单位文秘网 2021-07-10 08:13:56 点击: 次
食药用菌β葡聚糖具有来源广泛、可再生和安全可靠等优点,是高效的生物反应调节因子,具有重要的生理活性和广阔的开发应用前景。但目前人们对食药用菌β葡聚糖的结构与构效关系的理解还十分有限,同时,β葡聚糖的药理作用及其机制仍不明了。综述国内外有关食药用菌β葡聚糖的结构与构效关系和药理作用研究的最新进展,分析了食药用菌β葡聚糖的构效关系,总结了食药用菌β葡聚糖的主要药理作用,并对存在的主要问题和相关研究前景进行了分析和展望。
食药用菌; β葡聚糖; 构效关系; 药理作用
葡聚糖是是由葡萄糖单体聚合而成的一类高分子多糖,可分为α型和β型。常见的α葡聚糖主要有淀粉、糊精、糖原等,目前药理学研究认为其生物活性较低或不具有生物活性;β葡聚糖主要是由β(1→3)D、β(1→4)D、β(1→6)D等葡聚糖组成,存在于一些微生物和植物中[1]。
近十几年来,食药用菌多糖的研究越来越受到人们的重视,其中β葡聚糖作为高效的生物反应调节因子(BRM),具有重要的研究价值和广阔的开发前景。本文分析了食药用菌β葡聚糖的基本结构和构效关系,总结了β葡聚糖的主要药理作用,并对有关存在的问题和相关研究前景进行了分析和展望。
1食药用菌β葡聚糖的基本结构
现在已知食药用菌β葡聚糖的主链大多以β(1→3)为主,如灵芝(Ganoderma lucidum)、灰树花(Grifola frondosa)、无柄灵芝(G. resinaceum)、金针菇(Flammulina velutipes)、香菇(Lentinula edodes)、裂褶菌(Schizophyllum commune)和绣球菌(Sparassis crispa)等。灵芝β葡聚糖主链以β(1→3)为主,具有β(1→6)残基侧链[2];灰树花β葡聚糖(GFPBW1)与灵芝β葡聚糖相似,这两个种的葡聚糖分支程度均较低[24]。金针菇子实体的β葡聚糖(JQPs)与灵芝相似,主链为β(1→3)D葡萄糖,侧链为β(1→6)D葡萄糖残基[5];无柄灵芝子实体的β葡聚糖则不同,其主链虽是β(1→3)D葡萄糖基,但高度分支,每两个主链吡喃葡萄糖基就有一个在4位分支的βD吡喃葡萄糖基的侧链,也有部分在6位分支[6]。
香菇多糖是(13)βD葡聚糖家族中的重要成员,香菇多糖和裂褶菌多糖每5个或3个主链葡萄糖单元都有两个或一个β(16)D吡喃葡萄糖基侧链,具有相似的结构和大部分的特性[7]。绣球菌β葡聚糖(SCG)是6位分支的β(1→3)葡萄糖,每三个主链单位带有一个支链,具有较高的抗肿瘤活性[89]。
也有一些食药用菌β葡聚糖的主链以β(1→6)糖苷键连接为主。如白黑红菇(Russula albonigra)β葡聚糖(PS)的主链以β(1→6)连接,每三个主链葡萄糖单元有一个在3位分支的含两个β(1→3)D吡喃葡萄糖基和一个末端βD吡喃葡萄糖基的侧链[10]。有报道称粉褶菌(Entoloma lividoalbum)的β葡聚糖(PSI)与白黑红菇β葡聚糖的结构类似,主链也以β(1→6)连接,侧链略有不同,为每3个主链D葡萄糖单元有一个在3位分支的含三个β(1→3)D吡喃葡萄糖基和一个末端βD吡喃葡萄糖基的侧链[11]。
2食药用菌β葡聚糖的构效关系
食药用菌多糖的生物活性与结构、链构象和物理性质等密切相关。有活性的β葡聚糖其主链大多由β(1→3)糖苷键连接的葡萄糖基组成,侧链则沿着主链随机分布,由β(1,6)连接的葡萄糖基组成,侧链数目大小不一[29],整体类似梳状结构。
食药用菌β葡聚糖的活性与分子量有一定的关系。以前普遍认为,具中等或较高分子量的多糖,其活性较强,如具中等分子量的香菇β多糖,其免疫调节与抗肿瘤作用较强[12]。灵芝子实体β葡聚糖中,分子量大的活性较强[2]。但作者最近研究发现,从灵芝菌体培养物中分离得到的一种低分子量(2.08×104 Da)的葡聚糖GLEP2,能显著刺激小鼠B和T淋巴细胞的增殖,特别是在较小浓度(50 μg/mL)下便可显著促进B淋巴细胞的增殖[13],提示低分子量β多糖的生物活性不容忽视。
食药用菌β葡聚糖的生物活性不仅与初级结构有关,还在更大程度上受二级、三级结构的影响[2]。如三股螺旋构象对于其活性是必需的,α(1→4)葡聚糖只能形成带状立体结构,所以活性很低[2]。香菇β(1→3)D葡聚糖在水溶液中以三重螺旋的链构象存在时具有抗肿瘤活性,当其分解为单一随机螺旋时,抗肿瘤活性显著下降或消失。香菇多糖刺激免疫反应、抗肿瘤活性与它的三重螺旋构象和其上结合的蛋白有很大的关系[12,14],然而香菇多糖三螺旋结构对活性影响的机理尚不清楚;多糖抗肿瘤活性中,有些例如巨噬细胞合成NO和免疫因子的激活要依赖三螺旋构象,也有一些例如干扰素和克隆刺激因子的合成则与三螺旋结构并不相关[15]。
有报道称,多糖链内或链外的氢键也是决定β葡聚糖活性高低的重要因素,如乙酰基的存在影响灵芝β葡聚糖氢键的形成,进而影响多糖活性所需的螺旋型立体结构[2]。裂褶菌多糖在水溶液中依靠分子内和分子间氢键维持。支链的存在和数量对葡聚糖物理性质有重要意义。裂褶菌多糖的支链与水分子间的氢键起关键作用[7]。
除一至三级结构的影响,β葡聚糖的基团变化也显著影响活性的大小。如天然茯苓(Poria cocos)β葡聚糖的抗肿瘤活性较低,多糖链上引入羧甲基和硫酸酯基后, 其衍生物溶于水且刚性增大, 同时其抗胃腺癌活性增强,提示良好的水溶性、较高的链刚性和适当大的分子量有利于茯苓多糖抗胃腺癌活性的提高[16]。灵芝水溶性多糖本身均没有显著的抗凝血作用,但硫酸化之后的产物在终浓度1.25 mg/mL时具有显著抗凝血作用[13]。香菇多糖的硫酸化衍生物在细胞系模型中展现出很强的抗癌和抗病毒活性[17]。硫酸化的香菇多糖也可增强新城疫病毒的免疫反应。与自然的香菇多糖相比,香菇多糖在与硫酸反应形成硫酸化衍生物过程中,维持香菇多糖的分子间和分子内氢键断裂,多糖链引入硫酸化基团,因而在水中的溶解度和链刚度增加[18]。有的食药用菌β葡聚糖的生理活性需要有蛋白质的结合,即形成糖蛋白,如姬松茸(Agaricus blazei)β葡聚糖中,结合有蛋白质的复合物具有较高的免疫调节和抗肿瘤活性[19]。
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