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[摘要] 肝损伤是各种肝脏疾病共有的一种病理状态,其持续恶化会导致肝硬化、肝纤维化、肝癌。因此,寻找对抗肝损伤有效物质受到广泛关注。活性多糖广泛存在于植物、微生物、动物内,具有高效、低毒、副作用小的特点,已成为抗肝损伤天然药物制剂领域的研究热点,也取得了较多的进展。该文从抗肝损伤的多糖类型、肝损伤的发病类型及发病机制等方面对国内外相关文献进行归纳分析,并对多糖在抗肝损伤方面的开发利用前景进行了展望。研究结果显示,植物多糖、动物多糖和微生物多糖具有良好的抗肝损伤效应,主要通过抗自由基损伤、对抗肝细胞钙超载、调节线粒体功能等发挥抗化学性肝损伤功效,和通过调节细胞因子、抑制补体系统激活、抑制炎性介质产生、防止肝细胞凋亡等发挥抗免疫性肝损伤功效。可见多糖具有资源丰富、效应多样、作用靶点多、作用途径广等特性,是潜在的抗肝损伤药物制剂。
[关键词] 多糖; 抗肝损伤; 抗肝损伤机制
肝损伤主要是指肝细胞损伤,是多种肝脏疾病共有的病变结果,乙醇、药物、毒物、病毒等许多因素都可以诱导肝损伤。长期的肝损伤可以导致脂肪肝、肝硬化、肝纤维化甚至肝癌。肝损伤主要分为化学性肝损伤和免疫性肝损伤两大类。目前市场上治疗肝炎、肝癌的药物存在疗效低和毒副作用大的问题而限制其临床应用,因此抗肝损伤药物的研制是一项艰巨的任务,也是全球研究的热点。
多糖(polysaccharide)又称多聚糖,是由10个以上的相同或不同类型的单糖通过脱水作用而形成的具有糖苷键的一类大分子化合物,是自然界中含量最为丰富的一种天然的高分子聚合物,广泛存在于微生物及动植物的细胞壁和细胞膜内,不仅参与了生物体的细胞识别、机体、分子识别、生长发育以及免疫过程,还具有支持结构、储存能量、防御和抗原决定性等多方面的生物学功能,在生物体的生命活动中起着至关重要的作用,是构成生命的四大基本物质之一。近年来,随着提取、分离、分析技术的进步和分子生物学的发展,多糖类化合物的研究也取得巨大进展。大量研究表明,多糖及其衍生物具有抗病毒、抗肿瘤、抗氧化、抗凝血、护肝、降血糖和免疫调节等众多功能活性,这类具有一定生物活性的多糖被称为活性多糖或者叫“生物应答效应物”(biological response modifier,BRM)。多糖具有多组分、多靶点的作用特点,是生物活性物质中重要的一种,多糖类药物及保健品的研究正在成为生命科学研究领域中又一新的前沿和热点。在保肝方面,大量研究表明,多糖对化学性肝损伤和免疫性肝损伤具有很好的防治和改善作用,但缺乏对多糖物质抗肝损伤研究的归类报道和系统性分析,给研究者对多糖类物质进行更广泛的抗肝损研究造成过多不便。因此,本文对多糖抗肝损伤作用及其作用机制的研究现状进行综述,以期推动其在相关的医药领域的深入开发及应用。
1 具有抗肝损伤活性的多糖种类
目前,对多糖的研究大致可以分为3类,即植物多糖、动物多糖和微生物多糖,下面将以此为分类法综述多糖的抗肝损伤作用。
1.1 植物多糖
植物多糖是指植物源性的多聚糖,即由一种或多种单糖通过α或β糖苷键组成的一类天然聚合物,普遍存在于自然界的植物中,占植物干重的80%以上,在植物体内发挥着支持组织和贮存养料的作用。植物多糖不但种类繁多,资源丰富,绿色环保,更因其具有抗氧化、免疫调节、抗肿瘤、延缓衰老、保护肝脏、抗病毒和降血脂等诸多生物活性,备受研究者的关注,被广泛用于医药和保健品领域。按照被子植物、裸子植物、种子植物、褐藻、红藻、蓝藻分类列出的研究者发现的具有明显抗肝损伤作用的植物多糖见表1,发现其主要通过清除自由基、抑制脂质过氧化、抑制T淋巴细胞活化、降低炎症细胞因子[如白细胞介素(interleukin,IL)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor,TNFα)等]、调节细胞因子等途径对肝损伤产生作用。
1.2 微生物多糖
微生物多糖主要是来源于细菌、真菌、蓝藻等微生物的代谢过程产生的高聚物。微生物多糖按来源可分为细菌多糖、真菌多糖、藻类多糖三大类,按其在细胞内的存在形式又可分为胞内多糖、胞外多糖和胞壁多糖。微生物多糖来源广泛,理化性质独特,安全无毒,功能范围广,容易提取,生产周期短,不受季节、地域、病虫害条件等限制,故被广泛用于食品、环境、医药、石油、化工等多个领域。在医药方面,微生物多糖主要具有免疫调节、降血糖、降血脂、抗肿瘤、抗病毒、抗感染、抗衰老等功能。按照厚壁菌门、子囊菌门、担子菌门、真菌门分类近年来研究者发现的具有明显抗肝损伤作用的微生物多糖见表2,主要通过清除自由基、抑制脂质过氧化和T淋巴细胞活化、降低炎症因子、调节细胞因子等途径对肝损伤产生作用。
1.3 动物多糖
动物多糖极为广泛的分布在动物机体内,主要存在于细胞间质中,但机体内多糖的分布随组织类型而定,并不均一。动物多糖包括糖原(glycogen),肝素(heparin),透明质酸(hyaluronic acid),硫酸软骨素(chondroitin sulfate),硫酸角质素(keratan sulfate),甲壳素(chitin),酸性黏多糖(acid mucopolysaccharide)等。按照软体动物、脊索动物、棘皮动物的分类顺序列出的具有明显抗肝损伤作用的动物多糖见表3,主要通过清除自由基、抑制脂质过氧化、抑制T和B细胞活化和细胞凋亡、降低炎症因子、调节细胞因子等途径对肝损伤发挥作用。
2 多糖抗肝损伤机制
2.1 化学性肝损伤
化学性肝损伤是指由化学性肝毒性物质所造成的肝损伤。这些化学物质包括乙醇、环境中的化学毒物及某些药物。其机制主要是通过抗氧化体系不足或耗竭、氧自由基大量产生、肝细胞钙超载等造成的,见表4。
2.2.1 一氧化氮
NO在生物体内有生理和毒性双重作用,正常生理情况下,NO能抑制中性粒细胞聚集,抑制瞬时通透性孔道(MPT)和细胞凋亡,改善肝脏微循环等,对肝脏有一定的保护作用[88]。而在特定的病理状态下,肝脏细胞内的一氧化氮合成酶(nitric oxide synthetase)的表达增强,使NO浓度增加,高浓度的NO是导致肝损伤的重要因素,其机制与导致DNA突变,抑制糖原、蛋白合成,抑制大分子酶的活性,促进线粒体损伤、脂质过氧化、巯基氧化,促进肝细胞凋亡等有关[8990]。如苍术多糖通过提高肝脏抗氧化能力,抑制自由基产生和NOS活性,和降低NO水平对CC14诱导的小鼠急性肝损伤起保护作用[11]。野木瓜多糖可以降低小鼠肝脏中的NO水平,对CC14所致的小鼠急性肝损伤有保护作用[3]。灵芝多糖通过调节NO水平有关对卡介苗诱导小鼠急性肝损伤起保护作用[64]。
2.2.2 细胞凋亡
细胞凋亡(apoptosis,APO)又称程序性死亡(programmed cell death,PCD),是机体内细胞程序死亡的过程,其主要特征是有机体和细胞都发生裂解。肝细胞凋亡是一个级联反应,发生在枯否细胞(Kupffer cells)、星状细胞、肝实质细胞、内皮细胞等各种细胞类型。肝细胞凋亡途径是指坏死因子配体与坏死因子受体发生作用,损害线粒体,促进MPT发生,促使细胞色素C和促凋亡因子释放,活化caspase8,从而诱导肝细胞的死亡[9192]。木薯多糖能抑制其细胞色素氧化酶CYP1A1表达,对肝损伤起保护作用[9]。
2.2.3 调节细胞因子
细胞因子是一类具有免疫调节功能,在机体细胞之间的沟通中起传递信息作用的小分子多肽或者蛋白质。肝脏、肝脏Kupffers细胞、巨噬细胞和单核细胞等均能分泌细胞因子。在正常的生理状态下,抗炎症细胞因子和促炎症细胞因子处于一种动态平衡状态,但当这种平衡一旦失衡,机体就会出现病患。因此调节细胞因子平衡是抗肝损伤的另一个重要手段。研究表明,细胞因子与肝损伤有密切联系。例如IFNγ,转化生长因子β(TGFβ),IL1,IL6,IL8,成纤维细胞成长因子,TNFα等的过量作用,导致肝脏炎症和肝细胞损伤。玉郎伞多糖通过抑制炎症介质如TNFα和IL6,增强线粒体功能,调节抑制Bcl2,增加Bax,对尼美舒利诱导的肝损伤起保护作用[5]。当归多糖通过抑制T淋巴细胞的活化和IFNγ,TNFα,IL1β,NO的释放,抗炎、抗氧化作用,对ConA诱导的小鼠免疫性肝损伤起保护作用[12]。
2.2.3.1 白介素 白细胞介素简称白介素,在介导T,B细胞活化、激活和调节免疫细胞、炎症反应中有关键作用。许多白介素在肝细胞损伤的病理过程中起着非常重要作用。其中IL6和IL8能诱导B细胞和T细胞分化、中性粒细胞发生变形、溶酶体释放反应,其释放出的蛋白酶能直接损害肝细胞。另外,IL8通过IFNγ诱导IFNα的表达,形成的IL8,IFNγ和IFNα细胞因子级联是脂多糖诱导肝损伤的重要细胞因子。李峰等在研究亮菌多糖ATPS2对小鼠免疫性肝损伤的保护作用时,采用BCG+LPS诱导小鼠免疫性肝损伤模型,发现亮菌多糖ATPS2通过降低TNFα,IL1的含量,提升脾T,B淋巴细胞增殖能力实现对免疫性肝损伤的保护作用[69]。丹参多糖通过抑制肿瘤坏死因子和白介素对免疫性肝损伤起保护作用[22]。
2.2.3.2 Fas/FasL系统和Bax/Bcl2系统 Fas/FasL是介导细胞凋亡的膜蛋白。Fas能活化死亡结构域相关蛋白(fasassociated protein with death domain,FADD),继而FADD活化caspase8,最终诱导活化的肝星状细胞(hepatic stellate cell,HSC)凋亡[93]。抑制凋亡基因Bcl2高表达可以抑制细胞凋亡,促进细胞凋亡基因Bax能加剧细胞凋亡,Bax和Bcl2之间的平衡状态,与肝细胞凋亡有密切关系[94]。绞股蓝多糖可以调节Bax/Bcl2的表达,抑制细胞毒性和抗凋亡,对CC14诱导小鼠急性肝损伤有保护作用[17]。泥鳅多糖通过抑制Bcl2表达防止细胞凋亡,对肝脏起保护作用[85]。当归多糖通过调节Bax/Bcl2表达等,对BCG+LPS诱导肝损伤起保护作用[13]。
3 总结与展望
目前,对抗肝损伤活性多糖的研究主要集中在植物多糖和微生物多糖上,还有少部分的动物多糖,具有抗肝损伤活性的植物、动物、微生物多糖,来源和分布广泛,兼有高效能低毒副作用和易于提取分离的特点,而且作用机制具有多效应、多靶点、多途径、多层面等特点,是医药和保健食品方面抗肝损伤新型药物制剂的资源。植物多糖、动物多糖和微生物多糖抗肝损伤作用机制主要有:通过抗自由基损伤、对抗肝细胞钙超载、调节线粒体功能等发挥抗化学性肝损伤功效,和通过调节细胞因子、抑制补体系统激活、抑制炎性介质、抗肝细胞凋亡发挥抗免疫性肝损伤功效。目前,对活性多糖在抗肝损伤方面的研究已有很多,具有较好的前景,但还不够成熟,由于多糖的相对分子质量大、结构复杂、难以纯化、抗肝损伤机制尚不明晰等,极大的限制了多糖的研究和推广应用。因此,寻找高效的多糖分析方法,明确多糖结构及其抗肝损伤构效关系,建立与临床病例贴近的肝损伤动物模型,阐明多糖抗肝损伤机制,寻找高效、低毒、副作用的抗肝损伤活性多糖,对多糖的推广应用和肝损伤的预防和治疗意义极为重大。
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