药用黄精多糖的研究现状及其产业化开发路径分析

陶爱恩，赵飞亚

(云南大学旅游文化学院，云南 丽江 674199)

0 引言

黄精属(Polygonatum)为百合科(Liliaceae)多年生草本植物，在世界范围内分布广泛，我国有31种，南北各有分布，部分可作为食用[1]。黄精在古代道教中常作为补益强壮食品[2,3]，《神仙传》里，不少老少男女神仙都是通过服饵黄精脱胎换骨走上长生之路的。张华《博物记》记载，昔黄帝问天姥曰：“天地所生，有食之令人不死者乎？”，天姥曰：“太阳之草名黄精，食之可以长生”。东晋道士兼医药家葛洪，在《抱朴子·仙药》中记载黄精“服之十年乃可大得其益”，晋代《名医别录》，列为上品[2]，具有补肾益精、滋阴润燥的功效。2015年版《中国药典》一部收载了滇黄精(Polygonatum kingianum)、黄精(P.sibiricum Red.)或多花黄精(P. cyrtonema Hua)的干燥根茎作为药用，具有补气养阴，健脾，润肺，益肾之功。用于脾胃气虚，体倦乏力，胃阴不足，口干食少，肺虚燥咳，劳嗽咳血，精血不足，腰膝酸软，须发早白，内热消渴等疾病[1]，为我国黄精丸、五根散等185种中成药，藿香浸剂、降脂汤等50种中药方剂和岩通克牌衡润胶囊、永邦片、盛坤牌恒诺胶囊362种保健品的重要原料。药用黄精在我国传统应用和现代医疗、保健应用中都具有重要地位。黄精多糖是药用黄精化学成分中所占比例最高的化学成分，也是主要的活性物质，为2015年版《中国药典》的检测指标。近年来，由于多糖类成分具有低毒、无副作用、安全等优点，为降血糖、抗氧化、抗肿瘤、调节免疫、降脂等功能性食品或药物研究与开发的热点。黄精作为药食同源类中药材，其多糖为最重要的活性成分，开发多糖系列功能食品或药品是现代社会的重大需求。已有学者从该属药用黄精中分离纯化得到多个均一多糖[4,5]，也有学者研究表明该属植物多糖具有抗氧化[6]、调节免疫力[7]、降血糖[8,9]、调血脂[10]、抗动脉粥样硬化[11]、抗炎[6]、抗肿瘤[12]、抗骨质疏松[13]、抗肝损伤[14]等药理活性。尚未见对药用黄精多糖的分子结构、药理活性及其产开发现状和发展途径进行系统性综述研究。鉴于此本研究对黄精多糖进行系统性综述，以期为黄精多糖药品或功能性食品的开发提供参考。

1 药用黄精多糖的分子结构研究进展

多糖是药用黄精主要的活性成分，也是该属植物所有化学成分中所占比列最高的成分，为历版《中华人民共和国药典》检测的指标。目前已从药用黄精中分离得到21种均一组分多糖。采用分级醇沉、DEAE52-Cellulose、Sephadex-G100等方法分别从多花黄精中分离得到9个均一组分多糖，化合物分别为PCP1 ～ 5、PCPs-1、PCPs-2、PCP11，分子量范围在2090 ～ 42600，主要由阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖醛酸、果糖等单糖组成；采用Sephadex-G150、DEAE-cellulose、Sephadex-G75、D101大孔吸附树脂、活性炭柱、Sephadex LH-20 凝胶柱层析、Sephadex-G200等分离纯化方法从黄精中分离得到11个均一组分多糖，化合物分别为PSW-1a、PSW-1b-2、中性多糖PSW1B-b、酸性多糖PSW2A-1、酸性多糖PSW3A-1、糖蛋白、PSW 4 A、糖蛋白PSW5B、PRO、PSP-1-A，分子量范围为在1471～360000之间，主要由甘露糖、半乳糖、鼠李糖：阿拉伯糖：半乳糖、木糖、半乳糖醛酸、葡萄糖等单糖组成；采用Sephadex G-200、CM-sephadex C-50分离纯化方法分离到3个均一组分多糖，化合物分别为PKP I、PKP II、PKP Ⅲ，其中PKS I 的分子量为8100，主要由葡萄糖组成，为α-(1→4)糖苷键链接，并在6-O上连有少量短的支链。

2 药用黄精多糖的药理研究进展

2.1 降血糖作用

黄精属植物多糖具有降血糖的作用，Yan等[20]等研究表明可通过口服滇黄精多糖PSPK对肠道微生物群起调节作用。李友元等[21]研究表明黄精多糖能显著降低实验性糖尿病鼠的血糖浓度，升高血浆胰岛素水平。公惠玲等[22]研究表明黄精多糖能够降低糖尿病大鼠血糖，提高胰岛素表达，其机制与抑制胰岛素细胞凋亡，下调caspase-3表达有关。贾璐等[8]研究表明黄精多糖可以改善肥胖和血糖持续升高引起的胰岛素抵抗，降低体内NO水平，其机制与抑制NF-κB-iNOSNO氧化应激通路有关。高英等[23]研究表明黄精多糖具有降低α-葡萄糖苷酶活性。江贤敏等[17]研究表明多花黄精多糖具有促L-细胞分泌GLP-1发挥降血糖的作用。张忠英等[24]研究表明黄精多糖能降低糖尿病大鼠血糖，减少心肌组织间质胶原沉积，改善血流动力学，防治糖尿病大鼠心肌纤维化，其机制与上调心肌组织中BMP-7、Smad7表达，下调Smad3表达有关。徐茂红等[25]研究表明黄精多糖PSP对ALX诱导的糖尿病小鼠具有保护作用，其机制与保护胰岛，促进胰岛分泌，降低NO和NOS水平有关。王艳芳等[10]研究表明滇黄精多糖能够激活PPARγ促进脂肪细胞分化，减小细胞体积，缓解肝细胞脂肪变性，提高脂肪因子，增强胰岛素敏感性，降低胰岛素抵抗。王艺等[26]研究表明滇多糖具有明显抑制α-葡萄糖苷酶活力。Wang 等[27]等研究表明黄精多糖TSPK具有促进外周组织的糖原形成和葡萄糖的利用。

2.2 降血脂作用

黄精属植物多糖具有降血脂的作用，孔瑕等[28]研究表明黄精多糖能降低血清中TC，TG，LDL-C的含量，升高血清中HDL-C的含量，上调肝脏中PPAR-α，PPAR-βmRNA和蛋白表达量，下调肝脏中PPAR-γ，SREBP-1c，IL-6，TNFαmRNA和蛋白表达量，具有防治高脂血症的功效。王艳芳等[10]研究表明滇黄精多糖能够激活PPARγ促进脂肪细胞分化，减小细胞体积，缓解肝细胞脂肪变性，提高脂肪因子，改善肠道菌群组成，促进肠上皮细胞修复，降低肠道通透性，抑制TLR4/NFκB信号通路，缓解慢性低度炎症状态，从而改善机体脂代谢紊乱。周媛媛等[29]研究表明黄精多糖可改善更年期大鼠的血脂代谢，并且能增强其抗氧化能力。李友元等[30]研究表明黄精多糖具有降脂和抗实验性动脉粥样硬化形成的作用。陈瑶等[31]研究结果表明黄精多糖能够有效降低大鼠的总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白及动脉粥样硬化指数，可能通过减少脂肪细胞TNF-α分泌，修复受损的胰岛素信号通路来改善糖脂代谢紊乱。赵宏丽等[32]研究表明黄精多糖可降低糖尿病大鼠血糖、血脂，减轻肝细胞脂肪变性，其作用机制可能与降低SREBP-1c和SCD-1蛋白表达有关。

2.3 抗肿瘤作用

黄精属植物多糖具有抗肿瘤的作用，龙婷婷等[33]研究表明黄精多糖可显著抑制LLC细胞生长，促进RAW264.7细胞分泌NO和细胞因子，抑制LLC荷瘤小鼠体内瘤体生长，提高免疫器官指数、CD4+/CD8+T淋巴细胞比例以及血清中NO和细胞因子水平，激活巨噬细胞及荷瘤小鼠脾脏中TLR4的表达，从而影响下游MAPK/NF-κB信号通路的活性。李超彦等[12]研究表明黄精多糖与顺铂联合使用可明显抑制H22肝癌移植瘤的生长，并能减轻顺铂引发肝脏氧化损伤。Long Tingting等[34]研究表明黄精多糖(PSP)具有抑制肿瘤生长，改善脾脏指数、胸腺指数、细胞因子分泌和CD4+/CD8+淋巴细胞的比例。

2.4 免疫调节作用

刘娜等[35]研究表明黄精多糖能够显著提高细胞吞噬能力，增强一氧化氮和细胞因子免疫调节活性，其免疫作用机制是通过调节P38 MAPK和NF-κB信号通路来实现，黄精多糖能够增强腹腔巨噬细胞吞噬能力以及脾脏T淋巴细胞和B淋巴细胞增殖能力，提升血清中细胞因子的免疫应答。赵谨等[36]研究表明黄精粗多糖能提高雏鸡的生长性能，能通过提高雏鸡的抗氧化能力，提高血清中免疫球蛋白含量，提高胸腺、法氏囊和脾脏的免疫功能等途径来发挥免疫调节作用，维持机体免疫系统稳态。邓旭坤等[37]研究表明黄精多糖能显著缓解环磷酰胺所致的小鼠免疫抑制。韩春杨等[38]研究表明黄精多糖PSP能显著降低CCl4诱导的大鼠血清中ALT、AST、ALP活性及DBIL、TBIL含量，各剂量PSP均能不同程度地减轻大鼠肝脏病理学和组织学病变。

2.5 抗氧化与抗疲劳作用

李舒婕等[39]研究表明黄精多糖PSP和均一多糖PSP-1-A在体外均能明显清除DPPH自由基、对羟基自由基和ABTS+自由基，均具有明显的体外抗氧化作用。薛学彬等[6]研究表明黄精多糖PSP能抑制结肠组织中MDA、MPO产生，增加SOD含量，具有体外抗氧化作用。

2.6 抗骨质疏松作用

彭小明等[40]研究表明黄精多糖具有通过促进β-catenin蛋白进入细胞核激活Wnt信号通路下游促进小鼠骨髓间充质干细胞矿化，其机制为诱导LRP5基因敲除小鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，通过磷酸化BMSC细胞内糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)蛋白浓度，导致GSK-3β蛋白失去活性，细胞核内β-catenin蛋白浓度增多及提高Tcf/Lef介导的转录活性，促进BMSCs成骨细胞分化。张磊等[13]研究表明黄精多糖能明显促进成骨分化相关基因碱性磷酸酶、RUNX2、Col1a1、骨钙素的表达而抑制破骨分化相关基因ACP5、CTSK的表达，抑制ACP5、CTSK的表达，减少去卵巢大鼠的骨丢失、骨密度下降，改善骨微结构破坏，促进成骨相关基因而抑制破骨相关基因mRNA的表达。严芳娜等[41]研究表明黄精多糖可以抵抗绝经后骨质疏松大鼠骨量的下降，具有抗骨质疏松的作用，miRNA的表达对调控在体大鼠骨量，骨髓间充质干细胞定向诱导为成骨细胞和骨髓源性巨噬细胞分化为破骨细胞三个过程有重要作用，miR-1224可以通过调节Hippo信号通路下游调控因子影响破骨细胞增殖过程。

2.7 抗心血管系统疾病

李丽等[42]研究表明黄精多糖PSP能够改善AMI模型大鼠的心肌损伤程度，降低由急性缺血所致的S-T段的升高，有效降低血清CKMB、LDH、NF-κB、IL-6、TNF-α、MDA含量，升高GSH-PX含量，降低心肌组织Notch1、Dll4及Hey2蛋白的表达，减轻炎症及氧化应激反应，促进缺血区血管新生，修复缺血心肌；张忠英等[43]研究表明黄精多糖能降低糖尿病大鼠的血糖，减少心肌组织间质胶原沉积，改善血流动力学，进而防治糖尿病大鼠的心肌纤维化，其机制可能与上调心肌组织中BMP-7、Smad7表达，以及下调Smad3表达有关。吴燊荣等[44]研究表明黄精多糖能抑制糖尿病鼠心、肾组织RAGE的mRNA表达，对高血糖及糖基化终产物(AGE)造成的组织损伤具有保护作用。陈婷婷等[45]研究表明黄精多糖能够降低糖尿病大鼠血糖、血脂，改善心功能，减轻炎症损伤，抑制炎症因子表达，对糖尿病大鼠心肌炎症具有保护作用。

2.8 其他作用

付玉等[46]研究表明黄精多糖能抑制人体外周血淋巴细胞凋亡，其机制可能与其调控凋亡相关蛋白Bcl-2、Bax、Fas表达水平有关。王威等[47]研究表明黄精多糖可改善慢性脑缺血大鼠行为学评价及组织学变化，改善慢性脑缺血大鼠神经元结构，降低前额皮质和海马区Aβ1-42的蛋白表达有关。黎健民等[14]研究表明黄精多糖能抑制肝组织自由基增多，提高抗氧化酶活性，通过调节iNOS、eNOS活性，平衡NO生成量，提高Na+/K+-ATP、Ca2+/Mg2+-ATP活性，保持较高的能量供给，维持细胞内外Na+、K+、Ca2+、Mg2+的正常分布与运转，对运动性肝组织损伤有一定的保护作用。付婷婷等[9]研究表明黄精多糖对糖尿病大鼠肾脏有保护作用，其机制可能与其降糖、抑制纤维化因子有关。陆连第等[11]研究表明黄精多糖能促进血管性痴呆模型大鼠学习、记忆能力的恢复，其机制可能与其改善血流变学异常、降血脂、抗氧化、抗炎等作用有关。

表1 药用黄精的应用现状

图1 黄精多糖的综合利用

3 药用黄精的产业化开发路径分析

3.1 药用黄精的应用现状

药用黄精在我国现代医疗、保健、食品应用中具有很大的应用价值，生黄精为五根散、五根油丸、五根胶囊、健儿片等185种中成药的原料，制黄精为黄精膏、黄精芡实汤、黄精丸等50种中药方剂的重要原料，生黄精(黄精提取物)为岩通克牌衡润胶囊、永邦片、盛坤牌恒诺胶囊362种保健品的重要原料。在食品的应用中还为黄精速溶茶，黄精酥，黄精糖的原料，详见表1，具有广阔的应用价值和开发潜力。

3.2 黄精多糖的应用与开发现状

目前我国已在茯苓多糖、黄芪多糖、猪苓多糖、灵孢多糖、香菇多糖开发了抗肿瘤、提高免疫力等多种药品，并且牛膝多糖、裂隙葡多糖、灰树花多糖已经进入了临床试验阶段。药用黄精为我国重要的药食同源类大宗药材，在中成药、医药处方、保健品和食品中具有众多的用途。黄精多糖作为其中主要的活性化学成分，通过上述药理研究在降血糖、降血脂、抗肿瘤、抗骨质疏松、抗心血管系统疾病、免疫调节等方面具有特殊活性，但目前黄精多糖研发速度较为缓慢，尚未有成熟的药品形式面世。但黄精多糖在上述的特殊活性，使其具备较大的药物开发潜力和诱人的产业化前景。黄精多糖不但能以粗多糖、均一多糖形式开发成药品，经结构修饰或水解后，还可能被激发出新的活性而具备较高的开发价值。此外，黄精多糖还可与其他药物组成药对开发成药品，或参与某些药物的辅助治疗，或利用其抗原性等特性而制备成多糖降血糖、降血脂、抗肿瘤、抗骨质疏松、抗心血管系统疾病、免疫调节的药物，呈现出广阔的应用和开发前景。

3.3 药用黄精多糖产业化开发途径

药用黄精作为药食两用植物，其使用时间已达上千年，目前在糖尿病、脂肪肝、高血脂、男子无精、缓解体力疲劳、增强免疫力已开发了众多的成药、方剂或保健品，并且其主要活性成分多糖在降血糖，降血脂，抗动脉粥样硬化，免疫调节，抗氧化和抗衰老等活性也被证实。然而黄精多糖尚未有成熟的药品、功能保健食品和化妆品面世。鉴于此，有必要借鉴茯苓多糖、黄芪多糖、猪苓多糖、香菇多糖药物的开发模式，以成药的应用和多糖活性作为依据，开发黄精多糖类抗糖尿病、降血脂、缓解体力疲劳和增强免疫力药物、功能性食品、保健品和化妆品。此外，我国每年黄精资源消耗量巨大，在提取物制备中会产生大量药渣，大量的副产物的堆积，不仅造成了资源的浪费，而且大量堆放逐渐腐烂，变质，并产生有毒物质，严重污染环境。在黄精多糖开发过程中会产生大量的废渣，如何实现有效利用已成为其产业发展过程中亟待解决的问题[48]。鉴于上述原因和中药资源产业副产品循环利用模式的启示，笔者认为在对药用黄精多糖开发利用的同时，应对药渣进行发酵工程、二次利用等处理，进一步从中挖掘小分子的活性化合物，或开发成生物饲料和有机肥，或作为能源生产的原料。最终实现黄精资源的综合利用，可以有效改善和优化生态环境，创造绿色经济价值。黄精多糖的产业发展途径见图1。

4 结语

黄精不但具有重要的药用价值，还具有重要的食用价值，为我国185种中成药、50种中药方剂和362种保健品的重要原料。黄精多糖作为药用黄精的主要活性物质和质量指标，目前在降血糖、降血脂、抗肿瘤、抗骨质疏松、抗心血管系统疾病、抗骨质疏松和免疫调节等方面已被充分的证实，然而，目前黄精多糖研发速度较为缓慢，尚未有成熟的药品、功能性食品和保健品面世，另外，2015年版《中华人民共和国药典》仅以葡萄糖对照品作为3种药用黄精多糖的质量控制指标，虽已有学者采用柱前衍生化法建立了滇黄精和黄精多糖的指纹图谱，但缺乏专属性，通过对上述3种黄精多糖的分子结构发现，3种多糖的均一组成存在差异，可利用多糖的组成不同建立3种黄精的质量控制和评价方法。另外，应加快黄精多糖分子结构和药理活性，阐明其作用机制，实现多糖类药物的开发利用。加大对药渣的二次开发利用，避免资源的浪费和造成环境的污染。本文对黄精的多糖分子结构和药理作用进行了系统的整理和分析，并在此基础上进一步探讨黄精多糖的产业和应用现状，可为黄精的资源开发和绿色发展奠定基础。