β-葡聚糖研究进展及其在健康产业中的开发潜能

金毅明，李平利，赵雅萍，张 舒，王凤山*

（1. 山东大学 药学院 生化与生物技术药物研究所，山东 济南 250012；2. 山东大学齐鲁医院/临床药理研究所，山东 济南 250012）

20世纪60年代，β-葡聚糖因其优良理化性质被尝试开发为塑性剂、增稠剂等添加剂而应用于食品、化妆品工业中[1]。后来研究发现，β-葡聚糖来源十分广泛，可从海藻、小麦、燕麦、产碱杆菌、酵母等多种天然来源的植物和微生物中获得[2]。在结构方面，植物来源的β-葡聚糖主要为葡萄糖以1-3和1-4糖苷键连接构成，而微生物来源的β-葡聚糖常以1-3糖苷键连接构成，也有以1-6糖苷键连接的，分子量通常分布于约103kDa ～105kDa。之后研究报道，β-葡聚糖有多种生物学活性，如免疫调节[3-4]、抗肿瘤[5]、抗菌[6]、抗氧化[7]、抗衰老[8]、防辐射[9]、抗炎[10]、降血糖[11]和降血脂[12]等。其中，β-葡聚糖在免疫学及抗肿瘤方面的活性报道较早，研究也较深入；其他活性主要在2000年后被报道。近年，关于β-葡聚糖活性、应用等方面的研究有逐年递增的趋势，研究涉及医药、保健食品、化妆品等多个与人类健康相关的领域，可为β-葡聚糖作为健康产品的深入开发提供思路与依据。本文查阅了近年有关β-葡聚糖活性研究的文献，按照医药、功能性食品、食品添加剂、化妆品添加剂及饲料添加剂等5个产业领域对β-葡聚糖生物学活性或功能研究进展及开发潜能进行综述。

1 药物相关活性研究与开发潜能

1.1 肿瘤治疗

β-葡聚糖作为一种天然的免疫活性物质，广泛用于肿瘤免疫治疗的研究中[13]，发现其可在3个方面发挥抗肿瘤效应：一是在与单克隆抗体联合给药时，通过结合中性粒细胞的补体受体CR3，使CR3识别并结合肿瘤表面的iC3b，启动CR3依赖的细胞毒性反应，杀灭肿瘤细胞[14]；二是可作为疫苗佐剂，增强肿瘤疫苗的免疫效果而抑制肿瘤生长；三是通过活化肿瘤微环境中被肿瘤抑制的树突状细胞、巨噬细胞、T细胞等，达到抗肿瘤效果[15-16]。近期有文献报道了β-葡聚糖抗肿瘤的新机制，即β-葡聚糖能上调肿瘤小鼠抑癌基因p53表达，同时下调肿瘤组织中抗凋亡蛋白Bcl-2表达[17-18]，为β-葡聚糖抗肿瘤研究提供了新方向。

1.2 疫苗佐剂

在疫苗设计开发中，佐剂是不可或缺的为增强疫苗免疫原性而添加的免疫刺激物。β-葡聚糖作为天然来源的免疫刺激物可被树突状细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞等免疫细胞中较多受体识别和结合，如dectin-1、CR3、CD5等，然后激活免疫系统，促进免疫细胞增殖分化、细胞因子分泌，并提高抗原特异性抗体水平[19-20]。基于这些受体介导的免疫活化作用，β-葡聚糖可提高免疫系统对疫苗抗原的敏感性，促进产生疫苗抗原特异性抗体[21]。继大量有关β-葡聚糖免疫刺激机制的研究后，近年研究主要集中在保持β-葡聚糖免疫刺激活性同时，开发疫苗载体而达到双功能佐剂的效果[22]。如Baert等[23]研究了β-葡聚糖微粒包载重组亚单位疫苗后的佐剂性质发现，β-葡聚糖微粒在保持高包载率的同时，免疫刺激活性未降低。荧光染色表明，包载疫苗的β-葡聚糖微粒可借助受体识别作用靶向富集在肠黏膜的免疫细胞中[24]。

1.3 深部真菌感染诊断

恶性肿瘤、获得性免疫缺陷病导致深部真菌感染患者数量明显增多，同时由于肿瘤化疗药物和免疫抑制剂及创伤性检查手段广泛使用，使院内感染中深部真菌感染率急剧上升，成为了目前院内感染的主要因素和患者死亡的重要原因之一[25]。深部真菌感染在临床上缺乏特异性表现，且发病快、病死率高。传统的真菌诊断方法为培养法，其耗时长、检出率低，对于急需早期确诊的患者已不能满足临床需求，因此，迫切需开发快速可靠的检测方法[26]。β-葡聚糖在真菌细胞壁的组成成分中占50 %以上，且不会因为真菌种属改变产生明显差异。深部真菌感染后部分真菌会被吞噬、消化而释放大量的β-葡聚糖进入血液、脑脊液中，浓度明显高于浅表真菌感染后的β-葡聚糖血浆浓度，故有作为诊断方法的潜能。β-葡聚糖检测还可提高侵袭性真菌病早期诊断的效率，为观察治疗赢得宝贵的时间，且还能动态连续检测，了解抗真菌药物的疗效及患者的病情变化。焦莉莉等[27]和劳庆禄等[28]分别报道了β-葡聚糖检测手段在早产儿和老年人真菌感染中的临床应用，发现β-葡聚糖检测有高灵敏性、特异性特点，且在治疗和非治疗组之间有统计学差异，有开发深部真菌感染诊断方法和诊断试剂的潜能。

2 功能性食品相关活性研究与开发潜能

2.1 降血糖

β-葡聚糖有降血糖作用，但机制不明确，推测机制主要有：β-葡聚糖可修复受损胰岛B细胞，达到降血糖作用；β-葡聚糖降低了机体对外源性葡萄糖的吸收，减少血糖升高[29]。赵范等[30]用糖尿病模型小鼠验证了β-葡聚糖的降血糖和抗氧化作用，首先用四氧嘧啶建立糖尿病小鼠模型，然后分组并连续28 d灌胃给予不同剂量β-葡聚糖和阳性对照药阿卡波糖。结果表明，β-葡聚糖能明显减少糖尿病小鼠摄食饮水量并减缓体重增加，同时使糖尿病小鼠血糖值降低25.39 %（与阿卡波糖效果接近），但对健康小鼠的体重、饮水量、摄食量、血糖值和糖耐量无明显影响。抗氧化方面结果表明，β-葡聚糖可提高糖尿病小鼠体内超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，降低体内丙二醛（MDA）含量，有明显的抗氧化活性。刘灿等[31]发现β-葡聚糖除了能降低糖尿病大鼠血糖水平，还能通过促进糖尿病大鼠紧密连接蛋白分泌、降低β-防御素-2分泌、减少大肠杆菌数量上升幅度和增加双歧杆菌、乳酸杆菌数量上升幅度，保护糖尿病大鼠肠黏膜完整性。

2.2 降血脂

Wang等[32]研究表明，高分子量β-葡聚糖可降低高胆固醇血症患者血液中胆固醇和低密度脂蛋白，并发现CYP7A1基因与β-葡聚糖降血脂作用有一定的相关性。Kusmiati等[12]研究表明，β-葡聚糖给药14 d后可使高血脂模型大鼠血浆和肝脏总胆固醇含量分别降低32.79 %和33.71 %。杜杰[33]报道了燕麦β-葡聚糖可降低高血脂仓鼠的血液胆固醇含量，并发现其机制是通过降低胆固醇合成限速酶CYP51、胆固醇转运酶ABCG5等表达而降低胆固醇含量。

2.3 调节认知

Haider等[34]研究表明，β-葡聚糖可与乙酰胆碱酯酶上Ser203等重要氨基酸残基形成氢键，抑制对乙酰胆碱的水解活性，减少中枢乙酰胆碱水解，从而达到调节认知的作用，并用水迷宫实验证实了β-葡聚糖能增强认知缺陷大鼠的认知能力。

3 食品添加剂相关功能研究与开发潜能

食品产业属于健康产业中的人类健康相关产业板块，其中食品添加剂产业是食品产业的支撑和衡量其发展水平的标志[35]。β-葡聚糖有适用于食品加工的特性，如高黏度、高持水性、乳化稳定性等，用作填充剂、增稠剂、持水剂、黏结剂及乳化稳定剂，能有效改善食品质构特性。目前β-葡聚糖在食品加工方面研究重点是发掘新用途并明确其营养保健功效。庄海宁等[36]研究了在面包制作中添加β-葡聚糖对面包品质和淀粉消化的影响，发现在制作中分别添加猴头菇和香菇β-葡聚糖均能在不明显影响面包色泽的情况下增加面包比容，改善面包硬度、胶着性、咀嚼性，使面包内部结构细腻、质地柔软，且能在储藏期间有效延缓面包老化和硬度增加。研究还发现，含β-葡聚糖的面包制作后在体外用复合酶液模拟体内环境消化时，β-葡聚糖能以其高吸水性降低面包中淀粉的糊化、消化和葡萄糖释放速率，这为开发含β-葡聚糖的低血糖生成指数食品提供了依据[37-38]。此外，β-葡聚糖在烘焙中可使面包蓬松，增加面团筋度和黏度，可为酸奶中乳酸菌发酵提供能量，在肉质食品中可发挥持水持油特性而保持食品口感，这些性质均使β-葡聚糖在食品产业中有开发价值[39-41]。

4 化妆品添加剂相关功能研究与开发潜能

当前，美容化妆品的研发趋势是开发天然来源原料，因此基于β-葡聚糖的化妆品研发和美容机制研究在不断增加[42]。在日本和法国，β-葡聚糖凭借其卓越的生物活性已被用于护肤化妆用品，美国和欧盟也已批准β-葡聚糖添加于促进伤口愈合和烧伤治疗的产品。曾经有观点认为β-葡聚糖是大分子聚合物，无法被皮肤吸收，但现在发现β-葡聚糖可通过细胞间脂质矩阵进入皮肤[43]，进入皮肤后β-葡聚糖结合并激活皮肤内的朗格罕氏细胞，活化后的朗格罕氏细胞会促进细胞因子（如IL-1、IL-6、GM-CSF）、表皮生长因子（EGF）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）和血管生成因子（AF）的产生[44]。其中，血管生成因子可促进疤痕愈合和皮肤再生，表皮生长因子可增加衰老和皱纹皮肤胶原蛋白和弹性蛋白产生，同时促进纤维细胞增殖，从而修复皮肤减少细纹。张琪等[45]研究表明，β-葡聚糖有很强的保湿性，体内实验发现其1 h内即时锁水保湿功能甚至优于甘油。此外，因为β-葡聚糖有显著的抗炎、抗过敏活性，能减少肤过敏和炎症，所以其在化妆品产业中具有巨大的开发潜能。

5 饲料添加剂相关功能研究与开发潜能

长期以来，养殖业中一直用抗生素降低动物的患病率和死亡率，而抗生素的长期使用对环境、微生物平衡和人类健康有严重的不良影响，不仅增加病原微生物的耐药性，还会破坏物种平衡。因此，开发替代性的免疫增强剂成为该领域的研究热点[46-47]。β-葡聚糖作为病原相关模式分子（PAMP），可被免疫细胞上的模式识别受体（PRR）识别而增强抗感染免疫应答，同时还能促进肠道有益菌群生长，因此在养殖业中有一定的研究开发潜力[48]。Do等[49]研究了饲料中添加β-葡聚糖对鲳鱼生长和存活率的影响，发现β-葡聚糖饲喂的鲳鱼生长比对照组快，生存率得到了显著的提高，且能减少肠道弧菌数量、增加血液中红细胞和白细胞数量。Ghaedi等[50]研究了β-葡聚糖对虹鳟鱼和虹鳟鱼鱼苗免疫力和抗感染能力的影响，发现β-葡聚糖能提高虹鳟鱼和虹鳟鱼鱼苗血液中白细胞数量和补体活性，并明显降低耶尔森菌Yersinia ruckeri感染后的死亡率。曲昆鹏等[51]研究了含β-葡聚糖饲料对肉鸡生长、免疫和肠道菌群的影响，发现β-葡聚糖试验饲料能显著增加肉鸡盲肠内乳酸菌数量，降低空肠和回肠内沙门菌数量并提高血清IgG含量，证实了β-葡聚糖在养殖产业中的开发价值。不只在家禽和水产养殖产业中，近年来β-葡聚糖在家畜养殖中的应用亦有研究报道[52]。

6 总结

因为β-葡聚糖具备抗菌、抗辐射、降血糖、降血脂、免疫调节等多种生物学活性，所以其在医药、功能性食品、食品添加剂、化妆品添加剂、饲料添加剂等健康产业领域中有巨大的开发潜能，同时β-葡聚糖来源丰富且不同来源的β-葡聚糖结构与分子量存在差异，使β-葡聚糖相关产品在后期专利申报中较其他生物大分子有一定优势。近年，对于β-葡聚糖活性的研究主要集中在抗肿瘤新机制、受体靶向给药系统开发、真菌感染诊断、降血脂和降血糖机制研究，在作为食品添加剂、化妆品添加剂和饲料添加剂应用研究也较多，但目前对于β-葡聚糖各种生物学活性机制的研究还不够透彻，对于其结构与活性关系的研究也还不够，未来的研究如果能解决这些问题，那β-葡聚糖在健康产业中应用潜能将会得到进一步的开发。