗(yàn)中,使用100 μg淫羊藿多糖對1×106個(gè)細(xì)胞處理后,骨髓細(xì)胞的增殖率增加了72%,DNA合成率提高了88%。
3.7 對肝臟的保護(hù)潘佳[25]通過研究發(fā)現(xiàn),400 μg·mL-1劑量組的淫羊藿多糖(EFPS)可以較為顯著的提升ADH的活性,可以降低乙醇在肝細(xì)胞中的積累,在改善酒精性脂肪肝方面具有較好的功效。趙金椽等[49]通過對寒凝血瘀的雄性SD大鼠來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究來探討淫羊藿多糖對于肝臟基因表達(dá)的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示,與模型組相比,EFPS組的肝臟基因表達(dá)變化表現(xiàn)為免疫回調(diào)、激素調(diào)控和基因表達(dá)調(diào)控發(fā)生改變,確定其具有一定程度的肝臟保護(hù)作用。
3.7 其他張樂等[50]通過實(shí)驗(yàn)研究觀察淫羊藿多糖(EPS)對再生障礙性貧血(AA)小鼠骨髓造血功能的作用,與模型組相比,以100 mg·kg-1EPS灌胃的EPS組的小鼠的外周血Hb水平及RBC、WBC、PLT數(shù)均明顯升高(P<0.05),由此得出結(jié)論:EPS能夠促進(jìn)AA小鼠骨髓造血功能恢復(fù)。
慢性苯(BZ)暴露會導(dǎo)致進(jìn)行性骨髓衰竭(BMF),通過小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),使用淫羊藿多糖治療可以通過增加CD3+、CD4+T細(xì)胞計(jì)數(shù)和CD4+/CD8+的比率來改善T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫抑制[51]。
多糖結(jié)構(gòu)能夠決定功能以及其生物活性。分子量能夠直接影響淫羊藿多糖生物活性,分子量存在差異的淫羊藿多糖,其抗氧化活性也不相同,通過酒精梯度分級、層析法等將淫羊藿多糖分成了3個(gè)片段EAP-40-1、EAP-60-1、EAP-80-2[12],3種片段的相對分子量分別為138、114、65 kD,根據(jù)試驗(yàn),雖然3種多糖片段均具有一定的抗氧化能力,但其中EAP-40-1具有最高的DPPH自由基清除能力、羥基自由基清除能力和鐵離子還原能力,而EAP-60-1的ABTS自由基能力清除能力、抑制紅細(xì)胞溶血以及膜脂過氧化能力明顯超過另兩種。EAP-80-2抗氧化能力較低,且沒有明顯的抑制膜脂過氧化能力。
此外,不同官能團(tuán)的引入可改變多糖的生物活性。據(jù)研究顯示,對硫酸酯化修飾的淫羊藿多糖(EPS)展開紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)[52],EPS和硫酸酯化淫羊藿多糖(sulfated EPS,sEPS)都存在著多糖母體特征吸收峰,EPS之前的抗病毒活性比較低,在進(jìn)行硫酸酯化后其活性得到明顯的提升,且sEPS能夠有效地減少病毒對細(xì)胞吸附作用,導(dǎo)致病毒的釋放受到影響,從而產(chǎn)生了抗病毒效應(yīng),還能夠直接的殺滅病毒。
多糖的空間構(gòu)象對其活性也有著影響。經(jīng)水提醇沉得到的淫羊藿粗多糖(EFPC),經(jīng)過純化和進(jìn)一步純化后得到朝鮮淫羊藿中性多糖(EFPN)與朝鮮淫羊藿中性多糖(EFPN-1)[36]。通過甲基化分析等分析方法,研究出EFPN-1結(jié)構(gòu)是將(1→4)-α-Glcp和(1→4,6)-α-Glcp當(dāng)作結(jié)構(gòu)的主鏈,(1→3,6)-α-Galp當(dāng)作該結(jié)構(gòu)的分支,末端殘基是Ara、Gal、Rha的均一性雜多糖。在0~8 mg·mL-1范圍可以有效清除羥基自由基,清除比例高達(dá)90.05%。在0.05~0.4 mg·mL-1濃度內(nèi)的EFPN、EFPN-1能夠有效地清除DPPH,EFPN-1清除率比例可以提升到76.68%。EFPN、EFPN-1在FRAP法中FRAP值分別可以達(dá)到4.40、7.04 mmol FeSO4/g。由此得知由于其鏈構(gòu)象不同,相較于EPFN,EFPN-1具有更強(qiáng)的抗氧化能力。
淫羊藿多糖具有提高抗氧化、抗病毒、抗衰老、降血糖的能力,能促進(jìn)DNA的合成、肝臟干細(xì)胞的增殖、血小板的凝集。
展望淫羊藿多糖的進(jìn)一步研究進(jìn)展,主要從以下方面入手:①淫羊藿多糖具有降血糖、抗衰老、抗病毒等功能,但現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)基本都是圍繞對小鼠、大鼠、雞等動物的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn),應(yīng)加快其對于人體的醫(yī)學(xué)作用方面的研究;②應(yīng)加強(qiáng)對于淫羊藿多糖結(jié)構(gòu)方面的研究,如其單糖分析、結(jié)構(gòu)與其生物活性之間的關(guān)系等方面的研究;③淫羊藿多糖是中藥材淫羊藿的主要組成部分,但相比于淫羊藿的其他成分淫羊藿苷與黃酮類等,淫羊藿多糖的研究尚不夠深入,而且淫羊藿多糖有著多種較優(yōu)的生物活性,應(yīng)對淫羊藿多糖的研究投入更多的精力;④進(jìn)行多次準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn),優(yōu)化淫羊藿多糖提取分離純化等制備步驟,尋找適合淫羊藿多糖工廠化生產(chǎn)制備的生產(chǎn)工藝技術(shù);⑤對淫羊藿多糖分子進(jìn)行改性、修飾,以強(qiáng)化其已知的生物活性。