龙眼果肉(龙眼)多糖的提取、纯化、结构特征及生物活性:综述

文摘   2024-11-28 17:00   浙江  

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龙眼(Dimocarpus longan Lour.,亦称桂圆)是一种属于无患子科的亚热带和热带常绿乔木,在中国、东南亚和南亚广泛分布。龙眼果肉在中国和一些亚洲国家是一种历史悠久的传统药食两用原料。随着现代医学中食疗的发展,龙眼果肉作为一种药食同源材料,有望迎来其作为功能性营养素的快速发展。作为龙眼果肉的主要成分之一,龙眼果肉多糖(LPs)在基于龙眼果肉的功能性利用中发挥着不可或缺的作用。本综述旨在概述LPs的提取和纯化方法、结构特征以及生物活性(如免疫调节、抗肿瘤、益生元、抗氧化、抗炎和抑制乙酰胆碱酯酶活性等)。此外,还对LPs的构效关系、应用前景和专利申请进行了分析和总结。通过系统综述,本文旨在为LPs的进一步研究提供理论依据,并推动这类多糖的产业发展。

引言

龙眼(Dimocarpus longan Lour.,亦称桂圆)是一种广泛分布于全球温暖气候地区的亚热带和热带常绿乔木,主要集中在中国南部、东南亚和南亚,尤其是在中国,龙眼的栽培历史已超过2000年。龙眼树多栽培于堤坝和园林中,其果实通常在秋季采摘。龙眼果实易腐烂,贮藏期短,且易受采后病害影响。龙眼果实分为果肉、果皮和果核。现代研究聚焦于龙眼果肉,而龙眼果肉多糖(LPs)是龙眼果肉水提取物的主要成分(图1)。在中国传统医学和植物学经典著作,如《神农本草经》和《南方草木状》中,早期的医学家和植物学家对龙眼果肉(果肉)的药用和营养价值以及相关栽培历史进行了深入总结。龙眼果肉可鲜食或干制,研究表明,龙眼果肉富含膳食纤维、维生素、磷、蛋白质、多糖和矿物质,具有高营养价值,并有益于脾脏和大脑(1)。基于药食同源的理论,中医从业者通过长期的实践和经验总结认为,龙眼果肉的营养价值为其成为一种杰出的滋补品提供了不可替代的前提。通常,干制龙眼果肉(亦称桂圆)会与其他草药结合使用,以治疗由体虚引起的疾病,如归脾汤和玉灵膏。此外,在泰国、越南和印度尼西亚等其他亚洲国家,龙眼果肉也被用作传统药物中的食疗材料,用于治疗健忘、失眠、神经衰弱、心悸和疲劳(2)。

作为一种滋补品,龙眼果肉营养价值丰富,其中龙眼果肉多糖(通常称为“龙眼多糖”,缩写为LPs)作为龙眼果肉健康效应的物质基础之一,已被证明具有免疫调节、抗肿瘤和抗氧化等生理作用。迄今为止,随着分离纯化技术的逐步改进和生物医学研究的进展,学者们对LPs的结构特征和生物活性进行了广泛研究。LPs是由葡萄糖(Glc)、半乳糖(Gal)、甘露糖(Man)、鼠李糖(Rha)、核糖(Rib)、葡糖醛酸(GlcA)和半乳糖醛酸(GalA)等组成的异质多糖。通过不同的提取方法从龙眼果肉中提取粗LPs,然后进一步纯化可获得相对纯净和均一的LPs。此外,多糖的修饰已成为现代多糖研究的一个热点。为了提高LPs的生物活性和拓宽其应用范围,学者们还根据LPs的结构对其进行了修饰,如硫酸化、磷酸化等化学修饰,以及酶法修饰和发酵修饰等生物修饰。此外,LPs的药理学研究也有序开展,显示出多种生物活性,如LPs能增强清除自由基的能力、免疫调节、抗肿瘤,还能发挥调节肠道菌群动态平衡和增强记忆力的作用。例如,从龙眼果肉中提取的多糖被证明可通过被动回避试验提高小鼠的学习和记忆能力(3)。因此,LPs在功能性食品开发、疾病辅助治疗和化妆品开发方面具有巨大的商业潜力。

迄今为止,关于LPs的研究众多,但尚未有对LPs的系统综述。本文旨在全面总结LPs的提取和纯化方法、结构特征以及多种生物活性(如免疫调节、抗肿瘤、益生元、抗氧化、抗炎和乙酰胆碱酯酶抑制活性)。此外,还对LPs的结构修饰、专利统计以及应用前景进行了总结(图2)。这些内容为LPs的进一步研究提供了理论基础,并将有助于LPs的进一步多元化产业发展。

提取与纯化方法

提取

龙眼多糖(LPs)的提取是其基础研究和商业应用的第一步,我们对其中活性成分的定性和定量研究主要取决于提取方法的选择。一般而言,LPs的提取过程主要包含三个主要步骤:(1)去除龙眼果实中的果皮、果核和其他杂质;(2)破坏龙眼果肉细胞的细胞壁,有关植物细胞壁的研究结果表明,植物多糖是植物细胞壁的主要结构成分之一,因此应选择能够有效分解细胞壁并尽可能不破坏多糖结构的提取方法(4);(3)确定LPs的实际提取率、含量和结构。

目前,LPs的提取方法主要为常规提取方法,如热水法、微波法、超声法和酶法。相比之下,超高压(UHP)技术以及微波辅助提取(MAE)、超声辅助提取(UAE)、超高压(UHP)辅助酶解和超微粉碎辅助酶解等辅助提取方法能够在一定程度上改进原有的提取工艺,并获得更高的提取效率。研究人员探究了LPs提取方法中的提取温度、溶剂pH值、提取时间和料液比,以获得最大提取率的条件。

热水提取

热水提取(HWE)是最普遍且简单的提取方法。在高温水环境下,植物细胞壁软化,多糖易于释放和溶解。HWE方法具有渗透性好、浸出率高和操作流程简单等优点,但也存在耗时、需要高温、淀粉易糊化和多糖易水解等缺点(5)。通常,在进行LPs的HWE之前,需使用高速研磨机将干燥的龙眼果肉粉碎,然后用溶剂(如乙醇、丙酮或甲醇)对样品进行预处理,以去除低分子量(Mw)物质,如色素、单糖和低聚糖。使用蒸馏水(1:20至1:40,W/V)在50°C至90°C下提取龙眼果肉90–240分钟,随后进行过滤以获得提取物,并将滤液在不超过65°C的减压条件下浓缩至一定量。然后,加入一定量的无水乙醇,使多糖尽可能沉淀出来,将混合物在4°C下储存12小时后,粗LPs沉淀析出。采用苯酚-硫酸法测定LPs的含量。例如,钟等人通过响应面法(RSM)优化了LPs的HWE工艺,并得出结论:在液固比为4:5、提取时间为4.5小时的最优条件下,LPs的得率可达0.413%(6)。然而,在LPs的HWE过程中,许多水溶性非多糖物质也会溶解在溶液中。因此,此过程中获得的粗LPs需要进一步纯化。

图1 龙眼的植物学特征及其在世界上的分布。(A)龙眼植株,(B)龙眼果实,以及(C)龙眼果实的不同部分。(D)龙眼在世界上的大致分布(数据来源于全球生物多样性信息设施,彩色图片可在wileyonlinelibrary.com上查看)。

酶辅助提取

酶技术是一种近年来被广泛应用于活性成分提取的生物技术。在龙眼多糖(LPs)的提取中,酶的使用可以缓和提取条件,并在相对温和的条件下加速LPs的释放。这主要是因为龙眼果肉中的果胶、纤维素和半纤维素是构成细胞壁的主要多糖,对维持成熟果实的质地起着重要作用。然而,酶辅助提取(EAE)可以通过特异性地催化这些细胞壁多糖的降解来破坏细胞壁,从而大量释放LPs并提高提取效率(7)。因此,EAE有效富集LPs的策略具有提取率高、操作简单和可重复性高等特点(8, 9),常用的酶包括纤维素酶(10, 11)、右旋糖酐酶、淀粉酶、木瓜蛋白酶、半纤维素酶和果胶酶(12)。值得注意的是,在提取LPs时,通常会在浸渍过程中加入酶,因为此时最有可能发生酶促反应(酶促溶解细胞表面结构和细胞间关联),随后进行热水提取(HWE)以实现多糖的溶解。程等人使用300毫克复合植物水解酶Viscozyme L,在pH=6.0和55°C的条件下处理新鲜龙眼果肉,制得了低蔗糖含量且富含果糖低聚糖(Fos)的转化龙眼果肉。Viscozyme L具有强大的阿拉伯糖水解酶和果胶酶活性,可用于降解此类细胞壁多糖以释放水溶性LPs。含量测定结果表明,经酶处理后的提取物中获得的水溶性LPs含量显著增加,从3.61 mg/g提高至8.30 mg/g,而不溶性纤维含量随着酶解时间的延长而显著降低。这是因为在酶解过程中,大量不溶性纤维可以被水解成低聚物,这些低聚物被回收到水溶性LPs组中(13)。然而,LPs的酶解也存在一些缺点,如部分酶价格昂贵且不易获得;实验过程中需要严格控制温度和pH值,条件变化可能导致酶失活;并且还可能破坏某些LPs的高级结构。

图2 龙眼多糖(LPs)的提取、纯化、基本结构、结构修饰、生物活性及专利统计示意图

超声辅助提取

近年来,超声辅助提取(UAE)已被广泛用于龙眼多糖(LPs)的提取。超声提高提取效率主要归因于其机械效应和空化效应,前者通过剧烈搅拌极大地促进了不混溶相之间的质量传递,特别是在低频下。后者则通过空化作用破坏细胞壁,导致粒径减小,并增强了通过细胞壁的质量传递(14)。与传统热水提取(HWE)方法相比,UAE能更有效地提高提取效率,节省操作时间,简化操作流程,并将多糖解聚至有限的分子量(Mw)。基于人工神经网络和遗传算法的结合,Yang等人推导出了超声提取LPs的最佳条件为120瓦、12分钟和57°C(15)。此外,Zhong等人采用超声技术从干龙眼果肉中提取LPs。在单因素实验的基础上,得出LPs的最佳提取条件为超声功率680瓦、提取时间4.5分钟、料液比25毫升/克。此时,LPs的得率为4.455 ± 0.093%,与预测值4.469%高度一致(16)。值得注意的是,UAE在一定程度上会导致LPs的结构和性质发生某些变化,这取决于所施加的功率和操作条件的参数,因此需要对LPs的UAE进行进一步研究(17)。

超高压(UHP)辅助提取

UHP辅助提取是基于食品UHP技术发展起来的一种新兴提取技术,现代研究已将其应用于多糖的提取。由于短时间内压力的快速变化加速了细胞壁的破裂,增强了细胞内产物的释放和溶剂向细胞内的渗透,因此UHP辅助提取LPs的效率大大提高。因此,UHP辅助提取以减少处理时间、温度和能量输入的方式实现了目标产物的高得率,具有高效、省时和环保的优点(18)。Bai等人为了兼顾LPs的得率和结构,并便于实际提取,他们通过响应面法(RSM)和分析设计优化了UHP辅助酶法提取LPs的条件。优化后的条件为:预处理料液比42毫升/克、酶与预处理物料的比例1:100、酶解时间1.7小时、超高压407兆帕持续6分钟,此时LPs的得率为8.55%(3)。然而,学者们注意到,经过一段时间的UHP处理后,水溶性LPs的得率反而会下降,这可能是由于随着保持时间的增加,LPs结构过度解聚,从而导致其得率降低。但不可否认的是,在适当条件下进行UHP辅助提取后,龙眼果肉中总多糖的提取率仍然得到了显著提高(18)。

微波辅助提取

微波辅助提取(MAE)是微波与传统溶剂提取方法的结合,它通过同时发生的分子双极化和离子传导,直接将微波能量转化为热能,使样品几乎立即加热,从而将生物活性化合物从物料基质中提取到溶液中(19)。因此,MAE提取多糖具有显著优势,即能同时提高其得率和生物活性(20)。Li等人采用微波预处理-HWE法提取LPs。在研究的实验范围内,他们通过单因素调查和正交实验得出了LPs的最佳提取工艺条件:微波预处理功率保持在700瓦,处理时间保持在60秒,HWE料液比控制在1:15,提取温度为100°C,提取时间为7小时,搅拌速度为240转/分钟,此时LPs的得率可达9毫克/克(21)。然而,过高的微波功率等因素会导致龙眼果肉细胞迅速加热并随后严重失水,从而破坏LPs的结构和活性。

其他方法

超微粉碎是一种新兴技术,指的是制备具有小固体颗粒(1纳米~100毫米)和良好表面性能的超细粉末,具有省时、省溶剂和节能的优点。龙眼果肉经过超微粉碎后,提取的LPs颗粒尺寸减小,表面积增大,其吸附性和透水性得到增强,最终导致LPs在溶剂中更好地溶解,提取效率得到有效提高(22)。值得注意的是,现代关于LPs提取工艺的研究侧重于得率和活性的动态平衡。目前所有的提取方法都能有效提高LPs的提取率,但提取过程中采取的处理措施(如高温、pH值、高压、超声和微波)可能会导致LPs结构的变化,进而影响其生物活性。因此,关于LPs提取方法的研究需要进一步加强。

纯化

与其他植物多糖一样,通过提取过程获得的粗龙眼多糖(LPs)通常也含有蛋白质、核酸、小分子和其他化合物等杂质。因此,需要进一步纯化以去除这些化合物。根据文献,植物多糖脱蛋白的主要方法包括三氟三氯乙烷法、三氯乙酸法、Sevag法、生物酶法以及多种方法的组合。其中,Sevage试剂的应用被认为是去除LPs中粗蛋白的最常用策略之一,因为它可以重复使用以去除额外的蛋白残留。然而,Sevag脱蛋白方法也存在耗时、LPs损失严重以及使用的有机试剂易导致LPs结构变化等缺点。此外,酸沉淀法可能导致某些多糖降解,从而影响LPs的产率。虽然蛋白酶法安全,但酶解通常不充分,精制程度低,因此研究人员通常使用多种方法的组合以更好地去除蛋白质。现代研究还表明,小分子色素分子常被活性炭吸附;大孔树脂可以在温和的条件和简单的工艺下有效去除LPs中的色素和蛋白质,同时还有助于保持LPs的活性;柱色谱因其操作简单、纯化性能好且可纯化的物质种类繁多,在LPs的纯化中应用最广泛;此外,也有少数关于高速逆流色谱分离纯化生物活性多糖的报道(23)。


通常,经过脱蛋白和脱色处理获得的LPs还含有各种性质的多糖组分。因此,为了获得不同分子量的单一多糖组分,我们需要进一步纯化。LPs是由醛糖或酮糖组成的大分子碳水化合物,呈弱酸性,在中性溶液中可通过离子交换与阴离子交换树脂吸附,但强碱性阴离子交换树脂的应用受到限制,因为LPs在强碱性环境中易发生异构化或分解。因此,利用多糖中的顺式二羟基可与硼酸形成复盐的性质,发明了二乙氨基乙基(DEAE)纤维素柱,并广泛应用于LPs的分离纯化过程。然而,该方法主要用于LPs的初步纯化。凝胶色谱目前是LPs最常用的高级纯化方法,常用的凝胶有葡聚糖凝胶G100(Sephadex G100)、琼脂糖凝胶4B(Sepharose 4B)和丙基化葡聚糖凝胶S-400(Sephacryl S-400)。在分离纯化过程中,凝胶柱起到分子筛的作用,使不同分子量的LPs得以分离。例如,Meng等使用热水提取(HWE)、酒精沉淀和脱蛋白处理提取粗LPs,然后通过DEAE-纤维素阴离子交换和Sephacryl S-300高分辨率(HR)凝胶过滤色谱分离,获得了一种单一的水溶性多糖LP1(24)。这表明,使用纯化方法的组合对于获得结构相对明确的LPs是必不可少的。

结构特征

基本结构

LPs的结构特征主要由分子量(Mw)、单糖的组成和序列、糖苷键的构型和位置、支链的类型以及聚合度决定。不同的多糖组成和结构影响其生物活性(25, 26)。迄今为止,已从龙眼果肉中提取出数十种多糖组分。在粗LPs纯化后,通常通过部分酸水解、高碘酸盐氧化、Smith降解、凝胶渗透色谱、高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、气相色谱-质谱(GC-MS)和核磁共振(NMR)光谱等方法研究LPs的基本结构特征。由于原料、提取和纯化工艺以及其他条件的差异,各种关于LPs结构特征和单糖组成的研究报道结果各不相同。因此,为了明确当前的研究现状并更好地把握LPs的结构特征,我们通过分类在表1中总结了LPs的结构和一些化学参数,并在图3中绘制了近年来提取的具有更明确Mw的均质LPs的结构。

多糖是由糖苷键连接的单糖聚合物,包含一个或多个不同的单糖单元。迄今为止报道的大多数LPs都是杂多糖,分子量范围从8.7到4800 kDa,包含大约9种不同比例的单糖,即葡萄糖(Glc)、半乳糖(Gal)、阿拉伯糖(Ara)、鼠李糖(Rha)、甘露糖(Man)、木糖(Xyl)、岩藻糖(Fuc)、果糖(Fru)和核糖(Rib),以及可能的葡糖醛酸(GlcA)和半乳糖醛酸(GalA)(43)。它们的具体结构信息在一些文献中有提及。例如,Zhu等从龙眼果肉中提取了一种水溶性LP,通过柱纯化获得了一种计算分子量为108 kDa、含有661个葡萄糖残基的纯多糖,并将其命名为LPS1(图3A)。色谱分析表明,LPS1是一种具有高葡萄糖含量的多糖,具有→6)-D-Glc-(1→糖苷键;NMR光谱指出葡萄糖残基中异头碳的构型为α型;C6化学位移进一步证实了LPS1的结构为(1→6)-α-D-葡聚糖(27)。Bai等从LPs中纯化了四种酸性多糖,分别命名为LPIa、LPIIa、LPIIIa和LPIVa,它们的平均分子量和多糖组成见表1。LPIa的结构解析表明,LPIa具有较高的分子量,特别是还包含另外两种特定的糖苷键→5)-α-Araf-(1→和α-Araf-(1→,以及复杂的网状表面结构。这些可能是LPIa比其他三种LPs具有更好生物活性的主要原因(36)。值得注意的是,他们还详细阐述了LPIIa的结构,其中在Gal-O-3和Rha-O-4处有分支,分支由α-Glcp、α-Araf和β-Galp的侧链组成(图3B)(31)。此外,还通过DEAE-纤维素阴离子交换和S-300 HR凝胶色谱从龙眼果肉中成功纯化出一种新的水溶性多糖(LP1)。通过IR、GC和NMR分析确定了其化学结构(表1),并绘制了其详细结构(图3C)(24)。Yi等通过DEAE-纤维素阴离子交换色谱纯化LPs后,获得了4种粗LPs组分,包括1种中性多糖(LPI)和3种酸性多糖(LPII-IV),每种组分具有不同的单糖组成、分子量和结构特征。通过尺寸排阻色谱结合激光散射(SEC-LLS)、粘度测量、刚果红复合物形成和原子力显微镜分析了这4种组分的溶液性质。研究表明,LPI同时具有球形构象和三螺旋结构,而LPII-IV则以柔性链的形式存在(34)。相应的结构分析见表1。

同时,已经证明LPs的不同结构主要取决于不同的提取和纯化方法(44)。例如,Huang等通过热水提取、超微粉碎和超微粉碎辅助酶处理提取LPs,分别获得LP-H、LP-S和LP-SE。与LP-H和LP-S相比,虽然LP-SE的分子量、表观粘度、粒径和葡萄糖含量在一定程度上有所降低,但LPs的产率、溶解度、糖含量、阿拉伯糖和甘露糖含量有所增加。这三种LPs都含有相似的糖苷键α-L-Rhap-(1→、→3)-α-L-Araf-(1→和→3,6)-β-D-Galp-(1→,而它们各自分别具有特定的糖苷键→4)-β-D-Glcp-(1→、→4)-β-D-Galp-(1→和→5)-α-L-Araf-(1→(22)。此外,还有许多其他相关示例。我们在表1中总结了所有报道的LPs的结构。这些研究将为LPs的功能开发和潜在利用提供理论基础。

表1 龙眼果肉多糖的提取、纯化及结构表征。

图3 龙眼果肉多糖的结构。(A)LPS1,(B)LPIIa,以及(C)LP1。

结构修饰

龙眼多糖(LPs)作为天然植物多糖,具有多种优异的生物活性,这些生物活性的表达与其结构密切相关。为了进一步提高LPs的理化性质和生物活性,并增强LPs的应用性能,研究人员对LPs进行了结构修饰。通常,采用各种物理、化学和生物学方法来修饰LPs的结构(45)。已有研究表明,经过结构修饰后,LPs的免疫调节、抗病毒、抗炎和抗肿瘤等生物活性得到了增强(46)。因此,基于活性优化的结构修饰对LPs的研究具有特别重要的意义(29)。现将LPs的现有结构修饰方法分类总结如下,具体细节见表2。


硫酸化修饰

在化学修饰方法中,硫酸化广泛应用于多糖的分子修饰(54),因为它不仅能提高多糖的溶解度,还能赋予和创造新的生理功能。具体来说,其原理是在多糖的糖基上加入硫酸基团,改变多糖的结构,从而增加其生物活性,如免疫调节(55)、抗肿瘤(56)、抗氧化(57)、降血糖(58)和抗病毒(54)活性。硫酸化修饰后,龙眼多糖(LPs)的化学成分、分子量(Mw)和单糖组成发生了变化,其抗糖基化和抗凝血活性也显著增强(59)。Jiang等人通过硫酸化制备了LPs的硫酸化衍生物(LP1-S),并测定其取代度(DS)为2.011。LP1-S的红外光谱中出现了两个特征吸收带(1223和640 cm−1),表明硫酸化反应确实发生,其结构特征如表1所示。初步的体外实验表明,LP1-S对人鼻咽癌(HONE1)细胞的抗增殖活性高于LP1,这可能是由于其结构中的硫酸基团所致。因此,这些结果表明,LP1-S在开发安全的抗肿瘤药物或保健食品方面可能比LP1更有用(30)。此外,几项研究表明,硫酸化LPs的生物活性主要体现在硫酸基团上。硫酸基团的数量和位置不同,生物活性也不同。一般来说,硫酸化程度越高,生物活性越强,这会影响硫酸化取代的程度。Huang等人通过实验确定,影响硫酸化取代程度的因素为:反应时间>反应温度>试剂添加量(47)。通过硫酸化对LPs进行修饰,旨在生产低成本、高产量和高生物活性的硫酸化LPs(60)。

羧甲基化修饰

羧甲基化是指在多糖的支链上引入羧甲基基团(61)。研究表明,引入羧甲基基团可提高LPs的水溶性,甚至羧甲基化的取代度(DS)与其水溶性成正比,这是促进其发挥作用的关键因素之一(62)。Wei等人使用响应面法(RSM)优化了羧甲基化LPs(CM-LYP)的制备工艺。通过单因素试验对氯乙酸(MCA)浓度、反应温度和反应时间进行响应面分析,以羧甲基取代度为指标,建立了羧甲基取代度与各影响因素之间的回归模型。他们最终得到了制备CM-LYP的最佳工艺条件:MCA浓度为1.2 mol/L,反应温度为73°C,反应时间为3.2小时,在此条件下LPs的羧甲基取代度高达1.053。同时,抗氧化活性实验结果表明,在相同剂量浓度(3200µg/mL)下,CM-LYP对羟自由基和超氧阴离子自由基的清除率以及对脂质过氧化和H2O2诱导的红细胞溶血的抑制作用均强于修饰前的LYP。体内免疫活性测定结果也指出,CM-LYP在增加脾脏指数、促进血清溶血素形成以及提高免疫抑制小鼠血清和脾脏中溶菌酶含量方面,比LYP具有更好的免疫活性。这在一定程度上表明,引入羧甲基有利于提高LYP的免疫调节和抗氧化活性(49)。

酶法修饰

我们之前提到,酶技术可用于辅助提取LPs,除此之外,酶还可用于修饰LPs的结构。与化学修饰相比,酶法修饰具有高特异性和高效率的优点。经过酶解修饰后,LPs的分子量降低,相对分子质量较为均匀,且该过程对LPs的主链影响较小(63)。酶法修饰的目的是利用酶的特异性和选择性来特异性地修饰LPs的结构,以更好地生产具有改善的机械和/或生物功能特性的生物聚合物(64)。现代研究发现,当多糖以寡糖(定义为含有2-10个糖苷键聚合的化合物)的形式存在时,可作为益生元。食用这些寡糖可用于调节肠道菌群,有助于创建健康的肠道生态,并改善结肠中的矿物质吸收。Cheng等人使用来自Aspergillus aculeatus的商业酶Viscozyme L(一种含有果胶酶、葡聚糖酶、纤维素酶和果糖基转移酶(FFase)的混合物)来榨取龙眼果肉汁。使用它的目的是基于果胶酶、葡聚糖酶和纤维素酶提高果汁的产量和清晰度,然后通过FFase的转果糖基作用将其中的蔗糖转化为果寡糖。他们采用酚-硫酸比色法,基于比色法测定了水溶性LPs的含量。实验结果表明,酶处理后,水溶性LPs(如果胶)的含量显著增加,而蔗糖含量显著降低,同时合成了大量果寡糖,包括1-蔗果三糖和纽甜。此外,高效凝胶渗透色谱(GPS)实验结果表明,代表最大尺寸LPs的组分1的含量在酶处理后显著降低,而较小尺寸的组分3和5的含量增加,表明大分子多糖可通过酶解水解成小分子。之后,他们研究了酶处理前后获得的LPs对乳酸菌的体外刺激作用。实验结果表明,酶处理后,龙眼汁中的LPs和果寡糖对嗜热链球菌、乳酸成分杆菌和德氏乳酸杆菌参考菌株的刺激作用显著增强(65)。总之,酶处理后,龙眼汁中LPs的含量和分子量分布发生了显著变化,暗示酶修饰了LPs的结构,从而影响了其生物活性的表达。这些结果表明,酶处理的LPs作为功能性食品、营养保健品和膳食益生元具有良好的潜力(50)。

美拉德反应修饰

美拉德反应(MR)基于还原糖的羰基与氨基化合物的氨基之间的羰氨反应(66),涉及缩合、降解、裂解和聚合等一系列反应(67),最终产生酮类、吡喃类和吡啶类等复杂化合物(68)。MR又称“非酶褐变反应”,是食品工业中一种自然、无毒且广泛存在的非酶褐变反应,可在温和、安全的条件下且无需额外化学物质即可实现有效的大分子修饰(29, 69)。现代研究表明,在LPs提取和纯化后获得的样品中存在一些氨基酸,如赖氨酸(Lys)、脯氨酸(Pro)或甘氨酸(Gly)等。在一定条件下,它们可能与LPs形成MR体系,从而触发MR(37)。褐变程度和分子量(Mw)分布的变化可以指示LPs和氨基酸的结合状态(70)。例如,Yi等人发现,在pH=9、T=100°C的条件下,LPs与Lys反应4小时可发生MR,生成产物MLPs。与未反应的LPs相比,MLPs的理化性质存在显著差异。这表现为MLPs的褐变程度显著更高,6%的LPs组分分子量>7.07 kDa,而45%的MLPs组分分子量>264.1 kDa。然后,他们还研究了MLPs的化学组成和结构特征,发现LPs和Lys通过MR形成MLPs可能是由于LPs在碱性和高温环境下紧密构象解离,赖氨酸分子主要通过游离氨基与LPs的羰基结合(29)。此外,生物活性研究结果表明,与LPs相比,MLPs对巨噬细胞具有更强的自由基清除和免疫刺激作用,但对癌细胞的生长抑制作用较弱。这些变化与赖氨酸修饰以及复杂的构象关系有关。

其次,LPs与蛋白质之间的MR也是MR修饰的一个主要特征。通过测量LPs-蛋白质复合物的游离氨基含量、紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和分子量分布,可以监测其结构特征,以确定LPs与蛋白质之间是否发生MR(71)。此外,体外活性评估表明,干热诱导的MR有效增强了LPs的抗氧化、抗肿瘤和免疫刺激活性(72)。同时,通过MR形成的LPs-蛋白质聚合物通常比纯蛋白质或蛋白质-LPs简单混合物具有更好的性能,如乳化性、热稳定性和溶解度。实际上,含有多糖和蛋白质的物质在加热条件下可发生MR,这可用于这些物质的进一步加工和储存。龙眼果肉含有大量多糖和蛋白质,由于其易腐烂且易受采后病害影响,因此储存期较短(73)。因此,通常采用加热和干燥的方法来储存龙眼果肉。在热处理过程中,龙眼果肉蛋白质和LPs之间会发生MR(也称为糖基化反应)(74)。LPs通过氨基酸(主要是赖氨酸和精氨酸)的游离氨基与LPs的羰基之间的共价键与蛋白质相连(69)。因此,LP-蛋白质美拉德修饰是促进LPs生物活性和更好储存龙眼果肉的一种好方法,但其效果与反应阶段的关系仍需进一步研究(37)。

总之,MR不仅促进了LPs一级结构的变化,还触发了其高级结构的一系列变化,这些变化证明MR是一种有前景的修饰天然多糖以获得更好生物特性的方法。因此,基于MR探究氨基化合物结合对LPs结构和生物活性的影响,有助于了解LPs的结构-活性关系(69)。

微生物发酵修饰

化学修饰可通过引入取代基来改变LPs的结构,从而影响其生物活性。然而,化学修饰通常需要使用有机溶剂、强酸或强碱,这在一定程度上限制了其在实际生产中的应用。同时,由于其高效、高特异性和产物含有害物质少等优点,其他修饰方法如微生物生物转化和酶法修饰越来越受到关注。值得注意的是,乳酸菌发酵是近年来重复使用的一种重要的果蔬加工技术,因为它能够保持和/或提高果蔬的安全性、营养性、感官特性和货架期特性(75, 76)。近年来,研究人员将发酵技术应用于植物多糖的结构修饰,以改善多糖的理化性质和生物活性(77, 78)。例如,Huang等人使用不产生胞外多糖的乳酸成分杆菌在37°C下发酵龙眼果肉汁24小时,

微生物发酵改性

化学改性可通过引入取代基来改变多糖(LPs)的结构,进而影响其生物活性。然而,化学改性通常需要使用有机溶剂、强酸或强碱,这在一定程度上限制了其在实际生产中的应用。同时,其他改性方法,如微生物生物转化和酶改性,因其高效、高特异性和产物含有害物质少的优点而受到越来越多的关注。值得注意的是,利用乳酸菌进行发酵是近年来重新兴起的一种重要的果蔬加工技术,它能够维持和/或增强果蔬的安全性、营养价值、感官特性和保质期特性(75, 76)。近年来,研究人员已将发酵技术应用于植物多糖的结构改性,以改善多糖的理化性质和生物活性(77, 78)。例如,Huang等人使用不产生胞外多糖的乳杆菌属发酵剂,在37°C下对龙眼果肉汁进行24小时的发酵,然后用热水提取多糖。从未发酵和发酵的龙眼果肉汁中分离出的多糖分别命名为LP和LP-F。结构分析后发现,LP-F的分子量(Mw)较低,葡萄糖(Glc)、中性糖和尿酸含量较少,但半乳糖(Gal)、甘露糖(Man)、阿拉伯糖(Ara)和鼠李糖(Rha)含量较多。这在一定程度上揭示了LP和LP-F存在结构差异(28)。此外,他们还比较了不同发酵时间下提取的LP-F的理化性质和益生元特性,发现不同发酵时间点的LP-F产率、单糖组成、分子量、中性糖和尿酸含量均有明显变化。结构特征如表1所示。经乳酸菌发酵后,多糖的结构被乳酸菌改性,益生元活性也相应提高。在测试的发酵多糖中,LP-12表现出最强的益生元活性(41)。发酵实验结果还表明,多糖在进入人体48小时后会被肠道微生物发酵。与LP发酵培养物相比,LP-F发酵培养物中总短链脂肪酸(SCFAs)和乙酸水平更高,肠球菌、双歧杆菌和梭菌数量也更多,但LP-F发酵培养物的pH值更低,碳水化合物百分比也更低。因此,与LP相比,LP-F更容易被人肠道微生物发酵。这种效应也可能归因于LP-F的特殊化学性质和结构,包括良好的溶解度、较低的表观粘度、粒径、分子量以及不同的单糖组成(79)。

其他方法

除了上述结构改性方法外,还有一些其他方法也在一些文献中有所涉及。例如,碱解离是制备改性多糖的传统方法之一。在该研究中,龙眼果肉多糖(LPI)经氢氧化钠处理,碱溶液首先裂解LPI的糖苷键,将LPI降解为低分子量片段。因此,碱解离使具有紧密高分子构象的LPI解聚,获得溶解度和生物活性增强的衍生物(51)。与硫酸化改性相似,磷酸化改性涉及将磷酸基团引入多糖中。改性后,多糖的稳定性得到提高,并且可以在体内保持其抗原性。研究表明,龙眼果肉多糖(LYP2)经过磷酸化改性后具有三螺旋结构,而三螺旋结构是具有抗肿瘤活性的多糖的特征结构(52)。也有少量文献提及乙酰化改性的多糖(53)。总之,分子改性改变了多糖的粒径结构、分子量以及取代基的类型、数量和位置,从而影响其生物活性。

生物活性

据文献记载,天然和修饰后的多糖通常表现出多种生物活性。多糖的分子量(Mw)和化学结构是决定其生物活性的两个主要因素。现代药理活性研究表明,龙眼多糖(LPs)具有免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗糖基化和保肝等活性。一般来说,多样化的提取和纯化技术、不同的处理和应用方法以及不同的研究技术都会影响LPs的生物活性。LPs的生物活性测试和研究主要基于龙眼果肉粗多糖,这也为证明确切的活性物质带来了障碍。因此,为促进LPs的产品开发和功能应用,我们系统综述了LPs的生物活性,为LPs的基础研究提供全面参考。

免疫调节活性

免疫调节活性被认为是改善正常个体和癌症患者整体防御机制的重要策略之一。体内和体外实验证据表明,多糖可以通过刺激细胞和体液免疫反应来展现免疫调节功能。同时,多糖的免疫调节功能可能从激活效应细胞(如自然杀伤(NK)细胞、淋巴细胞和巨噬细胞)开始,脾脏细胞的增殖和巨噬细胞吞噬作用的增强也是免疫调节增强的指标(80)。近期有几篇报道显示,LPs在体内和体外均表现出一定的免疫调节活性,且其免疫调节机制多样。然而,这些报道中LPs的多样性表明,可能有多种LPs参与免疫调节(44)。因此,为更好地揭示LPs的免疫调节活性机制及其构效关系,现代研究通过GC-MS、FT-IR和NMR等技术表征了LPs的结构,并通过相关实验评估了LPs的免疫调节活性。

首先,有研究发现LPs能刺激脾脏淋巴细胞的增殖和巨噬细胞的吞噬作用(81)。其中,巨噬细胞在先天性和获得性免疫调节中发挥着极其关键的作用(82)。一般来说,迟发型超敏反应(DTH)被认为是相关免疫反应的诊断表现。通过超声提取的中剂量(200 mg/kg)和低剂量(100 mg/kg)LPs在小鼠模型中表现出强烈的免疫调节作用。与模型对照组相比,它能显著增强小鼠的DTH反应、巨噬细胞吞噬功能和伴刀豆球蛋白A(ConA)刺激的小鼠脾脏细胞增殖(83)。Min等人通过碱提酸沉法制备了龙眼果肉均质多糖-蛋白质复合物(LPP),它通过多种方式增强了小鼠的免疫功能,如增强抗鸡红细胞抗体的产生和巨噬细胞的吞噬作用,促进ConA诱导的脾细胞增殖和血清中细胞因子的分泌(33)。其次,基于此,Yi等人从龙眼果肉中获得了LPIIa,并研究了其理化性质和对巨噬细胞的免疫刺激作用。研究表明,在100~400µg/mL的剂量范围内,LPIIa能增强一氧化氮(NO)的产生和巨噬细胞的吞噬功能。此外,在200µg/mL的剂量下,LPIIa显著增加了巨噬细胞诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的活性,以及白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的分泌。然而,在阻断Toll样受体4(TLR4)或TLR2后,这些作用显著减弱。同样,特异性抑制剂如p38丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)、蛋白激酶C(PKC)、磷脂酰肌醇3-激酶和核因子-κB(NF-κB)也选择性抑制了LPIIa对巨噬细胞的免疫刺激活性。这些结果表明,其免疫刺激信号可能由TLR4和TLR2介导,并随后激活p38MAPK和NF-κB途径。因此,LPIIa通过刺激巨噬细胞具有强免疫调节活性,可用作免疫治疗的佐剂(39)。

此外,Yi等人还通过DEAE阴离子交换柱色谱从LPs水提取物中获得了四个组分(LPI-IV),并在体外评估了这些多糖的免疫调节活性。他们得出结论,与正常对照组相比,除LPI外,其他三种多糖在100400µg/mL的剂量范围内显著刺激淋巴细胞增殖,并选择性刺激B细胞而非T细胞。此外,它们对脂多糖(LPS)诱导的细胞增殖的促进作用和对ConA诱导的细胞增殖的抑制作用分别为LPIII > LPIV > LPII > LPI。所有组分的最佳剂量均为100µg/mL,且均能增强巨噬细胞的吞噬作用。其中,LPII作为潜在的免疫佐剂,产量高且活性强(34)。此外,他们还研究了LPs的分子构象与免疫调节活性之间的关系。LPI具有球形和刚性棒状构象,在100400µg/mL的剂量范围内对NK细胞和脾细胞无免疫刺激作用。LPI1或LPI2作为LPI的碱解离衍生物,由于存在轻微解离的球形构象或单螺旋链,显著增强了脾细胞的增殖和NK细胞的细胞毒性。然而,它对巨噬细胞吞噬作用的贡献较弱(51)。Rong等人通过比较多糖对巨噬细胞吞噬作用的影响研究了LPs的免疫调节活性。他们从龙眼果肉中分离出一种活性多糖(LPD2),并研究了其结构和活性。免疫活性测试表明,LPD2显著促进巨噬细胞的吞噬功能和淋巴细胞的增殖,并促进巨噬细胞分泌IL-6和NO,表明LPD2能有效诱导巨噬细胞的功能活化。同时,LPD2对脾脏淋巴细胞的增殖具有强烈的刺激作用,而脾脏淋巴细胞是先天免疫和适应性免疫的重要参与者,这表明LPD2对体内免疫功能的激活具有显著影响(图4)(35)。

此外,LPs还通过与各种受体结合后相互作用和/或调节细胞内信号通路来介导免疫刺激活性,如TLR4(84)、凝集素受体dectin-1和补体受体(85)等。总之,LPs的免疫刺激活性可能是由于其与免疫系统组分的直接或间接相互作用,触发了不同的细胞和分子事件。对巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、单核细胞、树突状细胞和补体蛋白等免疫细胞的直接刺激涉及特异性识别受体,这些受体决定了最终的反应(86)。

值得一提的是,LPs还可以通过作用于肠道来发挥免疫调节活性。肠道是宿主最大的免疫器官,稳态下适当的肠道免疫反应以及宿主的健康在维持肠道屏障中起着重要作用(87)。LPs的分子量相对较大,通常超过104 Da,因此它们很难通过肠道直接吸收。然而,研究表明,宿主不可消化的多糖是肠道菌群最重要的食物来源,因此富含这些多糖的饮食对于维持健康的肠道至关重要(88)。Zhang等人使用多组学方法研究了LPs对小鼠肠道微生物群的影响及其与宿主免疫系统的相互作用。结果表明,LPs显著增加了小鼠的典型肠道免疫指标,且LPs引起的微生物群变化与免疫调节活性相关(44)。此外,还有研究通过观察肠道分泌型免疫球蛋白A(SIgA)的合成和分泌,探讨了LPs对免疫抑制小鼠全身免疫和肠道黏膜免疫的影响。结果表明,LPs能改善环磷酰胺(CTX)处理的小鼠胸腺和脾脏指数,还能提高血清免疫球蛋白A(IgA)的水平和肠道内SIgA的分泌。因此,适量摄入LPs可通过促进肠道SIgA的分泌来加强黏膜屏障,从而增强全身免疫和肠道黏膜免疫(图5)(89)。

同样值得注意的是,结构修饰后的LPs具有更强的免疫调节活性。例如,Yi等人研究了LP-蛋白质复合物(LP3)在免疫抑制小鼠模型中的免疫调节作用。口服100 mg·kg−1·d−1的LP3可刺激巨噬细胞/淋巴细胞活化和抗体/细胞因子分泌,还可增强免疫抑制小鼠的脾细胞增殖、抗体产生、细胞因子分泌、巨噬细胞吞噬作用和NK细胞毒性。然而,LP3的结构特征以及结构/免疫调节关系需要进一步研究(32)。Jiang等人指出,所有实验剂量(25~100µg/mL)的硫酸化LP1(LP1-S)和LP1均显著增加了淋巴细胞、脾脏细胞和LPS诱导的脾脏细胞增殖,但LP1-S表现出的免疫调节活性高于LP1,这可能是由LP1-S结构中的硫酸基团引起的(30)。磷酸化和酸水解也被用于修饰LPs。与未修饰的LPs相比,其衍生物在增强巨噬细胞吞噬作用、刺激淋巴细胞增殖和调节细胞因子等方面表现出更强的作用(28)。因此,了解龙眼果肉活性多糖的结构特征有助于了解LPs作为免疫调节剂的应用机制。

抗肿瘤活性

根据多糖的抗肿瘤机制,多糖的抗肿瘤活性可分为两种类型:(1)多糖通过激活机体免疫系统抑制癌细胞的增殖;(2)多糖直接抑制肿瘤细胞的增殖(90)。目前,肿瘤相关疾病的死亡率相当高,癌症治疗的有效性有限。许多已知的抗癌药物都是免疫抑制剂,它们在抑制肿瘤生长的同时也会损害免疫系统。因此,发现和鉴定能够发挥免疫调节作用的新型抗肿瘤药物已成为免疫药理学和肿瘤治疗学的重要目标(91)。Zhong等人指出,超声提取的LPs(UELP)对S180肿瘤在体内具有良好的抗肿瘤作用。重要的是,实验剂量(200 mg/kg)的UELP具有极强的抗肿瘤作用,最大抑制率接近85%(83)。同时,LPs在S180肿瘤小鼠中也表现出抗肿瘤作用,这可能通过作为癌症治疗的免疫佐剂的免疫调节机制来体现。然而,它们对肿瘤细胞的直接抑制作用尚不清楚(43)。Meng等人从龙眼果肉中提取并成功纯化了一种新的水溶性多糖(LP1)。体外实验表明,LP1对HO8910和SKOV3肿瘤细胞具有显著的抗肿瘤活性,抑制率分别为50%和40%。同时,观察到LP1通过直接在体外和小鼠体内杀死肿瘤细胞以及提高免疫活性来防止肿瘤细胞的发展。因此,LP1具有显著的抗肿瘤潜力,可用作治疗相应疾病的安全有效试剂(24)。LPs还可以直接抑制体外培养的肿瘤细胞的增殖。

图4 巨噬细胞活化及吞噬功能增强是LPs免疫调节、抗肿瘤和抗炎活性增强的指标。(A)LPI–IV在100或200µg/mL浓度下的吞噬指数比较。(B)LPI-IV在100–400µg/mL剂量范围内的吞噬指数(34)。(C)LPs活化巨噬细胞的可能分子机制(35)。

图5 LP调节全身和肠道免疫(89)。(1)全身免疫:LP提高了脾脏和胸腺指数以及血清IgA水平。(2)肠道免疫:①LP通过部分共生细菌的利用来调节肠道微生物群组成;②LP促进了IgA+浆细胞的迁移和肠道归巢;③LP直接刺激了dIgA-pIgR和pIgR的跨细胞转运。

前生物活性

现有文献表明,前生物活性LPs(龙眼多糖)主要与其对肠道微生物群的影响有关。微生物群的调整可以改善胰岛素抵抗、控制血糖和葡萄糖耐量,并减轻炎症(93),因此LPs可用作前生物制剂,并成为治疗和预防肥胖的潜在工具(94)。此外,LPs可选择性地促进人体肠道中称为前生物制剂的多种微生物物种的生长,并通过增加肠道中前生物制剂的数量和调节其代谢产物来发挥其健康益处(95, 96)。因此,评估LPs的前生物活性对于评估LPs可能的健康影响至关重要。Huang等人研究表明,LP-SE(酶解提取的LPs)的前生物活性强于LP-H(热水提取的LPs)和LP-S(超声提取的LPs)。首先,LP-SE的提取效率高于LP-H和LP-S,因此其含糖量更高,分子量(Mw)更低。LP-SE被认为具有更好的增殖效果。其次,LPs的单糖组成和糖苷键影响其前生物活性。研究表明,LP-SE具有更好的前生物活性,这可能是因为其含有更多的阿拉伯糖(Ara)和半乳糖(Gal),以及特定的糖苷键→5)-α-L-Araf -(1→。此外,LPs的粘度和溶解度也是影响前生物活性的重要因素。具有良好水溶性和低粘度的LP-SE更易被前生物制剂快速且完全利用,因此其前生物活性强于LP-H和LP-S(22)。此外,酶改性的LPs的前生物活性在一定程度上有所提高。Cheng等人研究了在商业Viscozyme L酶作用下获得的龙眼果肉汁,该酶具有将蔗糖转化为果寡糖的潜力。结果表明,酶处理显著改变了水溶性多糖(WPS)的分子量分布和单糖组成。此外,酶处理的龙眼果肉汁及其乙醇溶性多糖成分增强了对肠道益生菌(如德氏乳杆菌、嗜热链球菌和嗜酸乳杆菌)生长的刺激作用。所有这些都表明,酶处理的龙眼果肉汁中所含的寡聚糖具有更好的前生物活性(50)。

抗氧化活性

多糖的抗氧化活性主要体现在其对羟自由基(•OH)、超氧阴离子自由基(•O2−)和过氧化氢(H2O2)的直接清除作用上(97)。自由基是体内有氧反应产生的,它们以各种方式毒害身体,与多种疾病的发生密切相关(98, 99)。当中等人研究UELP(未指明提取方法的龙眼多糖)的自由基清除活性时,他们发现实验浓度(5–35 mg/mL)的UELP对•OH和•DPPH具有优异的清除活性,且随着UELP浓度的增加,两种自由基的清除率均显著增强,较大剂量(35 mg/mL)的UELP几乎表现出完全的清除效果(83)。Liu等人通过酿酒酵母发酵龙眼果肉汁获得龙眼酒溶液。龙眼果肉酒多糖(LWP),作为龙眼果肉酒的主要功能性成分,通过超滤系统被分离成4个不同分子量的片段。结果表明,随着分子量的增加,龙眼果肉酒及其四个LP片段的•DPPH清除率逐渐增加。与龙眼果肉酒相比,分子量为10–30 kDa或<3 kDa的LWP在0.2–2.0 mL的体积范围内具有显著的抗氧化活性。当样品体积>1.6 mL时,10–30 kDa的LWP具有最高的•DPPH清除率(100)。众所周知,自由基和/或活性氧物种引起的氧化应激可导致器官损伤。Chen等人研究了局灶性脑缺血/再灌注损伤及其机制。结果表明,与缺血/再灌注组相比,LPs能显著降低神经系统评分、脑梗死体积、脑含水量、丙二醛(MDA)含量、髓过氧化物酶(MPO)活性、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白介素-1β(IL-1β)水平、Bax表达,并增加超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性和Bcl-2的表达。因此,LPs可用作一种对脑缺血/再灌注损伤具有显著保护作用的有效多糖,这可能与其在体内和体外减少氧化应激的机制有关(101)。此外,与未改性的LPs相比,改性LPs(MLPs)、乙酰化和羧甲基化LPs衍生物具有更强的抗氧化活性(102)。

抗炎活性

炎症是身体对刺激的防御反应,其特征为发红、肿胀、发热、疼痛和功能障碍。慢性炎症和紊乱可能导致宿主发生二次损伤和免疫病理(103)。从龙眼果肉中纯化得到LPIIa,采用Caco-2细胞和Raw264.7巨噬细胞的共培养模型研究其抗炎活性和肠道屏障保护作用。结果表明,LPIIa抑制了包括TNF-α、IL-6、NO(104)和PGE2在内的炎症介质的产生,并降低了脂多糖(LPS)诱导的Raw264.7巨噬细胞中诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶-2(COX-2)基因的表达。此外,LPIIa还降低了Caco-2细胞中肠道紧密连接通道蛋白Claudin-2的表达,并增加了紧密连接屏障蛋白ZO-1的表达。这些结果表明,LPIIa对炎性肠病(IBD)具有一定的治疗作用(31)。

抑制AChE活性

据报道,龙眼果肉对人类记忆有益,常用于中药治疗健忘症,但龙眼果肉影响记忆功能的机制尚不清楚。一些研究表明,乙酰胆碱在大脑的记忆功能中发挥着重要作用,大量证据支持胆碱具有调节学习和记忆功能的能力。而通过乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂增加乙酰胆碱水平是目前治疗阿尔茨海默病最有效的策略之一(105)。Bai等人比较了不同提取方法获得的LPs对AChE的抑制活性。所有LPs在0.1至3.0 mg/mL的浓度范围内均表现出中度且浓度依赖性的AChE抑制作用。在3.0 mg/mL的浓度下,LP-H、LP-E、LP-U和LP-UE对AChE的抑制率分别为18.15%、19.31%、20.17%和25.40%。这些结果表明,酶辅助提取(EAE)和超高压(UHP)辅助提取可以提高LPs的生物活性。与其他三种LPs相比,LP-UE具有最高的AChE抑制活性,表明LP-UE可能具有改善认知功能障碍的潜力。因此,LP-UE可能是一种潜在的AChE抑制剂,对胆碱能系统的调节可能是LPs改善记忆障碍的药理机制之一(3)。

其他活性

除了上述活性外,LPs还在肠道保护、促进软骨生长等方面表现出一些生物活性。研究表明,早期摄入LPs可通过增加黏蛋白、黏附连接(AJ)和紧密连接(TJ)复合物的表达,减轻化疗引起的肠道黏膜损伤,从而促进肠道黏膜的更新和肠道形态结构的完整性,从而达到LPs对肠道的保护作用(36)。此外,还通过检测活性、形态、软骨特异性基因表达和糖胺聚糖合成,探讨了LPs对兔关节软骨细胞的影响。结果表明,与使用转化生长因子-β(TGF-β)的阳性组类似,LPs有效促进了软骨细胞的生长,并通过上调sox9、聚集蛋白聚糖和II型胶原的表达水平,增强了软骨细胞外基质的分泌和合成。与阴性对照组相比,I型胶原基因的表达下调,表明LPs抑制软骨细胞去分化。所有这些都表明,LPs可以替代生长因子用于自体软骨细胞移植(ACI)的治疗,为开发治疗关节软骨缺损的新药奠定了基础(106)。

LPs的专利注册

目前,全球有630项与LPs相关的专利,其中82.2%为专利申请,17.3%为已授权专利,不到1%为有限专利。其中,这些专利的管辖权主要分布在中国、美国、世界知识产权组织(WO-WIPO)、欧洲和澳大利亚。根据相关数据,中国和美国拥有最多的专利,占总数的67%。在这些专利中,LPs主要用作食品或食品加工产品、保健品和膳食补充剂。一些研究指出,将LPs与其他物质一起制成具有增强免疫功能的粉剂制品,拓宽了LPs作为一类保健食品的利用范围。此外,一些专利还介绍了LPs可用于制作调节气虚(中医术语,描述“慢性疲劳综合症”)体质的固体饮料、增强免疫力的粉剂、治疗神经系统疾病和改善记忆损伤的中药组合物、治疗心脑血管疾病的药物组合物以及作为生发剂等。这些专利还依次提到了它们的制备方法和应用。所有这些都为LPs的专利开发提供了理论依据。总之,尽管许多学者在LPs的基础研究方面做出了巨大贡献,但LPs产品的商业和工业开发仍处于初级阶段,在实际工业生产中开发大多数与LPs相关的产品仍存在一些困难。通过Lens.org使用搜索词“Longan polysaccharide”浏览并分析得到的630项专利,LPs的专利详情见图6。

结论与展望

龙眼果肉作为药食同源物质的代表之一,因其高食用价值和辅助治疗价值而越来越受到研究者的关注。龙眼多糖(LPs)作为龙眼果肉中主要的生物活性成分之一,已被证明可通过不同的提取和纯化方法从龙眼果肉中获得具有不同结构特征的均一LPs,并且它们还表现出不同的生物活性。近年来,研究者对LPs的结构和生物活性进行了多项研究,主要集中在传统的热水提取(HWE)、化学成分、结构、免疫刺激和抗氧化活性方面。同时,为了提高LPs的产率和缩短提取时间,研究者应用了多种更高效的提取方法,如酶辅助提取(EAE)、超声辅助提取(UAE)、超高压辅助提取、微波辅助提取(MAE)和超微粉碎提取。这些提取方法均基于HWE方法进行改进,可根据不同的提取需求从不同角度发挥作用。此外,为进一步提高LPs的生物活性并拓宽其应用范围,研究者还根据LPs的结构对其进行了修饰。例如,可通过酶法技术同时提取并结构修饰LPs。在此过程中,提高了LPs的提取效率,同时结构的进一步修饰也增强了LPs的免疫调节和抗肿瘤活性。这些结果与酶的类型、剂量和浓度有一定关系。LPs主要由葡萄糖(Glc)、阿拉伯糖(Ara)、甘露糖(Man)和半乳糖(Gal)组成,由于其结构不同而具有不同类型的糖苷键。均一LPs中常存在如→6)-Gal-(→1和→4)-β-Glc→1等结构。生物活性研究表明,LPs具有多种生物活性,包括免疫调节、抗氧化、抗肿瘤、益生元和抗炎等,这为其在生理功能障碍积极干预中的应用提供了坚实基础。

然而,总体而言,当前对LPs的研究仍存在一些不足。例如,(1)通过现代提取和纯化方法获得的LPs仍为粗制品,大多属于一类结构多样的大分子。我们缺乏更清晰、更有针对性的提取和纯化方法。因此,许多研究在表征其结构时遇到了诸多困难,许多高级结构难以阐明。(2)对结构特征和活性的研究不够深入。我们需要对LPs进行高级结构分析和结构-生物活性评估,以及对生物活性的细胞和分子机制进行广泛研究。结构-活性关系的研究结果可为LPs的分子修饰方向提供指导,并为LPs制剂的设计、研究和开发提供理论支持。此外,还需要进行更多的体内实验,这将有助于更好地了解LPs的功能作用,并为自然资源的进一步开发提供新思路。(3)尽管LPs作为天然植物多糖,无毒副作用且与人体亲和力高,但为了更好地将其应用于人类疾病的保护和治疗,我们仍缺乏系统且可信的LPs质量控制标准。因此,对LPs及其相关产品的质量评价研究对于确保产品的有效性和安全性至关重要。通过定量和定性分析,这种多糖的物理化学性质对于质量控制也是必不可少的。

综上所述,源自龙眼果肉的生物活性多糖在亚洲作为传统饮食和辅助治疗剂的一部分而广为人知且应用广泛。在过去几十年中,人们一直关注LPs的成分分析、结构表征和生物活性。由于其独特的物理化学性质、结构多样性和生物效应,LPs可潜在应用于替代医学领域,作为免疫刺激剂或辅助抗癌剂具有广阔的应用前景。因此,本文从上述方面对LPs进行了综述,这有助于更好地发挥LPs的功能作用,并为自然资源的进一步开发、LPs的进一步科学研究和商业开发提供新思路。

资助

本研究得到中国国家自然科学基金(项目编号:81603309)、中国国家自然科学基金(项目编号:81603281)、四川省卫生健康委员会(21PJ108)、国家中医药跨学科创新团队(项目编号:ZYYCXTD-D-202209)、中国博士后科学基金(项目编号:2021M690488)以及成都中医药大学杏林学者科研促进项目(项目编号:QNXZ2018020)的资助。


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