石斛多糖的构效关系研究进展

刘袆帆，郭烁璇，林映妤，吴晖，赖富饶，刘建高，李忠良，任洪，钟玉鸣，马路凯

（1.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州 510000）（2.华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州510640）（3.广州希望饲料有限公司，广东广州 510000）

石斛是兰科石斛属植物，分布地域广泛，包括印度、尼泊尔、锡金、越南、中国等国家和地区。石斛属现有1500余个品种，我国发现的石斛有78种，其中有将近40种具有药用价值[1]。石斛含多种功能成分，其中多糖含量较高，含量范围在9.90%[2]～48.60%[3]区间内，是石斛药理学活性的主要作用因子[4]。目前，对于石斛多糖的研究主要集中在霍山石斛、铁皮石斛、兜唇石斛等品种，其中霍山石斛的多糖含量高达19.90%[2]，铁皮石斛的多糖含量高达36.30%[5]，兜唇石斛的多糖含量高达37.95%[6]。据报道，石斛活性的强弱与多糖含量有关[7]。

石斛多糖，是一种聚合糖高分子碳水化合物，从一级到四级结构丰富多变，空间构型十分复杂。不同品种、来源的石斛所提取的多糖结构存在较大差异。首先，石斛多糖的分子量跨度大，从11.60 u到9519.00 ku不等；其次，石斛多糖的单糖组成与相对丰度也有很大差异；再次，其单糖的连接方式及空间结构变化繁多，常见的糖苷键类型包括β-(1→4)和α-(1→4)糖苷键。此外，在石斛多糖的骨架上往往附有乙酰基或者连接有分支链等其他结构。石斛多糖是一种活性多糖，功能多样，具有抗氧化[6]、调节免疫[8]、抗糖尿病[9]、抗衰老[10]、抗肿瘤[11]等多种功能。

多糖结构与功能相适应，因此研究多糖与功能间的构效关系十分必要，对预测多糖功能有重要的意义。然而现有文献对多糖构效关系的研究进展缓慢，因此本研究拟以石斛多糖为例，对现有文献进行总结分析，重点关注石斛多糖结构与功能的相互作用关系，从而探究石斛多糖结构与其功能之间的联系，为预测不同结构石斛多糖活性的定性与定量关系提供理论基础。

1 石斛多糖结构

1.1 单糖组成

单糖分子是多糖的基础组成部分，经过缩合、失水形成多糖。目前关于石斛多糖的单糖组成的研究数据较为丰富，本文整理了近年来学者所研究的113种石斛多糖，发现不同石斛多糖的单糖组成差异较大，具体表现在相对含量差距较大（表1），如葡萄糖最高相对含量能达到670.20[1]，但最低的仅为0.01[4]。

石斛多糖主要包括甘露糖、葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖、核糖、半乳糖、木糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸及果糖在内的10种单糖，这些单糖在113种多糖中被检测到的频率分别为：105:111:42:51:3:90:34:6:9:3（图1）。在113种多糖的单糖组成分析中，90.00%以上的多糖其单糖组成都能检测到葡萄糖和甘露糖；79.50%的多糖检测到有半乳糖的存在；45.10%的多糖检测到阿拉伯糖；37.20%的多糖可以检测到鼠李糖，30.00%的多糖检测到木糖；但检测得到核糖、半乳糖醛酸[4,14,34,35,37,39,41,48]、葡萄糖醛酸[10,18,26,51]和果糖只存在于极少数的多糖。根据初步分析可知，多糖的单糖组成以葡萄糖、甘露糖为主，半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖也是常见组分。

图1 文献中石斛多糖中单糖数量的组成图Fig.1 Composition of monosaccharides in Dendrobium polysaccharides in literature

在单糖组成与活性的联系中，研究发现，多糖的功能活性与其单糖组成具有直接与间接的联系。SóniaS. Ferreira[70]等研究表明，多糖的免疫刺激活性与单糖有关。在 ZhimingLi[71]等建立的多糖定量结构活性关系模型中，发现具有显著的抗氧化活性的多糖富含半乳糖醛酸，并且多糖抗氧化活性受到阿拉伯糖的影响。AoXueLuo[46]等的研究也提出多糖的强氧化性与鼠李糖的含量可能有关。由以上结果可以推断石斛多糖的功能活性可能受单糖种类的影响，包括糖醛酸、阿拉伯糖以及鼠李糖等。而石斛多糖的功能活性的高低与单糖的相对含量的高低有关，这可能是寻找石斛多糖活性的定性与定量关系的突破口。

表1 石斛多糖的单糖组成与相对含量Table 1 Monosaccharide composition and relative content of Dendrobium polysaccharides

DOP-GY 1.00 2.13 0.00 0.00 0.00 1.34 0.00 0.00 0.00 0.00 [15]TWSP 223.00 28.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [16]DOP(3) 0.03 0.01 0.06 0.00 0.03 0.01 0.03 0.03 0.00 0.00 [12]DOP(4) 3.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [17]S32 0.00 8.50 3.90 8.90 0.00 3.70 62.70 12.30 0.00 0.00 [18]DOP(5) 1.00 1.38 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [19]DOPS 5.55 1.00 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [20]DOP30 4.99 1.00 0.05 0.00 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 [21]DOP40 6.36 1.00 0.03 0.00 0.00 0.09 0.00 0.00 0.00 0.00 [21]DOP50 8.85 1.00 0.06 0.00 0.00 0.21 0.00 0.00 0.00 0.00 [21]DOP60 9.47 1.00 0.09 0.29 0.00 0.65 0.00 0.00 0.00 0.00 [21]DOP70 7.86 1.00 0.21 0.56 0.00 0.73 0.86 0.00 0.00 0.00 [21]DOP80 7.13 1.00 0.13 0.44 0.00 0.39 0.45 0.00 0.00 0.00 [21]DG2 1.90 2.80 0.00 1.00 0.00 4.30 0.00 0.00 0.00 0.00 [22]DOP(6) 0.49 0.17 0.00 0.00 0.00 0.15 0.00 0.00 0.00 0.00 [23]DOP(7) 4.41 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [24]DOP(8) 40.20 8.40 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [25]DP 10.00 0.25 0.00 4.70 0.00 1.20 1.30 1.40 0.00 0.00 [26]DOP-1(0) 7.30 1.30 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [27]DOP-1 3.13 1.24 0.00 0.01 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 [28]DOP-2 3.13 1.24 0.00 0.02 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 [28]DOYN 100.00 206.00 0.00 0.00 0.00 5.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DOAH 100.00 44.00 0.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DOZJ 100.00 38.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DOP(9) 0.13 1.00 0.00 0.04 0.00 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 [9]DOP(10) 6.90 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [5]DOP-W3-b 4.50 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [30]DOPA-1 5.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [31]DOPA-2 4.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [31]DOP-1-1 5.90 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [32]DOP(11) 1.00 14.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [33]DDP 0.64 0.34 0.02 0.15 0.00 0.84 0.04 0.00 0.91 0.24 [34]DDFPs30 4.77 5.18 0.46 0.64 0.00 1.00 0.00 0.00 1.39 0.50 [35]DDFPs50 8.45 2.93 0.06 0.37 0.00 1.00 0.00 0.00 0.20 0.04 [35]DDFPs70 9.00 1.43 0.28 0.59 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [35]DvP-1 10.11 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [36]DCCP 2.49 9.17 0.76 1.86 0.00 8.59 2.05 1.19 1.23 0.00 [37]DCPP 0.23 3.95 0.00 0.05 0.00 7.77 0.06 0.00 0.00 0.00 [37]DCPP-I 0.00 4.75 0.00 0.00 0.00 8.55 0.37 0.00 0.00 0.00 [37]DCPP-I-a 0.00 6.93 0.00 0.00 0.00 12.79 1.44 0.00 0.00 0.00 [37]DCPP-II 5.12 3.60 1.13 1.05 0.00 6.16 0.00 0.00 0.00 0.00 [37]DCYN 100.00 614.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DCP 0.42 1.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 [9]

DCP-E 12.70 85.10 0.00 0.80 0.00 1.40 0.00 0.00 0.00 0.00 [38]DCP-H 38.50 57.50 0.00 1.70 0.00 1.50 0.80 0.00 0.00 0.00 [38]DAP(1) 2.48 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [6]DNP-W4(1) 1.00 4.90 1.00 0.00 0.00 2.50 0.50 0.00 0.90 0.00 [39]JCS1(0) 2.00 40.20 0.00 1.00 0.00 0.00 1.30 0.00 0.00 0.00 [40]DNP-W6(1) 0.60 1.00 1.00 0.00 0.00 1.50 0.00 0.00 1.10 0.00 [41]DNPE6(4) 0.80 0.90 2.50 0.00 0.00 0.30 0.00 0.00 0.00 0.00 [42]DNP(1) 30.76 117.96 1.00 2.80 0.00 31.76 2.20 0.00 0.00 0.00 [43]DNP-W2(1) 2.90 6.10 0.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [44]DNP-W 42.20 31.10 2.80 7.40 0.00 13.60 2.90 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-OH 16.10 23.30 3.40 1.80 0.00 51.20 4.20 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-H 9.10 30.60 3.70 1.30 0.00 53.30 2.00 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W1 64.20 28.10 0.00 1.10 0.00 6.60 0.00 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W2(2) 21.10 65.30 0.00 1.90 0.00 11.20 0.00 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W3(1) 21.20 52.60 5.90 4.60 0.00 14.30 1.10 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W4(2) 12.80 54.90 4.60 3.90 0.00 23.60 0.00 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W5(1) 7.50 52.50 4.70 2.10 0.00 29.30 3.90 0.00 0.00 0.00 [45]DNP-W6(2) 10.60 41.20 3.10 1.20 0.00 42.30 1.60 0.00 0.00 0.00 [45]DNP1-1 12.97 44.65 2.11 3.54 0.00 35.85 0.89 0.00 0.00 0.00 [46]DNP2-1 16.99 53.26 0.00 0.00 0.00 29.46 0.00 0.00 0.00 0.00 [46]DNP3-1 6.55 12.58 3.76 8.48 0.00 68.63 0.00 0.00 0.00 0.00 [46]DNP4-2 11.64 23.47 12.59 4.20 0.00 48.10 0.00 0.00 0.00 0.00 [46]DNP-W3(2) 0.00 0.00 1.10 1.00 0.00 3.10 0.00 0.00 0.00 0.00 [47]DNP-W5(2) 3.10 8.10 4.20 0.00 0.00 8.20 0.60 0.00 3.90 0.00 [48]DNYN 100.00 133.00 0.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DNP(2) 0.14 1.00 0.06 0.07 0.00 0.10 0.04 0.00 0.00 0.00 [9]JCS1 3.00 76.70 0.60 6.90 0.00 7.60 5.10 0.00 0.00 0.00 [49]cDHP(1) 1.89 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [50]TC-DHPA4 1.67 4.71 1.28 1.00 0.00 10.43 0.00 1.42 0.00 0.00 [51]GXG 2.85 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 2.13 0.00 0.00 0.00 [52]HPS-1B23 10.00 31.00 0.00 0.00 0.00 8.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [53]GGM 10.00 31.00 0.00 0.00 0.00 8.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [54]DHAH 100.00 53.00 0.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [29]DHPD1(1) 0.00 1.02 1.00 0.02 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 [55]DHPD11 0.09 2.82 2.00 0.09 0.00 0.01 0.04 0.00 0.00 0.00 [55]DHPD12 0.06 1.27 3.00 0.04 0.00 0.04 0.01 0.00 0.00 0.00 [55]DHPD13 0.09 0.88 4.00 0.03 0.00 0.09 0.02 0.00 0.00 0.00 [55]DHP-W2 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.50 1.00 0.00 0.00 0.00 [56]DHP1A(0) 2.50 16.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [57]DHP(1) 0.07 1.00 0.00 0.03 0.00 0.11 0.00 0.00 0.00 0.00 [9]DHPD2 0.00 0.72 0.00 0.20 0.00 0.90 0.00 0.00 0.00 0.00 [58]DHPD1(2) 0.00 1.02 0.00 0.02 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 [59]DHP(2) 10.00 31.00 0.00 0.00 0.00 8.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [60]

注：Man-甘露糖；Glu-葡萄糖；Rha-鼠李糖；Ara-阿拉伯糖；Rib-核糖；Gal-半乳糖；Xyl-木糖；GlcUA-葡萄糖醛酸；GalUA-半乳糖醛酸；Fru-果糖。

1.2 糖苷键

糖苷键是多糖的主要结构单元。在所报道石斛多糖糖苷键的32篇文献中发现，石斛多糖具有的糖苷键类型有α或β类型。α和β类型也通过不同的连接位点连接，分别是α-(1→4)、α-(1→6)、α-(1→2)、α-(1→3)、α-(1→3.6)、α-(1→5)、β-(1→4)、β-(1→6)、β-(1→3)、β-(1→3.6)、β-(1→4.6)，它们在32个石斛多糖之间被检测到的比例为 9:6:3:1:3:1:21:6:1:3:2。其中，有65.63%的石斛多糖糖苷键为β-(1→4)，28.13%的石斛多糖糖苷键为α-(1→4)，18.75%的石斛多糖糖苷键为α-(1→6)和β-(1→6)，9.38%的石斛多糖糖苷键为α-(1→2)β-(1→3.6)α-(1→3.6)，而只有接近 5.00%的石斛多糖糖苷键为β-(1→4.6)、α-(1→3)、α-(1→5)和β-(1→3)。

糖苷键的种类与多糖的功能存在一定的关系，糖苷键类型影响了多糖的免疫活性[70]。因此推测石斛多糖的活性可能与糖苷键的类型有关。

1.3 乙酰基与分支度

通过对36种石斛多糖整理可知（表2），50.00%的石斛多糖检测到了乙酰基信号值的存在，38.90%的石斛多糖存在分支。在Wang Jun Hui[41]等研究结果中，存在乙酰基的石斛多糖在浓度为25.00 μg/mL时已具有免疫活性，而去乙酰基后的石斛多糖仅在 100.00 μg/mL浓度具有免疫增强活性，还发现具有较高免疫活性的石斛多糖存在分支，但水解纯化为无分支的石斛多糖后，其免疫活性明显降低。因此，乙酰基的存在及石斛多糖分支的存在是影响石斛多糖活性的一个因素。

表2 石斛多糖的糖苷键类型、乙酰基与分支度Table 2 Glycosidic bond types, acetyl groups and degree of branching of Dendrobium polysaccharides

GXG(2)DOPS DOP(8)HPS-1B23 β-(1→4)β-(1→6)β-(1→4(6))- - [75]β-(1→4) - - [76]β-(1→4) - - [25]α-(1→4)α-(1→6) - (1→4)-linked glucose, (1→6)-linked glucose and (1→6)-linked mannose. [53]DHP(4) β-(1→4) 1 β-(1→4)-D-Glcp and β-(1→4)-D-Manp linkages with partial acetylated mannosides at the 2- and 3-position [77]DNP(1) α-(1→6) - - [43]DNP-W2(1) β-(1→4)β-(1→6) 1 O-6 of (1→4)-linked β-D-Glcp and β-D-Manp [44]DNP-W3(2) β-(1→3) - (1→4)-linked α-L-rhamnopyranosyl residues and terminated with β-L-arabinopyranosyl residues [47]DNP-W5(2) α-(1→4)α-(1→2) 1 at O-4 of the Rhap and O-3 of the GalpA. The side chains consisted of galactosyl, mannosyl, glucosyl, and xylosyl residues [48]DFHP α-(1→4) - - [66]DHP-W2 DHP1A DHPD2 DTTPS-N DHP(3)DOPA β-(1→4)β-(1→6)β-(1→4(6))β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)β-(1→4)β-(1→6)α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))α-(1→5)(1→2)-(1→6)-(1→2)-β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)α-(1→3(6))β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)α-(1→3(6))- 1,2,4-linked-α-D-Xylp, 1,4-linked α-D-Xylp, 1-linked α-D-Xylp,1-linked α-D-Galp and 1-linked α-D-GalpA. [56]1 terminal β-D-Galp. [57]- - [58]- - [69]1 terminal α-D-Galp at O-3 [63]- - [31]DHP-4A β-(1→4)α-(1→2)α-(1→3)-The -l-Rhap-(1→2)- -l-Rhap-(1→4)- -d-Manp-(1→ and -l-Araf-(1→3)- -l-Araf-(1→3)- -l-Araf-(1→ were regarded as the branchesattached to the C-3 position of (1→6)-linked mannose in the backbone[62]

DOP-W3-b β-(1→4)β-(1→3(6)) 1 a branch consisting of β-(1→4)-D-Manp, β-(1→4)-D-Glcp and terminal β-D-Glcp, and O-acetyl groups attached to O-2 of β-(1→4)-D-Manp [30]DHP(3)β-（1→4）α-（1→4）α-(1→6)α-(1→3(6))1 that the repeating units of DHP are composed of 1,6-linked α-D-Glcp,1,6-linked 3-O-acetyl-α-D-Glcp, 1,4-linked α-D-Glcp and 1,3,6-linked α-D-Manp with branches of terminal α-D-Galp at O-3[63]DOPA-2 DOPA-1 β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))1 - [31]1 - [31]DOP1-1 - 1 - [32]

表3 具有免疫活性的石斛多糖的结构关系Table 3 Structural relationships of Dendrobium polysaccharides with immunological activity

HPS-1B23 α-(1→4)α-(1→6) -α-D-Glup-（6→1）- [53]DNP-W2(1) β-(1→4)β-(1→6)with branches at O-6 of (1-4)-linked β-D-Glcp and β-D-Manp. The branches are composed of α-D-Galp. The acetyl groups are substituted at O-2 of (1-4)-linked Manp. [44]DNP-W3(2) β-(1→3) with occasionally branches at O-4. The branches were mainly composed of (1-4)-linked α-L-rhamnopyranosyl residues and terminated with β-L-arabinopyranosyl residues. [47]DNP-W5(2) α-(1→4)α-(1→2)with branches at O-4 of the Rhap and O-3 of the GalpA. The side chains consisted of galactosyl, mannosyl, glucosyl, and xylosyl residues [48]DHP-4A β-(1→4)α-(1→2)α-(1→3)The -l-Rhap-(1→2)- -l-Rhap-(1→4)- -d-Manp-(1→ and -l-Araf-(1→3)--l-Araf -(1→3)- -l-Araf-(1→ were regarded as the branchesattached to the C-3 position of (1→6)-linked mannose in the backbone[62]DOP-W3-b β-(1→4)β-(1→3(6))a branch consisting of β-(1→4)-D-Manp, β-(1→4)-D-Glcp and terminal β-D-Glcp, and O-acetyl groups attached to O-2 of β-(1→4)-D-Manp [30]DHP(3)β-(1→4)α-(1→4)α-(1→6)α-(1→3(6))that the repeating units of DHP are composed of 1,6-linked α-D-Glcp,1,6-linked 3-O-acetyl-α-D-Glcp, 1,4-linked α-D-Glcp and 1,3,6-linked α-D-Manp with branches of terminal α-D-Galp at O-3[63]β-(1→4)DOPA-2α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))O-acetyl groups [31]β-(1→4)DOPA-1α-(1→4)α-(1→6)β-(1→3(6))DOP1-1 - O-acetyl groups [32]O-acetyl groups [31]

1.4 石斛多糖一级结构间关系

糖苷键与单糖之间存在联系。在 Wang[39]等人以金钗石斛水提多糖研究上，通过甲基化分析、部分酸水解、果胶酶处理等手段，阐明了其单糖组成主要是甘露糖、葡萄糖、半乳糖、木糖、鼠李糖和半乳糖醛酸。而从甲基化分析后的比率上观察发现甘露糖与葡萄糖依旧是占有明显的结构优势，其多糖结构主要是以β糖苷键连接而成。研究发现在多糖多次纯化的组分中，依然能够在体外免疫实验中提高细胞因子的浓度，以达到调节免疫机制的目的，其衍生物也含有甘露糖和葡萄糖这两种决定活性的单糖[45]。因此可以预测甘露糖和葡萄糖这两种优势单糖与β-(1→4)糖苷键之间的联系，这两种单糖与糖苷键的不同连接方式，决定了石斛多糖是否存在活性，与此同时单糖的比率和糖苷键的不同折叠方式都影响石斛多糖对应活性的强弱。

主链与分支结构之间存在联系。一般来说，支链较直链的分子作用力小，会影响多糖活性。对不同品种的石斛支链研究中，我们关注到组成支链的糖苷键主要是(1→4)或(1→6)位置的糖苷键，主链上的β-(1→4)-D-Glcp的连接方式有可能是多糖在免疫活性上的关键结构，同时多糖结构的分支复杂程度也是影响活性作用的一个关键因素。在对（表 3）同一活性的分支复杂程度进行比较中发现，含有单个分支链的多糖仅在实验中发现具有促进细胞因子释放作用[53]，而含有复杂程度较高的分支多糖具有提高NO产量或促进细胞因子释放作用等功能活性。

2 石斛多糖的功能活性

2.1 抗氧化性

石斛多糖具有显著的抗氧化活性（见表4）。在不同抗氧化实验体系中，浓度与活性呈正相关，但不同来源石斛多糖的抗氧化活性有显著差异。对其机制进行总结发现，石斛多糖主要通过3个途径来增强机体抗氧化活性（见图 2）。（1）通过提高超氧化歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化酶（GPx）等酶类自由基清除剂活性，清除自由基；（2）通过提高线粒体膜电位水平，抑制线粒体凋亡；（3）通过减低丙二醛MDA含量，提高细胞活力。

表4 具有抗氧化活性的石斛多糖Table 4 Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

DOP30 0.13～4.00 DDP1-1 0.50～2.00↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羟基自由基清除率↑铁还原能力↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羟基自由基清除率体外 [21]体外[67]DDP2-1 0.50～2.00↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羟基自由基清除率体外DDP3-1 0.50～2.00 DNP（1） 0.50～2.00↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羟基自由基清除率↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羟基自由基清除率体外体外 [43]DNP4-2 0.01/0.10/0.50/1.00 ↑DDPH自由基清除率↑羟基自由基清除率 体外 [46]0.01/0.10/0.50/1.00/2.00 ↑ABTS自由基清除率DFHP 0.30～3.00↑DDPH自由基清除率↑ABTS自由基清除率↑羟基自由基清除率体外 [66]0.50～2.00 ↑DDPH自由基清除率↑脂质过氧化抑制率 体外DHP1A [57]100.00/200.00 mg/kg↓丙二醛MDA↑T-SOD↑CAT↑GPx↑GSH体内DHP 50.00/100.00/200.00 mg/kg↓丙二醛MDA↑T-SOD↑CAT↑GSH DOP 50.00/100.00/200.00 mg/kg↑T-SOD↑CAT↑GSH 100.00/200.00 mg/kg ↓丙二醛MDA体内 [9]DNP 50.00/100.00/200.00 mg/kg↑T-SOD↑CAT↑GSH 100.00/200.00 mg/kg ↓丙二醛MDA DCP 200.00 mg/kg ↓丙二醛MDA

图2 石斛多糖抗氧化机理及通路图Fig.2 Antioxidant mechanism and pathway map of Dendrobium polysaccharides

2.2 免疫调节作用

石斛多糖具有显著的免疫调节作用，归纳总结34种石斛多糖免疫调节作用后得到（见表5），石斛多糖在调节细胞免疫方面主要通过以下4个途径刺激机体产生免疫反应（详见图 3、4）。（1）通过促进巨噬细胞增殖或提高巨噬细胞的吞噬作用，提高其自然杀伤细胞毒性，从而消化或清除病原体的多种水解酶，以消除病原体；（2）通过增殖CD4细胞（T辅助淋巴细胞）对免疫系统发出对抗信息，以刺激产生CD8细胞对抗或消除病毒，CD4细胞活化后产生IFN-γ，其通过 NF-kB、p38、ERK、JNK等信号通路再次激活巨噬细胞对抗病原体，达到增强免疫应答作用；（3）诱导巨噬细胞释放IL-6、IL-10、TNF-α等细胞因子作用于靶细胞，释放反应产物合成NO抑制靶细胞三羧酸循环、电子传递和细胞合成DNA途径以杀灭靶细胞；（4）抑制病毒释放中信号通路作用，以减少病原体数量。在体液免疫中，多糖直接刺激B细胞增殖，B细胞增殖分化后形成抗体和记忆细胞并作用于靶细胞。

图3 石斛多糖调节免疫作用机制图Fig.3 Mechanism of immune regulation of Dendrobium polysaccharides

图4 石斛多糖免疫刺激作用机制Fig.4 Immune stimulation mechanism of Dendrobium polysaccharides

表5 具有免疫活性的石斛多糖Table 5 Dendrobium polysaccharides with immunological activity

（十二指肠，空肠，回肠和结肠）↑GM-CSF?GXG（1） 50.00/200.00 mg/kg DOPS 50.00/100.00/200.00↑IL-1α↑IL-1β↑IL-2↑IL-3↑IL-4↑IL-5↑IL-6↑IL-9↑IL-10↑IL-12↑IL-13↑IL-17↑KC↑MCP-1↑M-CSF↓IL-1β↑IL-10↓TNF-α体内 - [52]体外 - [76]↓AOM/DSS诱导结肠损伤 体内 - [76]DSP 100.00/200.00/300.00（血清）↑IL-6,↑TNF-α↑IFN-γ体内 y [64]HPS-1B23 200.00 ↑IFN-γ↑TNF-α 体外 y [53]DNP-W2(1) 25.00/50.00/100.00 ↑淋巴细胞 体外 y [44]DNP-W3(1) 50.00/100.00/200.00 ↓HL-60细胞增殖↓HepG2细胞增殖 体外 - [45]DNP-W5(1) 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑抗肿瘤活性 体内 - [45]DNP-W3(2) 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑淋巴细胞 体外 y [47]DNP-W5(2) 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑淋巴细胞 体外 y [48]DOP-1 50.00/100.00/200.00 DP 0.10/1.00/10.00↑INF-γ↑NK细胞活性↑巨噬细胞吞噬作用↑血清溶血OD540↑TNF-α↑IL-1↑IL-6↓MMP-9体外 - [27]体外 - [26]

DOP-1 12.50/50.00/100.00/200.00↑脾细胞增殖指数（SPI）↑IL-32↑IL-3 ,↑IL-4,↑IL-1β↑TNF-α↑NK细胞毒性体外 - [28]DOP-2 12.50/50.00/100.00/200.00 ↑NO↑吞噬细胞吞噬作用 体外 - [28]GGM 50.00/100.00/200.00↑MDA↑GSH↑CAT↓SOD↓GST体内 - [54]DCCP 500.00/1000.00/1500.00 ↑SPC-A-1细胞增殖抑制 体外 - [37]10.00/30.00/100.00/300.00/1000.00 ↑NO DOYN体外 y [29]100.00/300.00/1000.00↑吞噬细胞吞噬作用↑IL-6↑IL-10 10.00/30.00/100.00/300.00/1000.00 ↑NO DOAH体外 y [29]100.00/300.00/1000.00↑吞噬细胞吞噬作用↑IL-6↑IL-10↑IL-1α↑TNF-α 10.00/30.00/100.00/300.00/1000.00 ↑NO DOZJ 100.00/300.00/1000.00↑吞噬细胞吞噬作用↑IL-6↑IL-10↑TNF-α 300.00/1000.00 ↑IL-1α 1000.00 ↑IL-6体外 y [29]DCYN 100.00/300.00/1000.00↑NO↑吞噬细胞吞噬作用↑IL-1α↑TNF-α体外 y [29]300.00/1000.00 ↑IL-6 DHAH 100.00/300.00/1000.00↑NO↑吞噬细胞吞噬作用↑IL-10↑IL-1α↑TNF-α体外 y [29]

300.00/1000.00 ↑NO↑IL-10 DFYN体外 y [29]100.00/300.00/1000.00↑吞噬细胞吞噬作用↑IL-1α↑TNF-α 1000.00 ↑IL-6 300.00/1000.00 ↑NO↑IL-10 DNYN体外 y [29]100.00/300.00/1000.00↑IL-6↑IL-1α↑TNF-α DTP 100.00 mg/kg↑脾NK细胞↑NK细胞毒性↑巨噬细胞吞噬作用↑IL-2↑IL-4↑IL-6↑INF-γ体内 y [65]↑脾NK细胞DTP-N 300.00 mg/kg↑NK细胞毒性↑巨噬细胞吞噬作用↑IL-2↑IL-4↑IL-6↑INF-γ体内 y [65]DHP1A 100.00-200.00 mg/kg ↓TNF-α↓IL-1β 体内 - [61]DCP-H 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑脾细胞增殖 - - [38]DCP-E 25.00/50.00/100.00/200.00 ↑脾细胞增殖 - - [38]DHP-4A 50.00/100.00/200.00 DOP-W3-b 50.00/100.00/200.00 DHP(3) 10.00/25.00/50.00/100.00/200.00/400.00↑NO↑TNF-α↑IL-10↑IL-6↑INF-γ↑IL-4↑骨髓细胞增殖↑NO(血清)↑TNF-α↑IL-1β体外 y [62]体内 y [30]体外 y [63]DOPA-2 6.25/12.50/25.00/50.00 ↑脾细胞增殖 - y [31]↑NO

DOPA-1 6.25/12.50/25.00/50.00 ↑脾细胞增殖 - y [31]↑NO DOP1-1 25.00/50.00/100.00 ↓A-TNF-α - y [32]↓IL-1β

表6 具有抗糖尿病活性的石斛多糖Table 6 Dendrobium polysaccharides with anti-diabetic activity

DOP(9) 50.00/100.00/200.00 mg/kg↓FBG水平↓血糖水平↓GSP水平↑胰岛素水平↑胰岛细胞数量体内 [9]DNP(2) 50.00/100.00/200.00 mg/kg↓FBG水平↓血糖水平↓GSP水平↑胰岛素水平↑胰岛细胞数量DCP 100.00/200.00 mg/kg ↓血糖水平50.00/100.00/200.00 mg/kg ↑胰岛细胞数量

图5 体外刺激小鼠血糖升高及效应图Fig.5 Hyperglycemia and response map of mice stimulated in vitro

2.3 抗糖尿病

图6 石斛多糖通过肝脏和胰腺降低血糖机制图Fig.6 Mechanism of Dendrobium polysaccharides reducing blood glucose through liver and pancreas

石斛多糖具有显著的抗糖尿病活性，但往年对于抗糖尿病石斛多糖活性研究的文章较少。通过整理列出学者们研究的抗糖尿病石斛多糖（见表6），发现小鼠在受到外界刺激的情况下，机体的各项指标会产生变化（图5）。最后使血糖升高，导致小鼠糖尿病多糖在体内降低血糖，主要通过2条途径治疗糖尿病（见图 6）。

在肝脏中，多糖可以调节葡萄糖正常代谢来治疗糖尿病，主要有3种调节方式：（1）通过AKt/FoxO1的信号通路，降低G6Pase和PEPCK，使得糖异生能力降低；（2）通过CAMP-PKA信号通路，调节降低GP，降低糖原降解能力或升高GS，提高糖原合成能力；（3）通过PBK/AKT信号通路，调节GS、GSK-3B以及GLUT4来提高糖原合成能力。在胰腺中，多糖可以通过2种方式降低血糖：（1）降低胰岛A细胞分泌的胰高血糖素，降低少糖原降解能力；（2）胰岛B细胞分泌的胰岛素增加，糖原合成能力提高以及刺激从血液中获取葡萄糖。

图7 石斛多糖参与抗衰老作用机制Fig.7 Anti aging mechanism of Dendrobium polysaccharides

表7 具有抗氧化活性的石斛多糖的单糖组成Table 7 Monosaccharide composition of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

2.4 其他功能

除上述免疫调节、抗氧化、抗糖尿病等功能作用外，近年来学者们还报道了石斛多糖的其它活性。霍山石斛多糖对于蛋白质非酶糖基化具有抑制作用，导致糖基化反应无法进行，抑制了机体衰老（图7）。铁皮石斛多糖能通过降低心脏体重比，抑制促炎因子表达与脂质蛋白的积累，对糖尿病患者的心脏有一定的保护作用[7]；金钗石斛茎多糖在肉瘤与白血病细胞实验中，表达出了抗肿瘤活性[45]；霍山石斛多糖通过信号通路介导促炎细胞因子的释放，表现出较强抗炎活性[50]等。

3 石斛多糖结构与活性

3.1 单糖组成与活性的联系

3.1.1 与抗氧化活性的关系

通过整理列出近年来前人研究的 20种具有抗氧化活性的石斛多糖（见表 7）中发现，其单糖组成涵盖了8种单糖，其中包括：葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖、葡萄糖醛酸和果糖。在这20种具有抗氧化活性的石斛多糖中，其单糖组成大都以葡萄糖、甘露糖及半乳糖为主；部分多糖中含有鼠李糖、阿拉伯糖和木糖；半乳糖醛酸和果糖只在极少数的多糖中检测到[14.35]（图8），而葡萄糖和甘露糖在本文整理的 17种拥有抗氧化活性的石斛多糖中被检测到的频率为100.00%（图9）。此外，通过图10，可知具有抗氧化活性的石斛多糖，其单糖组成都在3种或以上。葡萄糖和甘露糖这2种单糖在每种具有抗氧化活性的石斛多糖都存在，但是他们之间含量变化并不一致。通过图11，可以发现超过3/4的石斛多糖，其单糖组成总是以甘露糖或者葡萄糖中的某一种为主，即其中一种含量高，相应的另一种含量低。

图8 具有抗氧化性的石斛多糖单糖组成及丰度图Fig.8 Monosaccharide composition and abundance of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

图9 具有抗氧化性的石斛多糖中单糖组成相关性及聚类分析Fig.9 Correlation and cluster analysis of monosaccharide composition in Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

通过近年来前人对石斛多糖体外抗氧化实验DPPH自由基能力的实验模型数据的整理，计算列出EC50（见表8）。从总体数据来看，各个单糖相对含量与EC50之间并没有简单的线性关系，但在部分石斛多糖 DDP2-1、DOP80、DOP70、DDFPs50、DOP60、DNP4-2、DNP(1)、DDP1-1中，葡萄糖，甘露糖的相对含量与DPPH自由基清除率的EC50的变化有明显的规律。

图10 具有抗氧化性的石斛多糖中单糖组成数量分析Fig.10 Quantitative analysis of monosaccharide composition in Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

图11 具有抗氧化性的石斛多糖中单糖组成与自由基DPPH清除能力的关系Fig.11 Relationship between monosaccharide composition and DPPH scavenging ability of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

图12 部分具有抗氧化性的石斛多糖甘露糖含量与DDPH强弱关系图Fig.12 Relationship between mannose content and DDPH of some Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

因此，本文以这部分样品为研究对象，建立甘露糖含量与DPPH自由基清除率EC50值的线性回归方程（见图12），根据图形分析并进行Pearson检验，察觉图形中的点非常集中在一条直线，且二者的相关性系数为 0.99（检验p值为1.05e-06＜0.05），我们推测甘露糖的相对含量与石斛多糖DPPH抗氧化性存在较强的相关性。

图13 部分具有抗氧化性的石斛多糖葡萄糖含量与DDPH强弱关系图Fig.13 Relationship between DDPH and glucose content of some Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

以这些样本再次建立葡萄糖含量与 DPPH自由基清除率 EC50值的线性回归方程（见图 13），通过pearson检验，我们得到其相关系数为0.82（检验p值为 0.01＜0.05），可见葡萄糖与石斛多糖抗氧化性也存在较强的相关性。

然而，在建立甘露糖比葡萄糖含量与DPPH自由基清除率EC50值的线性回归方程（见图14）中，根据图形分析，我们观察到点的分布线性趋势不强，从而推测甘露糖与葡萄糖的比例并非决定石斛多糖抗氧化活性的决定因素。

综上所述，具有抗氧化活性的石斛多糖单糖组成需要有以下特征：（1）单糖组成种类需要在3种或以上；（2）其单糖组成中均存在葡萄糖和甘露糖。同时，石斛多糖抗氧化活性的高低，与其甘露糖或者葡萄糖相对含量最高者呈正相关。

图14 甘露糖/葡萄糖比值，自由基DPPH清除率高低，单糖数量三者关系气泡图Fig.14 The relationship among mannose/glucose ratio, free radical DPPH scavenging rate, and monosaccharide number was shown in the bubble diagram

表8 自由基DPPH清除率EC 50值的石斛多糖单糖组成数据集Table 8 Data set of Dendrobium polysaccharide monosaccharide composition of DPPH free radical scavenging rate EC50 value

3.1.2 与免疫调节作用的关系

由归纳整理列出近年来学者们所研究的 33种具有免疫性的石斛多糖（见表9），可知具有免疫活性的多糖其单糖组成涵盖了7种单糖，其中包括：葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖和葡萄糖醛酸（图15）。在这33种具有免疫活性的石斛多糖的单糖组成分析中，93.00%以上的石斛多糖，其单糖组成检测到多数有葡萄糖和甘露糖的存在；63.63%的石斛多糖的单糖组成检测到半乳糖；接近20.00%左右的石斛多糖的单糖组成有鼠李糖、阿拉伯糖和木糖的存在；但是半乳糖醛酸只在不到1.00%的极少数石斛多糖中被检测到[39.41.48]。

图15 具有免疫功能的石斛多糖单糖组成及丰度图Fig.15 Monosaccharide composition and abundance of Dendrobium polysaccharides with immune function

图16 具有免疫功能的石斛多糖中单糖组成数量分析Fig.16 Quantitative analysis of monosaccharide composition in Dendrobium polysaccharides with immune function

从整理前期的相关研究中发现，具有免疫活性的石斛多糖即使仅含有两种单糖（图 16），也可拥有免疫活性，但其单糖组成至少拥有葡萄糖、甘露糖和半乳糖中的一种。由此通过图17和18，研究具有免疫活性石斛多糖其单糖组成两两之间的关系，发现这 7种单糖彼此之间密切相关，其中葡萄糖和半乳糖、葡萄糖和甘露糖、半乳糖和甘露糖之间关系最为密切，而葡萄糖与甘露糖这两种单糖同时存在的比例高达97.00%。

图17 具有免疫功能的石斛多糖间不同单糖的关系Fig.17 Relationship between different monosaccharides of Dendrobium polysaccharides with immune function

图18 具有免疫功能的石斛多糖间不同单糖的关系Fig.18 Relationship between different monosaccharides of Dendrobium polysaccharides with immune function

图19 具有抗糖尿病功能的石斛多糖单糖组成及丰度图Fig.19 Monosaccharide composition and abundance of Dendrobium polysaccharides with antidiabetic function

图20 具有抗糖尿病功能的石斛多糖单糖组成热图Fig.20 Thermogram of monosaccharide composition of Dendrobium polysaccharides with antidiabetic function

3.1.3 与抗糖尿病的关系

通过整理列出近年来研究者们发现的6种具有抗糖尿病活性多糖（见表10）中，其单糖组成涵盖了6种单糖，包括：葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖（图19）。在这6个具有抗糖尿病活性的石斛多糖的案例中，可以发现其石斛多糖的单糖组成100.00%都存在葡萄糖和甘露糖，这2种单糖虽同时存在，但是它们之间的含量变化却并非一致，通过研究抗糖尿病石斛多糖的单糖组成热图，可知具有抗糖尿病活性的石斛多糖总是以其中一种单糖为主干，一种单糖的含量高，则另一种含量低（图20）。

表9 具有免疫活性的石斛多糖的单糖组成Table 9 Monosaccharide composition of Dendrobium polysaccharides with immunological activity

300.00/1000.00 μg/mL 100.00/300.00/1000.00 μg/mL 1000.00 μg/mL DNYN 100.00 133.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00 300.00/1000.00 μg/mL [29]100.00/300.00/1000.00 μg/mL DTP 150.70 9.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00/300.00 mg/kg [65]DTP-N 262.50 12.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00/300.00 mg/kg [65]DCP-E 12.70 85.10 0.00 0.80 1.40 0.00 0.00 25.00/50.00/100.00/200.00 μg/mL [38]DCP-H 38.50 57.50 0.00 1.70 1.50 0.80 0.00 25.00/50.00/100.00/200.00 μg/mL [38]DHP-4A 6.10 13.80 2.10 3.00 0.00 0.00 0.00 50.00/100.00/200.00 μg/mL [62]DOP-W3-b 4.50 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.50/2.00 g/kg/d [30]DFYN 100.00 523.00 0.00 0.00 2.00 0.00 0.00[29]DHP(3) 31.00 10.00 0.00 0.00 8.00 0.00 0.00 10.00/25.00/50.00/100.00/200.00/400.00 μg/mL [63]DOPA-2 4.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.25/12.50/25.00/50.00 μg/mL [31]DOPA-1 5.80 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.25/12.50/25.00/50.00 μg/mL [31]DOP-1-1 5.90 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 25.00/50.00/100.00 μg/mL [32]

表10 具有抗糖尿病活性的石斛多糖的单糖组成Table 10 Monosaccharide composition of Dendrobium polysaccharides with anti-diabetic activity

图21 具有免疫功能石斛多糖的糖苷键类型统计Fig.21 Statistics of glycosidic bond types of Polysaccharides from Dendrobium with immune function

3.2 糖苷键与活性的联系

3.2.1 与免疫调节作用的关系

从近年来前人所研究的 17篇描述了糖苷键结构且具有免疫活性的石斛多糖的文章发现，具有免疫活性的多糖可能是含有α类型、也可能是含有β类型的糖苷键（见表11），而且其糖苷键类型涵盖9种，包括α-(1→4)、α-(1→6)、α-(1→2)、α-(1→3)、α-(1→3.6)、β-(1→4)、β-(1→6)、β-(1→3)、β-(1→3.6)。其中，64.71%具有免疫活性的多糖含有β-(1→4)糖苷键，且近年来，仅有兜唇石斛多糖（DNP-W6(1)）、霍山石斛多糖（HPS-1B23）、金钗石斛多糖（DNP-W3(2)与DNP-W5(2)[41.47.48.53]未检测显示含有β-(1→4)糖苷键（详见图 21）；而 35.29%具有免疫活性的多糖存在α-(1→4)糖苷键，只有接近18.00%的免疫活性多糖具有α-(1→6)或β-(1→6)糖苷键。在Sónia S. Ferreira等[70]研究者对不同来源的生物多糖分析总结图中，具有免疫作用活性的多糖均被检测出含有β-(1→4)糖苷键结构，与石斛多糖结构糖苷键相对比，我们推测β-（1→4）糖苷键可能是具有免疫活性的关键因素。

3.2.2 与抗氧化活性的关系

结合近年来国内外学者们研究的具有抗氧化活性多糖与多糖糖苷键结构的5篇文章中发现（表12、图22），β-(1→4)、α-(1→4)和α-(1→6)同时存在，或者其中一种类型糖苷键存在，均具有抗氧化活性。而且在这5个案例中，60.00%的石斛多糖都含有β-(1→4)糖苷键，而40.00%的石斛多糖被检测到含有α-(1→4)和α-(1→6)糖苷键。因此，我们推测具有抗氧化活性的石斛多糖的糖苷键类型，可能是β-(1→4)、α-(1→4)和α-(1→6)这3种类型之一。

图22 具有抗氧化性的石斛多糖中糖苷键类型统计Fig.22 Statistics of glycosidic bond types in Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

表11 具有免疫活性的石斛多糖的糖苷键类型Table 11 Glycosidic bond types of Dendrobium polysaccharides with immunological activity

表12 具有抗氧化活性的石斛多糖的糖苷键Table 12 Glycosidic bonds of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

4 抗氧化石斛多糖单糖组成与活性的定量分析

图23 单糖组成与有无抗氧化活性矩阵图Fig.23 Monosaccharide composition and antioxidant activity matrix

图24 基于随机森林模型分析单糖组成与是否有抗氧化活性重要性排序图Fig.24 Analysis of the importance of monosaccharide composition and antioxidant activity based on random forest model

本文通过研究具有抗氧化活性石斛多糖的单糖组成中重要的5种单糖，两两之间的关系，根据图23，可以确定甘露糖和半乳糖的线性关系以及甘露糖与阿拉伯糖的线性关系，在有较高抗氧化活性的石斛多糖中，都具有一定的相关性，相关性都为0.58，而在极低（几乎没有）抗氧化活性的石斛多糖中，它们之间的相关性为-0.03和-0.14，几乎没有联系；而其他单糖两两之间线性关系并非越高，抗氧化性越强。由随机森林模型对抗氧化活性的石斛多糖中的单糖的重要性进行判定。对比多种石斛单糖对随机森林模型准确度下降速率与指标纯度贡献的基础上，发现具有抗氧化活性的石斛多糖 DPPH·模型影响最大的单糖为葡萄糖，其它单糖影响的重要性如图24a和24b所示。

图25 具有抗氧化性的石斛多糖单糖组成总体与有无活性规律聚类热图Fig.25 Cluster heat map of monosaccharide composition and activity of Dendrobium polysaccharides with antioxidant activity

图26 基于随机森林模型预测石斛多糖的清除自由基DPPH实验抗氧化性模型Fig.26 Prediction of DPPH antioxidant activity of Dendrobium polysaccharides based on random forest model

为建立石斛多糖结构与抗氧化活性强弱的关联，我们以单糖组成与相对丰度为自变量，DPPH·的EC50为因变量，通过随机森林模型，分别建立了石斛多糖结构与抗氧化的定性与定量模型。石斛多糖结构与抗氧化的定性模型预测准确度可达70.00%，基本可以通过单糖组成与相对丰度判断DPPH·活性的高与低，与此同时发现部分高活性与低活性的多糖结构中存在一定的相似性；石斛多糖具有抗氧化性的模式结构具有多种可能的组合（图25）。

我们建立DPPH自由基清除率EC50实验值与预测值的线性回归方程（见图 26），根据图形分析，可以发现实验值和预测值的趋势整体一致，图形中的点大部分集中在置信区间内。实验所得的DPPH自由基清除率EC50数值与模型预测所得的EC50数值较为接近（表13），这证明模型预测的结果整体趋势是准确的，石斛多糖的单糖组成与相对丰度能够预测抗氧化活性的高低。

表13 石斛多糖DPPH自由基清除率模型Table 13 Dendrobium polysaccharide DPPH free radical scavenging rate model

5 结论

5.1 近年来，学者们对石斛多糖的结构进行了研究，也对石斛多糖的多种功能：抗氧化、调节免疫、抗糖尿病等活性进行了探讨，但是仅浅显说明石斛多糖的活性与单糖有关，并未对石斛多糖的结构与功能两者之间的关系进行深入探索。因此，本文对石斛多糖的不同活性的结构进行归纳总结，对石斛多糖的构效关系进行分析，发现单糖组成和糖苷键是石斛多糖活性的重要影响因素。并且首次通过具有抗氧化活性的石斛多糖的单糖组成、相对含量和DPPH自由基清除率EC50值，建立随机森林模型，简单预测石斛多糖有无抗氧化活性，模型预测准确度为70.00%。在本综述中，发现对石斛多糖有无抗氧化活性影响最大的单糖为葡萄糖，石斛多糖抗氧化活性的高低与甘露糖和半乳糖的线性关系以及甘露糖与阿拉伯糖的线性关系具有相关性，相关性均为0.58。模型结果与现有研究多糖抗氧化活性受到阿拉伯糖的影响的结论一致，同时观察到甘露糖和半乳糖也有可能对多糖抗氧化活性有所影响。

5.2 本文对石斛多糖结构与功能间的作用关系进行了深入的讨论与探究，为以后石斛多糖相关药物的研发提供了帮助，对人类疾病治疗具有临床应用价值。但是由于石斛多糖复杂的结构特性，目前对其研究不够深入也不够成熟，使得实验数据不够统一以及全面，因此更加精确的石斛多糖结构预测活性定性与定量关系的研究有待进一步探索。