黄芪多糖的免疫调节作用依赖于特定情境：结构决定因素、结构-活性关系、作用机制及应用综述

《International Journal of Biological Macromolecules》：Context-dependent immunomodulation by Astragalus polysaccharides: Structural determinants, structure–activity relationships, mechanisms, and applications: A review

　　• APS的免疫效应取决于具体情境，并且不同制备方法之间的效果存在差异。• 分支侧链被认为是潜在的免疫刺激特征。• 评估了免疫细胞和肠道介导的机制以提供因果支持。• APS的转化需要特定途径的质量控制和安全验证。

引言
免疫失调驱动了许多疾病的发作和发展。免疫反应不足会损害病原体清除和肿瘤免疫监视，并增加感染的易感性。相反，持续的免疫激活会促进慢性炎症，破坏免疫耐受，并加剧过敏性和自身免疫性组织损伤[1]。因此，在疾病特异性的基础上恢复免疫稳态已成为免疫相关疾病治疗的重要目标。目前的免疫治疗策略旨在增强保护性免疫、抑制过度炎症或调节特定免疫途径。然而，它们的临床应用仍受到不良反应、治疗效果差异、靶点范围有限、治疗耐药性和高成本的限制[2]，[3]。这些限制激发了对具有免疫调节潜力的天然大分子的兴趣[4]。在这些大分子中，植物多糖因其报告的免疫调节作用和在代谢性疾病中的治疗潜力而受到越来越多的关注[5]。该领域的研究已经超出了提取和单糖分析的范畴，包括详细的结构表征、结构-活性关系、加工引起的结构变化以及与微生物群相关的机制。最近的综述进一步强调了在比较不同研究中的生物效应时，必须考虑原材料来源、加工历史、制备程序和结构表征的程度[6]，[7]。

黄芪多糖（APS）因其免疫调节活性而被广泛研究。例如，据报道APS脂质体可以促进巨噬细胞激活和树突状细胞（DC）成熟[8]。然而，这些效应在不同的免疫背景下有所不同。在携带肿瘤的小鼠中，APS治疗增加了免疫器官指数和细胞因子的产生[9]。相比之下，在过度炎症或免疫失调的模型中，APS治疗与炎症反应减弱、免疫细胞平衡改变和肠道屏障功能改善有关[10]，[11]。这些相反的效应主要是在使用不同APS制剂、剂量、疾病模型和实验条件的独立研究中报告的。目前还没有直接证据表明相同的结构定义的APS制剂会根据宿主的免疫状态改变免疫调节的方向。因此，应结合免疫背景和所测试制剂的特性来解释APS的活性。

APS的免疫调节活性也可能取决于其来源和制备方式。黄芪原材料的来源和加工过程会影响提取过程中获得的多糖。提取、分离和纯化会进一步改变其相对丰度和结构特性，包括分子量（MW）、单糖组成和分支模式。例如，从原始黄芪和蜂蜜加工黄芪中分离出的APS在MW和单糖组成上存在差异，并且在用脂多糖（LPS）刺激的RAW264.7细胞中表现出不同的效应[12]。通过超滤获得的APS组分在结构特性和免疫刺激活性上也有所不同，大约10 kDa的组分显示出更强的活性[13]。这些发现表明，在评估APS的免疫调节活性时，应考虑制备过程和测试材料的结构特性。然而，关于APS来源、提取和纯化程序、结构表征的程度以及用于活性评估的模型，各研究之间存在显著差异。这些差异限制了跨研究的制备、结构和活性比较。对于口服给药的APS，胃肠道降解、微生物利用和代谢产物的形成进一步复杂化了体内结构特性与生物活性之间的关系。

关于APS作用机制的研究主要集中在免疫细胞调节、炎症信号传导、肠道微生物群和肠道屏障功能上。据报道，APS会影响巨噬细胞、DC、T细胞、B细胞和自然杀伤（NK）细胞，并伴有Toll样受体4（TLR4）/核因子-κB（NF-κB）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和核因子 erythroid 2 相关因子2（Nrf2）/血红素加氧酶-1（HO-1）信号通路的改变[11]，[14]。关于口服给药APS的研究还报告了肠道微生物组成的变化、微生物代谢产物和肠道屏障功能的变化[15]。人类DC的研究将APS治疗与T细胞刺激联系起来[16]。这些研究之间的因果证据强度各不相同。受体阻断或基因敲除可以提供因果证据，而基因表达变化、转录组分析中的通路富集以及微生物组成的变化主要表明相关性。APS的制剂、剂量、治疗持续时间、宿主免疫状态和局部组织环境也可能影响观察到的效应。因此，机制解释应同时考虑实验背景和研究设计提供的因果支持水平。

计算方法也被应用于APS的药物发现。在一项肺纤维化研究中，利用网络药理学和分子对接提出了候选靶点和途径[17]。这些结果为实验测试提供了假设，但并未证明APS与预测靶点之间的直接相互作用。除了靶点预测之外，生物缀合可以通过与功能性伴侣的共价连接来修饰APS的性质。结构定义的缀合物有助于确定这种修饰是否改善了生物活性并阐明结构-活性关系。然而，关于APS生物缀合的直接证据仍然有限。严格的评估将需要定义明确的起始材料、匹配的缀合和非缀合对照物，以及对分子量、电荷、构象和聚集的全面表征。

本综述重点关注APS的结构基础、情境依赖的免疫调节、作用机制和转化应用。特别关注了黄芪原材料来源和加工方式以及对APS结构和免疫调节活性影响的研究。还评估了来自免疫抑制和过度免疫激活模型的证据，涉及剂量、治疗持续时间、宿主免疫状态和肠道环境。涉及先天免疫、适应性免疫、肠道微生物群相关调节和肠道屏障功能的机制研究根据其因果支持程度进行了评估。临床、兽医、功能性食品和基于制剂的应用也根据结构表征、质量控制、机制验证和转化开发进行了综述。

APS的结构表征
不同研究中APS组分的结构表征程度差异很大。如表1所示，一些研究仅报告了MW分布和单糖组成，而其他研究还表征了糖苷连接模式、分支模式和链构象。这种结构细节的差异限制了跨研究的APS组分直接比较。

MW分布和单糖组成通常作为基本结构参数进行测量。

原材料特性对APS结构的影响
APS的结构可能因植物来源、栽培方式、植物年龄和地理来源而异。这些因素可以影响黄芪根中的碳水化合物组成，从而影响所得APS组分的结构。Li等人比较了两种植物来源A. membranaceus var. mongholicus和A. membranaceus，以及自然生长和栽培的黄芪根[24]。样品在细胞质中的单糖含量和比例上存在差异。

APS免疫调节效应背后的结构-活性关系
APS的免疫调节活性可能反映了分子大小、一级结构和高级分子组织的综合效应。MW、聚合度（DP）、单糖组成、糖苷连接模式、分支、酸性基团和链构象的变化可能会影响多糖的溶解度、参与生物活性的结构的可及性以及与免疫受体的相互作用。比较天然组分和酶促组分可以揭示这些差异。

不同免疫状态下APS的情境依赖的免疫调节谱型
APS的免疫调节效应由基线免疫状态、制备特性和暴露条件共同决定。如图2所示，APS通常在免疫抑制条件下促进受损免疫功能的恢复，在免疫过度激活期间减弱病理炎症。APS的结构和纯度、剂量、治疗持续时间、给药途径和宿主肠道微环境的不同限制了跨研究的比较。

APS的体内命运和暴露途径
模拟消化的证据表明，口服给药的APS可能未经宿主消化酶的广泛水解即可到达远端肠道。在模拟的唾液、胃和小肠消化实验中，APS的总糖含量和还原糖含量均未显著变化。当糖苷键断裂时通常会释放还原糖，因此在所测试条件下没有检测到显著增加，这表明水解有限。

APS免疫调节效应的机制见解
免疫稳态依赖于协调的先天性和适应性免疫反应，并受黏膜屏障功能和微生物代谢产物的影响（图3）。肠道微生物群及其代谢产物与肠道上皮屏障相互作用，影响黏膜免疫，并可能通过肠-器官轴影响远端组织的免疫和代谢反应[76]。APS研究报道了先天性和适应性免疫细胞的变化、微生物群-屏障相互作用以及肠-器官相互作用。

APS的免疫相关应用和转化前景
APS的情境依赖的免疫调节效应为转化开发提供了依据。当前的应用领域包括支持性临床护理、疫苗佐剂和兽医用途、功能性食品和免疫支持产品，以及基于制剂或局部的系统（图4和表3）。支持性证据包括选定注射制剂的对照临床试验、动物研究、商业产品信息和专利。

结论和未来展望
APS是赋予黄芪免疫调节特性的生物活性成分。现有证据表明，APS可以在免疫抑制条件下恢复受损的免疫功能，并在持续免疫激活期间减轻异常炎症。这些发现支持情境依赖的效应，但没有证实相同的结构定义的APS制剂仅在宿主免疫状态改变时才会改变其效应。

作者贡献声明
Mengyuan Wang：撰写 - 审稿与编辑、撰写 - 原稿、可视化、数据分析、概念化。
Yuan Li：撰写 - 审稿与编辑、数据分析。
Hongliang Xu：撰写 - 审稿与编辑、数据分析。
Bo Xu：撰写 - 审稿与编辑、数据分析。
Xiaorui Qu：可视化、数据分析。
Jiayan Zhao：撰写 - 审稿与编辑、数据分析。
Dongfeng Yang：撰写 - 审稿与编辑、监督、项目管理。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或可能影响本文工作的个人关系。

致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划“中医药现代化”（2024YFC3506403）的支持。

Mengyuan Wang | Yuan Li | Hongliang Xu | Bo Xu | Xiaorui Qu | Jiayan Zhao | Dongfeng Yang | Zongsuo Liang