炎癥是對感染、組織損傷或有害刺激的典型防御反應。但炎癥過度會導致慢性疾病的發生和發展。許多疾病與過度炎癥反應密切相關，如動脈粥樣硬化、肝硬化、糖尿病和癌癥等。傳統的治療藥物有阿司匹林和糖皮質激素等，但長期使用會導致嚴重的不良反應。研究表明，天然來源的化合物具有干預炎癥性疾病的獨特生物活性，例如多酚、類黃酮和多糖。值得注意的是，多糖在保護機體免受炎性細胞因子攻擊方面表現出良好的性能。因此，它們被認為是值得進一步研究的抗炎候選物。
近日，湖北中醫藥大學劉洪濤教授團隊在生物大分子領域的國際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（Top一區）發表了題為“Structural characterization and anti-inflammatory activity of polysaccharides from Astragalus membranaceus”（DOI：10.1016/j.ijbiomac.2023.124386）的研究性論文。該研究使用DEAE-52纖維素和Sephadex G-100柱層析從黃芪中分離出兩種新的均一多糖（APS-A1和APS-B1），并通過HPGPC、HPLC、UV-Vis、FT-IR、甲基化分析、GC-MS和NMR光譜等技術對二者進行了結構表征，同時基于LPS誘導的RAW264.7細胞證實了它們的抗炎活性及其作用機制。該研究表明黃芪均一多糖在抗炎方面的潛力，同時揭示了中藥黃芪發揮抗炎活性的物質基礎。
采用水提醇沉法提取黃芪多糖，選用Sevag法除蛋白、透析脫鹽、陰離子交換層析、凝膠過濾色譜對黃芪多糖進行分離純化。
綜合運用高效凝膠過濾色譜、高效液相色譜、甲基化分析、GC-MS、紅外光譜、紫外-可見光譜、核磁共振波譜法等現代儀器分析方法對黃芪多糖純化組分進行結構表征，確定它們的多糖結構。
基于LPS誘導的RAW264.7巨噬細胞炎癥模型，評估了黃芪均一多糖組分的抗炎活性和藥效學機制。
本研究采用熱水提取、乙醇沉淀、Sevag法脫蛋白、透析、凍干等方法，從蒙古黃芪中提取黃芪多糖（APS），得率為3.29%。APS經DEAE-52纖維素柱層析和Sephadex G-100凝膠柱分離，得到兩個均一多糖組分，APS-A1和APS-B1。含量分析表明APS的總糖含量為64.03%，蛋白質含量為9.04%。純化后的APS-A1總糖含量達到99.48%，為中性多糖。APS-B1總糖為97.51%，糖醛酸含量為1.16%，表明APS-B1為弱酸性多糖。同時，APS-A1和APS-B1中未檢測到蛋白質和還原糖。
圖1. APS的提取和純化過程。
綜合運用高效凝膠過濾色譜、高效液相色譜、紅外光譜、紫外-可見光譜對均一多糖進行結構表征。結果表明，APS-A1和APS-B1的平均分子量分別為2.62 × 106 Da和4.95 × 106 Da。APS-A1主要由葡萄糖組成，APS-B1主要由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖組成，摩爾比為75.2∶17.3∶19.4。FT-IR光譜展示了APS-A1和APS-B1具有多糖化學鍵和官能團的特征吸收峰，并證實含有α型糖苷鍵。紫外-可見光譜表明它們不含核酸和蛋白質，與化學分析的結果一致。
圖2. APS-A1和APS-B1的理化性質和光譜分析。
為了進一步獲得有關它們結構的信息，通過甲基化和GC-MS鑒定了糖苷鍵類型。結果顯示，APS-A1主要含有T-Glcp、1，4-Glcp和1，4，6-Glcp 3種糖殘基，摩爾比為1.87∶9.93∶1.00。APS-B1包含5種殘基，分別是1，5-Araf、T-Glcp、1，4-Glcp、1，6-Galp和1，4，6-Glcp殘基，摩爾比為0.24∶1.89∶11.08∶1.03∶1.00。
表1. APS-A1和APS-B1的甲基化分析結果
為了進一步解析APS-A1和APS-B1的結構，通過1D-NMR（1H和13C）和2D-NMR（COSY、HSQC和HMBC）進行了分析，并結合甲基化分析結果，推測了它們的可能結構。APS-A1的骨架是1，4-連接的α-Glcp，一些1，4-連接的α-Glcp的O-6處連有α/β-Glcp殘基附著在主干上。APS-B1的骨架是1，4-連接的α-Glcp，夾雜著1，5-連接的α-Araf，一些1，4-連接的α-Glcp的O-6處有1，6-連接的α-Galp，這些末端被α/β-Glcp殘基取代形成分支。
圖3. APS-A1的NMR。
圖4. APS-B1的NMR。
圖5. APS-A1和APS-B1的化學結構。
基于LPS誘導的RAW264.7巨噬細胞模型，進一步研究了黃芪均一多糖的抗炎活性。研究表明APS-A1和APS-B1在體外具有良好的抗炎活性，可以抑制炎癥細胞因子（TNF-α、IL-6和MCP-1）的表達和分泌，其機制是抑制NF-κB和MAPKs（ERK，JNK）信號通路來實現的。
圖7. APS-A1和APS-B1對LPS誘導的RAW264.7細胞NLRP3、iNOS、COX-2蛋白表達和MAPK信號通路的抑制作用。
圖8. APS-A1和APS-B1對LPS誘導的RAW264.7細胞NF-κB信號通路的影響。
在本研究中，從黃芪中分離得到兩種均一的多糖APS-A1和APS-B1，并對其一級結構進行表征。同時證明二者具有良好的抗炎活性，可以通過抑制NF-κB和MAPK（ERK，JNK）信號通路，抑制炎癥細胞因子（TNF-α、IL-6和MCP-1）的表達和分泌。這些結果表明APS-A1和APS-B1具有良好的抗炎活性，可以作為一種潛在的抗炎補充劑。二者活性的差異可能與其結構特征有關，進一步的研究將集中在它們的生物活性和構效關系上。
文章鏈接：DOI：10.1016/j.ijbiomac.2023.124386
陳廣明，湖北中醫藥大學藥學院2020級中藥學碩士，中共黨員。目前已發表SCI論文3篇，其中第一作者發表1篇。
劉洪濤，湖北中醫藥大學基礎醫學院教授，博士生導師。中國科學院“百人計劃”擇優支持者，湖北中醫藥大學領軍人才，湖北省高層次人才計劃特聘教授，“湖北省政府專項津貼”專家。目前已發表論文70余篇，其中SCI論文50余篇，申報國家發明專利20余項（授權5項），先后主持承擔國家十三五重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目、湖北省科技廳專項、武漢市科技局應用基礎項目、企業合作項目及各類校級項目共計16項，主編學術著作4部。
現任中國醫藥教育協會微生態與健康教育專業委員會副主任委員、中國醫師協會基礎與轉化醫學專業委員會常務委員、中國中西醫結合學會科研院所工作委員會常務委員、中國實驗動物學會無菌動物專業委員會委員、中國生物工程學會糖專業委員會委員、中國生物工程學會青年委員、中國生物化學與分子生物學脂質與脂蛋白專業委員會青年委員、湖北省藥理學會理事、中國生物檢測監測產業技術創新戰略聯盟理事、湖北省生物醫學工程學會自然醫學與中醫藥工程專業委員會委員。
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