综述：枸杞多糖的提取方法、构效关系及抗肿瘤机制

《RSC Advances》：Extraction method, structure–activity relationship and anti-tumor mechanism of Lycium barbarum polysaccharidesOpen Access

　　

枸杞多糖（Lycium barbarum polysaccharide，LBP）是枸杞（Lycium barbarum）的活性成分，具有免疫调节、抗氧化、降血糖、神经保护以及抗肿瘤活性。枸杞多糖的相对分子量、单糖组成、糖苷键、分支度、蛋白质含量、化学修饰和空间结构与其生物活性密切相关。高压脉冲电场提取、高速剪切技术辅助提取和超声辅助亚临界水提取是三种提取枸杞多糖的新方法。枸杞多糖可通过诱导肿瘤细胞凋亡、抑制细胞增殖、调节免疫功能及抑制肿瘤血管生成发挥抗肿瘤作用。本文总结分析了枸杞多糖的新型提取方法、构效关系及抗肿瘤机制。目前，枸杞多糖构效关系的探索仍处于初级阶段，缺乏对活性片段、活性中心与多糖活性之间关系的研究。对枸杞多糖高级结构和空间构象的研究将有助于揭示多糖发挥药理作用的具体结构位点，阐明不同结构与靶点之间的分子相互作用，这将是未来研究的重点，也是提升枸杞多糖研究创新性的途径。

1. 引言

枸杞（Lycium barbarum L.）具有多种药理活性，如抗氧化、抗衰老、保肝和降血糖等。其中，枸杞多糖（LBP）与许多生理活性密切相关，是枸杞中的主要有效成分。近年来，以枸杞多糖的结构特征、功能和药用价值为核心的研究取得了大量成果。然而，复杂的枸杞多糖如何发挥其细胞学和生物学功能的机制尚未阐明。为了促进枸杞多糖更广泛的应用，有必要系统梳理和总结其结构、功效及各组分间的关系，并探讨这些组分变化对生物活性的影响，为深入研究枸杞多糖提供参考。枸杞多糖对不同肿瘤细胞具有良好的抑制作用，在现代中药研发中，还能提高机体免疫能力、减轻药物对机体的损伤、促进术后恢复，并辅助化疗药物实现协同增效减毒作用。

2. 枸杞多糖的提取方法

提取技术不仅对提取率至关重要，也对多糖分子结构和生物活性的保持或改变有重要影响。

2.1 高压脉冲电场提取法

高压脉冲电场（HPEF）提取是一种利用细胞膜电穿孔原理使细胞壁瞬间破裂、内容物流出的新型提取方法。该方法耗时短、试剂消耗少，但在枸杞多糖提取方面的报道较少。Cai等人采用响应面法优化工艺，在温度61.76 °C、电场强度20.49 kV cm^-1、pH 8.98、脉冲频率10520 Hz、液料比9.43∶1（mL g^-1）条件下，枸杞多糖提取率达到最高值13.26%。

2.2 高速剪切技术辅助提取

高速剪切分散乳化机（HSDE）提取技术使样品承受水力剪切、液层摩擦、冲击撕裂、离心挤压和湍流等多种机械力。Du等人采用高速剪切技术提取枸杞多糖，并与热回流提取、酶辅助提取和超声辅助提取进行比较，结果表明该技术不仅大幅提高了多糖提取率，且提取温度更低、时间更短、产品纯度更高。

2.3 超声辅助亚临界水提取法

亚临界水是指通过加压使水温达到100 °C以上但低于临界温度374 °C仍保持液态的高压热水或过热蒸汽。随着温度升高，介电常数降低，水的极性相应减小，从而表现出与有机溶剂相似的特性。在亚临界水基础上辅以超声处理，进一步增强了植物多糖的溶解和扩散。Zhao等人使用超声辅助亚临界水提取法提取枸杞多糖，结果显示其提取率在所有对比方法中最高。不过，由于设备普及度低、条件难控制，该方法在实际应用中并非首选。

2.4 超声波提取法

超声波提取是最常用且成本较低的方法之一。相比热水提取，超声波提取效率更高、条件更温和、结果更稳定，且不影响水溶性多糖的生物活性。超声波的空化、机械和热效应使植物细胞壁通透性增加，加速胞内多糖释放、扩散和溶解。需注意的是，超声波可能导致多糖一定程度的降解。研究表明，影响提取率的因素顺序为：料液比 > 超声功率 > 提取时间 > 提取温度。通过响应面优化，最优工艺为固液比1∶30 g mL^-1、提取温度72 °C、超声功率198 W、提取时间29 min。

2.5 微波辅助提取及微波-超声波联合提取

微波辅助提取利用微波提高提取强度和效率。微波加热机制包括偶极旋转、离子传导和依赖于溶剂的微波吸收。微波提取时间短、溶剂用量少、环保高效。将微波与超声联合可进一步增强提取效果。比较常规水浴提取、超声波提取、微波提取和超声-微波协同提取四种方法，发现超声-微波协同提取法的提取率最高。与微波辅助提取不同，超声波提取对温度要求不高，可避免高温破坏枸杞多糖结构。此外，深共晶溶剂的使用也是一种新兴的枸杞多糖提取技术。

对于不同种类的枸杞，多糖含量和活性存在差异，同一提取方法的最佳工艺也不同。对新疆枸杞、黑果枸杞和宁夏枸杞的分析表明，酶辅助提取法在多糖提取率上表现最佳；对于黑果枸杞，微波-超声辅助提取法提取率最高；而对于宁夏枸杞，高速剪切技术的提取率最高。

3. 枸杞多糖的构效关系

枸杞多糖复杂的化学结构提供了大量活性基团，使其空间构象灵活并能承载丰富的生物信息，这是其发挥多种生物学效应的重要结构基础，但也给研究构效关系带来了显著障碍。多糖的相对分子量分布、糖基组成、糖苷键类型及相邻糖苷键连接方式、支链的存在位置与长度以及非糖修饰等均可能对其活性产生明显影响。枸杞多糖具有高度结构多样性，主要包括同型半乳糖醛酸聚糖（HG）、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖I和II（RG-I和RG-II）、阿拉伯半乳聚糖（Ag）和木糖半乳糖醛酸聚糖。此外还含有少量葡萄糖（Glu）和甘露糖（Man），这些微量组分的结构形式难以精确确定。大多数枸杞多糖结构还具有非糖修饰（甲基化、羧甲基化、乙酰化等），这可能与其生物活性有关。

3.1 相对分子量对枸杞多糖活性的影响

相对分子量是多糖构效关系的重要特征。过高不利于多糖跨越细胞膜屏障发挥活性，过低则难以形成活性聚合物结构。研究发现，高相对分子量的枸杞多糖组分（如LBGP-I-3，M_w = 9.12 × 10⁴）对巨噬细胞的增强作用最显著；而中相对分子量的LBP-3（M_w = 4 × 10⁴ – 3.5 × 10⁵）被认为是抗肿瘤的主要活性部位。但也有研究显示，较小相对分子量的LBP-a4（M_w = 1.02 × 10⁴）能抑制肝癌细胞增殖，而高分子量的LBP-p8反而促进其生长。这些矛盾结果可能与原料来源、提取方法和活性评价体系的差异有关。

3.2 单糖组成对枸杞多糖活性的影响

单糖结构和比例直接影响枸杞多糖的理化性质。根据是否含有糖醛酸，可分为酸性多糖和中性多糖。半乳糖醛酸是枸杞多糖中主要的酸性多糖成分，适量存在有利于多糖的化学性肝损伤保护活性，其活性与糖醛酸含量正相关。中性单糖主要包括阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖，中性多糖可能有助于抗肿瘤和降血糖活性。

3.3 糖苷键对枸杞多糖活性的影响

枸杞多糖的良好生物活性依赖于精确的结构表征。中国不同产地枸杞多糖的糖苷键高度相似，主要包括1,3-β-葡糖醛酸键、1,4-α-半乳糖醛酸键和1,5-α-阿拉伯糖苷键。含1,4-α-D-半乳糖醛酸主链的多糖在免疫调节中发挥重要作用。多聚半乳糖醛酸域（HG）是酸性果胶多糖结构中的重要组成部分，对生物活性贡献巨大。鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I）可能是枸杞多糖神经营养活性的关键。阿拉伯半乳聚糖（AGs）主要以1,6-β-D-半乳聚糖或1,3-β-D-半乳聚糖为主链骨架，不同骨架类型的多糖活性取向也不同。

3.4 分支度对枸杞多糖活性的影响

多糖的药理活性主要与分子链的分支度（DB）有关。分支结构是宿主补体系统的识别位点和巨噬细胞的激活剂。研究发现，高分支度的枸杞多糖侧链（LBGP70-OL）比线性主链（LBGP70-OL-I）具有更强的抗衰老活性。

3.5 蛋白质含量对枸杞多糖活性的影响

枸杞的生物活性成分为多糖-蛋白复合物。研究表明，枸杞多糖的抗衰老活性与其蛋白质含量正相关，高蛋白含量的枸杞多糖抗氧化和降血脂活性高于纯化的枸杞多糖。

3.6 化学修饰对枸杞多糖活性的影响

化学修饰已成为阐明枸杞多糖构效关系的新途径。硫酸化和硒化是最常见的修饰方法。硫酸化枸杞多糖具有更显著的免疫活性，其硫酸取代度越高，淋巴细胞增殖活性越好。硒修饰可显著提高枸杞多糖的体内外抗氧化活性，并具有明显的肝保护作用。

3.7 空间构型对枸杞多糖活性的影响

多糖的药理活性与其高级结构密切相关。降解是改变多糖空间构型的常用方法。富含羧基的枸杞多糖经降解后抗血小板聚集活性增强。钙离子耗竭后，多糖结构从致密球状转变为随机螺旋结构，从而改善了免疫调节活性。

4. 枸杞多糖的抗肿瘤机制

枸杞多糖具有广谱抗癌作用，主要通过诱导肿瘤细胞凋亡、抑制细胞增殖、阻滞细胞周期和调节免疫系统功能发挥抗肿瘤作用。

4.1 诱导细胞凋亡

枸杞多糖可通过多个靶点诱导肿瘤细胞凋亡，主要包括：（1）调控凋亡相关蛋白平衡（如上调Bax/Bcl-2比值、激活Caspase-3）；（2）抑制促肿瘤信号通路（如PI3K/Akt/mTOR、Wnt/β-catenin）；（3）激活抑癌基因（如p53）；（4）调节免疫相关分子和内质网应激因子。

4.2 阻滞细胞周期

研究表明，枸杞多糖主要将肿瘤细胞阻滞于G0/G1期，通过靶向调控MAPK和Akt等关键信号通路发挥抗肿瘤作用。

4.3 抑制细胞增殖与转移

枸杞多糖可通过调节PI3K/Akt/mTOR通路、MAPK通路、FOXO信号通路等多条经典信号通路，干扰关键蛋白的表达水平，从而抑制肿瘤细胞的增殖和转移。

4.4 抑制新生血管生长

血管内皮生长因子（VEGF）是促进血管生成的高度特异性关键因子。研究证实，枸杞多糖可直接抑制VEGF，进而抑制基质金属蛋白酶-2（MMP-2）和基质金属蛋白酶-9（MMP-9）的表达，从而抑制肝癌细胞的迁移和侵袭。

4.5 调节免疫系统

枸杞多糖一方面通过调节细胞因子水平（如白细胞介素（ILs）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等）、提高自然杀伤细胞增强因子（NKEF）表达、增强自然杀伤细胞（NK）功能来调节免疫系统；另一方面通过调整巨噬细胞和树突状细胞比例、降低肿瘤微环境中调节性T细胞（Tregs）的比例、抑制免疫抑制因子分泌来削弱其对效应T细胞的抑制作用。此外，近期研究发现，枸杞多糖还可通过下调程序性死亡配体1/程序性死亡-1（PD-L1/PD-1）的表达，恢复T细胞的抗肿瘤活性，从而增强适应性免疫应答。

5. 结论与展望

不同种类枸杞多糖的提取方法仍处于实验室研究阶段，需进一步优化以实现工业化生产。枸杞作为药食同源的传统中药植物，其核心活性成分LBP的抗肿瘤潜力已被国内外大量研究证实。未来需将系统药理学与精准医学相结合，明确靶点特异性和联合用药的协同机制，推动LBP与现代肿瘤治疗方法的规范化结合，为其临床转化提供理论依据和科学支持。