综述：具有免疫调节活性的多糖的构效关系及作用机制研究进展

《Journal of Functional Foods》：Research progress on the structure-activity relationship and action mechanisms of polysaccharides with immunomodulatory activity

本综述系统梳理了多糖结构（分子量、单糖组成、糖苷键、取代基及高级结构）与免疫调节活性之间的构效关系，并深入阐述了其通过免疫系统调控、免疫受体（如TLRs、CR3、Dectin-1）及肠道菌群相互作用等多层次作用机制。文章为开发多糖作为膳食补充剂及其精准营养策略提供了重要理论支撑，对天然免疫调节产品的研发具有指导意义。

　　

1. 引言

多糖是由10个及以上单糖或单糖衍生物通过糖苷键缩合形成的一类天然高分子聚合物。现代生活方式的改变使得免疫力低下成为日益普遍的健康问题，因此开发具有免疫调节活性的天然活性产物成为当前研究热点之一。多糖因其来源丰富、安全性好、副作用少且疗效稳定而在免疫调节领域备受关注。目前，关于免疫活性多糖的研究仍存在不足，未能完全阐明其多层次调控机制和构效关系。因此，本文旨在系统回顾多糖结构与其免疫调节活性之间的关系，并总结其免疫调节作用机制，以增强对不同来源多糖免疫调节活性的理解。

2. 多糖的结构-免疫调节活性关系

2.1. 分子量（Mw）-免疫调节活性关系

多糖的分子量与其免疫调节活性密切相关，呈现出非线性关系。高分子量多糖（> 100 kDa）通常因其复杂的空间构象而表现出良好的免疫调节活性，有利于其与巨噬细胞表面的Toll样受体（TLRs）和甘露糖受体（MR）结合。中分子量多糖（10 kDa–500 kDa）可激活RAW264.7巨噬细胞，释放一氧化氮（NO）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）。低分子量多糖（< 10 kDa）则因其独特的理化性质和生物利用度，主要通过细胞膜穿透能力、受体结合效率、信号通路激活和肠道菌群调节等方面发挥免疫调节作用。然而，分子量研究仍面临挑战，如缺乏系统比较、构效关系不明确以及纯化技术不足等。

2.2. 单糖组成（Mc）-免疫调节活性关系

单糖组成是多糖结构表征的重要步骤，也是质量控制的关键环节。不同单糖组成可能导致多糖生物活性的巨大差异。例如，β-葡聚糖中(1→3)与(1→6)连接葡萄糖的比例变化形成独特的“分子指纹”，影响其与Dectin-1等受体的结合亲和力，从而激活不同强度的NF-κB和MAPK信号通路。常见的具有免疫调节活性的多糖通常含有β-葡萄糖（β-Glc）、甘露糖（Man）、半乳糖（Gal）、阿拉伯糖（Ara）、鼠李糖（Rha）、糖醛酸和岩藻糖（Fuc）等单糖。单糖的缺失或比例改变可能影响多糖的免疫调节活性，例如甘露糖的缺失可能导致树突状细胞成熟障碍。

2.3. 糖苷键-免疫调节活性关系

糖苷键是连接多糖分子中单糖单元的核心化学键，其类型、构型、连接位点和空间排列共同构成多糖的“结构密码”，显著影响其免疫调节活性。β-构型糖苷键，如β-(1→3)和β-(1→6)糖苷键，在增强免疫调节效果方面作用显著，能通过特异性识别模式识别受体（如Dectin-1、TLR4）触发下游信号通路，诱导巨噬细胞活化和促炎因子分泌。相比之下，α-糖苷键的免疫调节作用通常较弱。糖苷键的连接位点也影响活性，例如β-(1→3)-葡聚糖可形成稳定的三螺旋结构，具有较强的受体结合能力。

2.4. 取代基-免疫调节活性关系

2.4.1. 硫酸化修饰

硫酸化修饰通过将硫酸基团引入多糖分子，改变其结构和构象，从而显著改变其生物活性和理化性质。硫酸化多糖主要通过激活免疫（增强巨噬细胞吞噬、NK细胞杀伤力）或抑制过度炎症（阻断TLR4/NF-κB通路）两种方式发挥作用。其活性高度依赖于硫酸化度（DS）、基团位置和分子量。

2.4.2. 羧甲基化修饰

羧甲基化是多糖与氯乙酸反应生成羧甲基化衍生物的过程，可改变多糖结构并增强其免疫调节活性。羧甲基化衍生物主要通过激活巨噬细胞、促进TNF-α和IL-6分泌、以及减少乳酸脱氢酶（LDH）、活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）的分泌，增强吞噬作用和超氧化物歧化酶（SOD）水平来发挥免疫调节活性。

2.4.3. 乙酰化修饰

乙酰化修饰通过引入乙酰基团调节多糖的疏水性和空间构象，有利于增强其免疫调节活性。乙酰化多糖主要通过激活下游信号通路（如NF-κB、MAPK）、促进免疫细胞活化和细胞因子分泌，以及增强巨噬细胞吞噬能力来发挥作用。

2.4.4. 硒化修饰

硒与多糖通过化学反应结合形成硒多糖，其免疫调节活性通常高于单独的硒或多糖，且更易被机体吸收利用。硒化多糖可激活免疫细胞表面的TLR/NF-κB等信号通路，促进细胞因子分泌和免疫器官功能修复，同时硒赋予多糖强大的抗氧化能力，可激活Nrf2信号通路，保护免疫细胞。

2.5. 高级结构-免疫调节活性关系

多糖的高级构象是影响其在细胞内生物识别的重要因素，包括不规则卷曲、单螺旋、双螺旋、三螺旋、棒状、蠕虫状、球形等。具有三螺旋构象的多糖通常表现出较强的免疫调节活性。例如，Rosa laevigata Michx多糖（PPRLMF-2）可通过SR、GR、TLR2和TLR4受体被识别，上调p-ERK、p-JNK、p-p38和p-p65蛋白的表达水平，从而发挥免疫调节作用。高级结构的研究仍面临精准分析技术缺乏、机制不清等挑战。

3. 多糖的免疫调节作用机制

3.1. 多糖对免疫系统的调节作用

3.1.1. 免疫器官

免疫器官分为中枢免疫器官（胸腺、骨髓）和外周免疫器官（淋巴结、脾脏）。多糖可促进胸腺和脾脏等免疫器官的发育和功能维持，增加免疫器官指数，改善免疫器官的组织结构，并增强免疫细胞群和免疫球蛋白的分泌。例如，Glycyrrhiza uralensis Fisch多糖可增加BALB/c小鼠的脾脏/胸腺指数，激活CD4⁺和CD8⁺免疫细胞群。

3.1.2. 免疫细胞

淋巴细胞： 多糖可直接激活淋巴细胞，刺激其分泌细胞因子，并调节相关基因表达。例如，Radix Codonopsis多糖（RCP）可下调CD8⁺ T细胞水平，增加CD4⁺/CD8⁺ T淋巴细胞比率，维持免疫平衡。

巨噬细胞： 多糖作为重要的巨噬细胞调节剂，可通过与模式识别受体结合激活巨噬细胞，增强其吞噬和杀菌能力，调节其极化状态（M1/M2），并影响细胞因子和活性分子的分泌。例如，Pleurotus citrinopileatus多糖（PCPs）可促进单核细胞分化为巨噬细胞亚型，并抑制LPS和干扰素-γ刺激的巨噬细胞中TNF-α和IL-6的水平。

树突状细胞（DCs）： 多糖可通过激活或调节DCs的功能来影响先天性和适应性免疫应答。例如，Cistanche deserticola多糖（CCDPs）可通过与TLR4受体相关的NF-κB通路促进DCs成熟并刺激细胞因子分泌。

T细胞： 多糖可影响T细胞的活化、增殖、分化和功能。例如，水溶性玛卡多糖（MCP）可显著促进CD4⁺ T细胞的增殖和分化，并刺激干扰素-γ（IFN-γ）的分泌。

3.2. 免疫相关受体

Toll样受体（TLRs）： 多糖作为典型的病原体相关分子模式（PAMPs），可通过与特定TLRs结合激活下游信号通路（如NF-κB、MAPK、MyD88）来发挥免疫调节作用。例如，Cordyceps多糖（CCP）可通过TLR4受体激活p38 MAPK信号通路。

补体受体3（CR3）： 多糖可通过CR3激活下游信号，触发杀菌效应，或激活NF-κB和MAPK信号通路促进炎症因子分泌。例如，Dictyophora indusiata多糖（DIP）可调节RAW264.7细胞表面的CR3受体，增加NO、TNF-α和IL-6的水平。

Dectin-1受体： 多糖可诱导Dectin-1二聚化，触发下游信号转导，激活NF-κB和MAPK通路，促进DCs成熟。例如，Cordyceps cicadae多糖（CP80–1）可通过Dectin-1/Syk/NF-κB信号通路免疫调节RAW264.7细胞。

甘露糖受体（MR）： 多糖与MR结合可增强巨噬细胞的吞噬活性，产生活性氧，激活巨噬细胞中的NF-κB信号通路，并诱导细胞因子分泌。例如，红酵母米多糖（RYRP-1）可通过MR诱导M1巨噬细胞向M2表型发展。

3.3. 多糖对肠道菌群的调节作用

3.3.1. 保护肠道黏膜屏障

多糖可通过上调紧密连接蛋白（如Occludin、Claudin-1）、黏蛋白-2（Mucin-2）的表达，增强肠道上皮完整性，优化菌群结构，从而保护肠道黏膜屏障。例如，Scutellaria baicalensis Georgi多糖（SBGP2–1）可上调TJ、Occludin和Claudin-5的mRNA表达水平，修复肠道屏障。

3.3.2. 调节肠道菌群

多糖可作为益生元被肠道共生菌选择性利用，通过菌群发酵产生短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丙酸和丁酸。SCFAs可激活G蛋白偶联受体（GPCRs），调节免疫细胞功能，并加强肠道物理屏障。例如，Lyciumbarbarum多糖（LBP）可增加Bifidobacterium longum和Lactobacillus的丰度，促进SCFAs的产生。

4. 结论与展望

多糖因其安全、低毒、高生物利用度和稳定性等优点在医学和食品领域受到高度重视。本综述系统总结了多糖结构与其免疫调节活性之间的构效关系，以及其通过免疫系统调控和肠道菌群相互作用等多层次作用机制。未来研究应充分利用新技术深入分析多糖的核心结构，阐明其精细构效关系，并关注其安全性。同时，需加强多糖-菌群-免疫轴三元调控网络的研究，推动多糖免疫调节剂的临床转化和应用。通过多学科交叉融合，有望实现多糖结构免疫学时代的精准调控。