仙人掌多糖药理作用\提取纯化及剂型研究进展
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摘要：仙人掌的主要有效成分多糖具有多种重要的药理作用，是目前研究和药物开发的热点之一。本文综述了仙人掌多糖的药理作用、提取纯化、剂型方面的研究动态，提出研究中存在的问题，为仙人掌多糖的进一步研究与利用提供了参考。
关键词：仙人掌多糖；药理学功效；提取纯化；剂型
中图分类号：S682.33 文献标识码：A 文章编号：1672-979X(2012)01-0056-04
仙人掌繁殖力强，世界各地均有分布，以墨西哥生长的种类和数量最多，常作为营养食物广泛栽培。我国野生仙人掌主要分布在广东、广西、福建、江西、海南等省(区)，资源丰富，但尚未充分利用。《本草纲目拾遗》载：仙人掌味淡性寒，行气活血、清热解毒、消肿止痛、健脾止泻、安神利尿，可内外服用治疗多种疾病。墨西哥人也一直把仙人掌作为一种重要的药品，在《墨西哥大百科全书》和众多史料中都有详细记载。
仙人掌多糖(opuntia polysaccharide，OP)是从仙人掌茎或果实中提取的主要由阿拉伯糖、葡萄糖、鼠李糖等组成的极性大分子化合物，含量及活性较高。研究表明，OP具有显著增强机体免疫力、降血糖血脂、抗癌等作用。为更好地研究和利用OP这一天然植物资源，现结合本实验室对OP的近十年研究成果做一综述，以期为进一步开发利用OP提供参考。
1.OP的药理作用
1.1免疫作用
Schepetkin等通过分子排阻色谱分离得到相对分子质量(Mr)为733×103，550×103，310×103，168×103的OP，分别作用于大鼠巨噬细胞J774.A1和人体单核巨噬细胞。4种组分均能提高人和大鼠的免疫功能，调节作用与M呈正相关。季宇彬等研究了2种仙人掌(食用仙人掌、药用仙人掌)多糖对S180小鼠红细胞膜蛋白和膜脂流动性红细胞免疫功能的影响。结果显示2种OP均可增加荷瘤小鼠红细胞膜带3蛋白含量，降低膜交联蛋白含量，增加荷瘤小鼠肿瘤红细胞花环率，提高红细胞C3b受体花环促进率，降低红细胞C3b受体花环抑制率，提高红细胞表面唾液酸含量及膜脂流动性，因而改善了荷瘤小鼠红细胞膜功能，增强了荷瘤小鼠的免疫功能。本实验室的研究结果也显示，仙人掌粗多糖能极显著地增强免疫力，抑制小鼠血清溶血素IgM、血清IgG的生成，抑制小鼠T、B淋巴细胞的增殖能力，且均使之恢复至正常水平；促进机体CD4+和CD8+T细胞比例的恢复。OP是一种理想的免疫激活剂，临床联用环磷酰胺(Cy)和OP治疗肿瘤疾病时，OP可降低Cy的毒副作用并可起到协同作用。分离纯化得到的高纯度OP主要组分ODP.I能通过提高腹腔巨噬细胞的吞噬能力，调节机体NO的产生，提高体液免疫功能，促进B淋巴细胞增殖，改善T淋巴细胞亚群免疫紊乱现象，增强糖尿病小鼠免疫力，改善糖尿病小鼠的症状，提高存活率。其免疫调节作用效果比提高免疫力的阳性药左旋咪唑好，有望成为临床治疗糖尿病的辅助药物。
1.2抗氧化作用
杨宁等用超滤浓缩、醇沉等方法得到野生仙人掌2种粗多糖组分，均能有效地清除超氧阴离子(O2・)、羟自由基(・OH)、二苯-2-苦基肼(DPPH)自由基。Huang等发现用H2O2损伤小鼠大脑皮层和海马片层前30min用OP作用30 min能减少乳酸脱氢酶(LDH)释放，增加总抗氧化能力(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)活性和谷胱甘肽(GSH)的释放量，其保护作用与给药剂量有关。本实验室研究发现，仙人掌粗多糖能极显著地降低高脂血症大鼠肝脏组织丙氨酸氨基转移酶(ALT)和天冬氨酸氨基转移酶(AST)活性，显著提高心肌组织SOD活性和抗O2・活性，并显著降低该组织丙二醛(MDA)含量；高纯度OP能显著提高各种抗氧化酶活性，抑制H2O2引起膜蛋白巯基含量降低和红细胞膜蛋白高分子聚合物的形成。研究其抗糖尿病作用时发现OP能降血糖，但未提高胰岛素水平，表现出较强的抗氧化性。推测其机制在于保护机体免受过氧化损伤，增强机体对胰岛素的敏感性而起到降血糖血脂的作用，因此OP抗氧化性是其降血糖血脂的重要原因之一。
1.3降血糖、血脂作用
Alarcon・Aguilar等研究了两种OP(POLOF和POLOS)降血糖活性。结果显示，POLOF，POLOS在正常大鼠组不表现降血糖活性；葡萄糖灌胃(ig)和皮下注射(sc)建立暂时性高血糖大鼠模型，POLOF对前者降血糖作用显著，POLOS则对后者降血糖作用显著；腹膜内注射(ip)四氧嘧啶建立四氧嘧啶型一糖尿病大鼠模型后，POLOS的降血糖作用显著。POLOF的降血糖机制在于影响小肠对葡萄糖的吸收，POLOS则在被吸收后联合已存在的降糖物质发挥降糖作用，两种多糖因机制差异呈现不同的降血糖效应。OP的降血糖功效已由本实验室和Yang等证实，其功效与市售药格列喹酮、二甲基双胍等药物相当。
本实验室黄卫等研究了OP对高脂血症大鼠血脂的影响。给药后，高脂模型组大鼠的血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和极低密度脂蛋白胆固醇(VLDL-C)显著降低，高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、HDL-C／TC和卵磷脂胆固醇酰基转移酶(LCAT)活性明显增高。其机制不仅与抗氧化功效有关，而且与提高脂代谢相关酶活性有关，应着重研究胰岛素受体、LDL-C受体及其氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)含量。
1.4抗癌作用
韦国锋等报道仙人掌醇提取物和水提取物对S180小鼠的抑瘤率分别为72.30％和69.95％，且都能延长荷艾氏腹水瘤小鼠的存活期，生命延长率分别为57.14％和43.92％。据分析其水提物主要成分为OP。研究表明，增强患者的免疫功能和抗氧化能力是OP抗癌功效的最主要机制。OP能显著提高荷瘤小鼠的胸腺、脾脏指数和抗氧化酶活性，清除氧自由基，增加荷瘤小鼠肿瘤红细胞花环率，从而起到抗癌作用。
1.5对DNA损伤的保护及护肝作用
王海涛等以血红细胞(RBC)溶血率和致损细胞拖尾率及尾长作为检测手段，探讨米邦塔OP对十二烷基硫酸钠(SDS)致人血红细胞膜损伤和小鼠肝细胞DNA损伤的保护作用。结果表明，各种剂量的OP均能降低SDS对细胞膜及DNA的损伤，二者呈现一定的量效关系。喻宁华等观察了从仙人掌茎提取分离纯化得到的OP对CCL肝损伤小鼠的保护作用，预先灌胃OP溶液，可显著抑制CCL引起的小鼠血清ALT和AST活性升高，改善肝中毒小鼠GSH含量及谷胱甘肽转硫酶(GST)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-
Px)的活性水平，经石蜡切片和苏木精，伊红(HE)染色后在光学显微镜下观察，肝组织的病理变化减轻。提示OP护肝作用的机制除提高机体抗氧化能力外，还可能有其它机制。
1.6其他
除上述药理作用外，OP还有其他已被证实的功效。如通过影响细胞基质和调节层粘连蛋白促进伤口愈合；改善持续性中动脉缺血损伤大鼠的神经功能，缩小梗死体积；对蛋白质非酶糖基化反应的终端产物(AGEs)和醛糖还原酶(AR)形成有抑制作用：改善软骨组织，治疗关节炎；而且能降低自发性高血压大鼠血压等。
2.OP的提取
目前提取多糖常用的溶剂是热水、热或冷的稀碱、稀酸或苯酚等。通常先脱脂再热水提取，提取液经浓缩后以等量或数倍量的甲醇或乙醇、丙酮等沉淀。目前OP的提取方法有热水浸提、酸提、酶提、微波、超声辅助提取等。
2.1水提
水提是提取多糖最传统的方法，OP结构及活性测定大都以水提的多糖为原料，因此在OP的研究中水提法尤为重要。Cai等水提OP，用响应面分析法(RSM)得到最佳提取条件：温度86.1℃，时间3.61 h，料液比1：3.72，提取2次，OP得率为0.698％。刘洋等用相同的RSM法得到工艺条件为：料液比1：5.5，温度75℃，时间2.2 h，浸提1次，OP的实际得率达0.81％。本实验室以酒精浸泡5次烘干粉碎后制得的仙人掌干粉提取多糖，在料液比1：60，温度95℃浸提2次，每次3 h，以干粉计得率可达15％以上。
2.2酸提
多糖酸提工艺目前罕见报道。虽然众多学者一直认为多糖应避免在酸性条件下提取，以防引起糖苷键的断裂，但有些糖醛酸含量高的酸性多糖更适合用稀酸提取，如OP，其糖醛酸含量高，黏度大，酸提能极大地提高其得率和纯度。本实验室曾采用0.1 mol／L的稀硫酸提取OP，提取过程中严格控制酸度，得率以干粉计算可达39.92％，纯度达87.11％。酸性条件是否影响OP的结构及活性有待进一步证实。若不影响可进行产业化应用。
2.3酶提
提取多糖时加入酶可酶解细胞壁，使内容物更易从胞内释放，提高多糖得率。且酶提条件温和，更有利于除去多糖中的果胶和蛋白质等。通常使用的酶有果胶酶、纤维素酶和蛋白酶(木瓜蛋白酶、胰蛋白酶等)。大量报道采用复合酶(木瓜蛋白酶、纤维素酶和果胶酶)提取多糖，如马利华等㈣采用复合酶法提取生姜多糖，得率以干粉计可达27.27％，纯度69.8％。但本实验室研究表明各公司木瓜蛋白酶中糖含量极高，且提取过程难以去除，易造成污染。故本实验室采用果胶酶和纤维素酶双酶提取OP，其得率以干粉计为20.08％，纯度达83.02％，可为OP产业化提供参考。
2.4微波，超声辅助提取
梁艳等以水为溶剂，采用微波辅助法提取米邦塔OP，并与热回流提取法比较。优化的工艺条件：料液比1：10(w／v)，提取2次，每次提取3 min，微波炉功率700w，得率以样品计为6.8％，含量以粗多糖样品计为8.5％，高于热水回流提取的粗多糖得率4.7％和含量8.3‰但微波提取时细胞温度迅速升高容易导致多糖糖苷键断裂而变性失活，应慎重考虑。超声提取是一种物理破碎过程，利用空化、机械及热学作用增加多糖溶出率，在多糖提取中广泛应用。本实验室用超声提取法优化得到最佳条件为超声破碎时间约38 min，料液比1：36，pH 7.16，得率可达0.82％，纯度高达78.69％，具有较高降血糖及抗氧化活性。多糖提取时应综合考虑各种因素，尤其是对活性的影响，才能更好地评价一种方法的优劣。
2.5OP的纯化
OP的除杂主要是除去粗多糖中的蛋白质、小分子物质及色素等，以利于后续的分离纯化、结构和功效研究。除蛋白质常用Sevag法，但其除蛋白效率低，消耗的有机溶剂较多，且样品损失严重，也可联用胰蛋白酶法或酶法与其他方法除蛋白。胰蛋白酶不含糖类物质，不会造成污染，条件温和，结合透析或超滤等方法能较好地脱蛋白，值得研究探讨。除去多糖中的单糖、寡糖和其他小分子物质，最简单的方法是透析，也有超滤法更有效的报道。通常OP溶液脱色用过氧化氢法或反胶束溶液脱色法，但本实验发现用酒精浸泡制干粉就足以去除色素等醇溶性杂质。多糖醇沉大都将其静置4 h以上或过夜，但醇沉时搅拌能够使醇沉更充分更快。OP结构分析要求高纯度的多糖组分，需要进一步纯化，纯化方法有分级醇沉、柱层析等。Zhao等将这几种方法很好地结合，得到了多糖的单一组分。本实验室采用凝胶层析得到3种OP单一组分，并优化了OP纯度测定方法苯酚-硫酸法，优化后的方法准确性和稳定性好，灵敏度高。
3.OP剂型研究
1986年日本批准香菇多糖(lentinan)上市，此后国内外已批准临床应用的多糖有香菇多糖、云芝多糖、裂褶多糖、牛膝多糖和猪苓多糖等。但各种多糖剂型的研究发展缓慢，国内外仅见几种中药多糖的口服液、胶囊和脂质体的制备研究，尚未见多糖片剂、微胶囊等剂型研究的报道。OP药理学功效及提取纯化的研究较多，取得了较大进展，但鲜有OP剂型的研究，唯一报道的是熊曼萍等制备OP胶囊，但其未对制备的OP胶囊进行质量评价、性状分析及药效鉴定。本实验研制了OP口服液，优化了配方并检测了其稳定性，但Rogers法测得的有效期太短。如何将提取纯化得到的OP引入市场，用于临床，发挥其药理作用造福人类，尚需开展OP剂型的研究。OP剂型研究的关键是解决多糖吸湿性和稳定性问题。而微囊化技术作为一种新型技术在生物制药领域应用广泛，发展迅速，且其制备方法和材料也达数十种之多，微囊化技术能够很好解决该问题，并能提高药物稳定性，使多糖更好地被人体吸收。因此，微囊化技术用于多糖有广阔的前景。
4.展望
多糖具有多种生物活性，与维持生物机能密切相关，其研究得到国际学术界重视，目前多糖类药物及其衍生物已超过1000种。在仙人掌利用方面，已推出仙人掌系列菜肴、果酒、饮料、面条等，对其利用极大程度上受限于传统的食用价值。OP具有增强免疫力，抗氧化，抗癌，降血脂，降血糖等特性，无论在市场还是临床上其药理作用都极具开发应用前景。进一步研究OP的药理作用机制，优化提纯方法并更注重与活性的关系，开展剂型研究以便早日实现产业化生产，将有着重要的理论和实用意义。