多糖（polysaccharide，PS）一般是指由10个以上的单糖以糖苷键连接而成的高分子多聚物，是具有生物活性的一类生物大分子，是维持生命活动正常运转必不可少的重要组成成分，包括杂多糖、蛋白糖和聚糖等。按照产生多糖的生物类群，微生物多糖可分为细菌多糖、真菌多糖、藻类多糖等；按照多糖在细胞中的位置，可分为胞外多糖（exopolysaccharides，EPS）、胞内多糖（intracellular polysaccharides，IPS）和胞壁多糖（cell wall polysaccharides，WPS），其中胞外多糖包括黏附在细胞表面的荚膜多糖（capsular polysaccharide，CPS）和合成后分泌到介质中的胞外多糖；按照制备的材料不同可分为菌（丝）体多糖、子实体多糖、发酵多糖（发酵液浓缩沉淀的胞外多糖）、基质多糖（从包括菌体的培养基基质制备的胞内、胞壁和胞外多糖的混合多糖）等；按照结构的均一性分为均一性多糖和杂多糖（蛋白多糖、脂多糖等）。自20世纪50年代末发现真菌多糖具有抗肿瘤活性以来，生物活性多糖的开发受到广泛的关注，多糖的研究与应用已渗入医药、食品、化妆品、饲料等许多领域，成为生命科学最活跃的研究领域之一。

一、主要研究内容

1.多糖的分离纯化

多糖的分离纯化是多糖研究的第一步，一般包括提取、分离纯化和纯度鉴定三个步骤。其中分离纯化是多糖研究的关键步骤，其提取方法的不同、分离效果的优劣都将影响后续的研究。

（1）胞外多糖的分离纯化微生物胞外多糖的分离纯化相对简单。首先结合菌体生物量、胞外多糖产量和多糖的生物活性等指标对微生物产胞外多糖的培养条件进行优化，然后采取优化培养条件培养微生物，发酵培养结束后通过离心或过滤分离发酵液和菌体，将发酵液旋转蒸发浓缩至1/3，然后加入3～4倍体积的有机溶剂（如95%乙醇）在-4～4℃沉淀12～24h，离心收集、冻干后获得胞外粗多糖产品。经提取得到的粗多糖往往要经过进一步的分离纯化，将多糖混合物分离为单一的多糖组分，并尽可能地除去包括色素、盐类、蛋白质、脂肪等杂质。常用的方法包括酶法、Sevag法、三氟乙酸法等除去蛋白质；透析法、吸附法、离子交换法、超滤法等除盐；双氧水、活性炭、离子交换树脂法等除色素。经过处理后的多糖样品，再通过DEAE-纤维素柱层析、凝胶过滤、电泳、亲和层析等方法进行分级纯化，可得到的相对分子质量均一的多糖水溶液，经真空冷冻干燥即可得到纯品多糖。

（2）细菌荚膜多糖的分离纯化细菌荚膜多糖的分离纯化一般包括去菌体、粗提总糖、去除蛋白质和核酸以及分级分离等几个步骤。在提取多糖之前，首先需要去除菌体。目前，去除菌体提取总糖的方法主要有离心法、酶解法和灭菌法等。离心法是将灭菌过的培养液通过离心机离心，然后收集上层清液以除去菌体。该方法去除菌体的效果差，离心的效果依赖于高效能的离心设备。对于含有唾液酸等不稳定结构的荚膜多糖，最常用的方法是酶解法，即细菌培养液离心得到菌体，然后将菌体分散在缓冲液中，再加入不同的酶以酶解菌体，最后再次离心使菌体碎片和荚膜多糖分离，取上层清液。可用溶菌酶来裂解菌体，从而可以避免破坏荚膜多糖。酶解法的成本较高，但是专一性强，去除菌体的效果较好。灭菌法通过对菌液进行加热灭菌（如121℃加热菌液75min），随着温度的提高，多糖的溶解度逐步提高，有利于后续的离心。灭菌法便于操作，去除菌体效果较好，但过程中要注意温度，温度过高会导致多糖分解。

去除蛋白质和核酸可采用有机溶剂多级沉淀法。有机试剂引起多糖、蛋白质等物质沉淀的原因是加入有机试剂使水溶液的介电常数降低，从而增加了具有相反电荷的基团之间的吸引力，促使分子聚集而沉淀。但是利用该法沉淀荚膜多糖的同时也会导致核酸和蛋白质的沉淀，为避免多糖中混合核酸和蛋白质，可以在溶液中加入阳离子（如CaCl₂、NaCl），利用阳离子和带负电的基团结合，降低多聚核苷酸链之间的排斥作用，从而去除核酸和蛋白质，或者通过加入酶，将蛋白质去除，得到荚膜多糖的沉淀。

根据荚膜多糖的理化性质对其进行分级分离。荚膜多糖是一种极性很大，分子质量之间存在较大差异的物质。所以可以通过体积排阻色谱技术进行分离纯化，其中凝胶层析（如交联葡聚糖凝胶sephadex、琼脂糖凝胶sepharose、丙烯葡聚糖凝胶sepharcryl等）技术运用最为成熟，且效果最佳。荚膜多糖除了可以根据分子质量的差异进行分离纯化，在其组成中有磷酸基或者乙酰基，这些基团可以使荚膜多糖具有不同的电荷性质和pH，根据此类理化性质还可以采用离子交换技术对其进行分离纯化；但是对于带有唾液酸的多糖样品，不宜使用强阴离子交换，否则唾液酸会发生严重脱离。进一步的纯化还可以采用超滤法，可以根据待分离物质的性质选择不同规格的超滤膜。

（3）胞内多糖的分离纯化 胞内多糖常用的提取方法有热水浸提法、碱提法、酸提法及酶法等。其中，热水浸提法由于具有多糖溶出率较高、有机溶剂使用量少、对多糖活性破坏小、操作简便和节约等优点，成为最为常见的使用方法，但一般只能提取胞壁外多糖，有时所得多糖生物活性较低；用稀碱法可提取碱溶性多糖，提取率较热水浸提法高，且生物活性一般也较高，但热碱提取时提取物中杂质较高，多糖可能降解，因此为防止降解，提取时常加入一定量的硼氢化钠或硼氢化钾；酸提法可提取酸溶性多糖，但酸对多糖聚合体也可能造成破坏，对某些活性基团也易造成变性失活，所以较少采用。采取超声、微波等辅助提取，可提高多糖的提取率，是很有发展潜力的新型技术。胞内粗多糖的纯化同胞外多糖。

2.多糖的结构表征

多糖化合物的结构表征是构效关系、结构修饰等研究的基础。多糖的结构可分为一级、二级、三级和四级结构。其中，二三四级结构统称为多糖的高级结构，其与多糖的活性关系更加密切。多糖的一级结构分析主要是分析组成多糖的单糖类型、数目、连接方式及苷键的构型。多糖结构的鉴定是一个复杂的过程，通常需要综合各种技术进行多糖结构解析。化学方法是通过完全酸水解、部分酸水解、高碘酸氧化、Smith降解、甲基化分析和气质联用来对多糖结构进行解析。仅用传统的化学方法完全解析多糖结构十分困难，还必须利用波谱学技术进行解析，如高效液相色谱法、气相色谱法、紫外分光光度计法、红外光谱法、核磁共振法、圆二色谱法、X-衍射法、原子力显微镜法、多角度激光光散射凝胶色谱系统（SEC-MALLS）等。

3.多糖的生物活性研究

微生物多糖具有较好的免疫调节、抗氧化、抗肿瘤、抗菌消炎、抗病毒、降血糖、降血脂等多种生物活性，是医药开发的热点。

（1）多糖的免疫调节作用微生物多糖可以直接和间接地增强人体免疫功能。直接增强免疫功能主要有以下6种机制。①影响特异性免疫细胞。特异性免疫细胞包括T淋巴细胞和B淋巴细胞。多糖通过不同的途径提高外周血液中T细胞的数量和活性，以及促进B细胞的生长和分化来增强特异性免疫细胞的功能。例如，灵芝多糖可通过间接提高DNA多聚酶的敏感性而促进DNA合成增加，提高T细胞的增殖分化，促进IL-2的生成。②影响巨噬细胞。巨噬细胞是机体内发生特异性免疫的基础，是机体内的一道重要的防护门。它通过清除外来物质包括病原体、机体的损伤、代谢产物等来抵抗异物的入侵；此外还能够有效地把抗原提呈给淋巴细胞。茯苓多糖PCSC和虫草多糖CSPS在很大程度上能够有效提高NO的产量。③影响自然杀伤细胞（natural killer，NK）。NK细胞是非特异免疫细胞中的重要细胞之一，与机体内的抗肿瘤和调节免疫均有关系。在调节免疫方面主要是刺激细胞分泌干扰素、白细胞介素等生物活性物质。研究证明，多种真菌多糖都可以在体内和体外增强NK细胞的活性，并且对NK细胞的作用强度与真菌多糖呈一定的量效关系。例如，姬松茸菌孢多糖对NK细胞有激活作用，并且随着剂量的增加其激活作用显著提高。④影响细胞因子。细胞因子是天然免疫调节剂，由免疫活性细胞和其他细胞分泌，是介导和调节免疫、炎症反应的一类小分子糖蛋白，能够传递细胞间的信息及协调体内各组织细胞间的生理功能，通过诱导受体表达和调节其活性而发挥免疫作用，主要分为由淋巴细胞产生的淋巴因子和单核-巨噬细胞产生的单核因子等。细胞因子具有多种生物学活性，可促进靶细胞增殖和分化进而增强感染的抵抗力，参与调节机体的免疫应答和炎症反应，影响细胞代谢等。研究表明，真菌多糖可有效调节机体多种细胞因子的分泌，是多种细胞因子的诱生剂和促诱生剂。例如，云芝多糖能够增加小鼠腹腔巨噬细胞和肥大细胞释放前列腺素（PGE2）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IL-1β及组胺等炎症介质的量，能够缓解药物导致的小鼠痛觉过敏反应。羧甲基茯苓多糖对小鼠T淋巴细胞无明显毒性作用，且可显著提高γ-干扰素（IFN-γ）水平，降低白细胞介素-10（IL-10）含量，证明其具有较好的调节Th 1/Th2细胞作用。从德氏乳细菌中分离到的E PS，能显著下调大肠杆菌肠毒素诱导的前炎性细胞因子（IL-6、IL-8、MCP-1）在猪小肠上皮细胞中的表达，说明E PS具有抗炎症作用。⑤影响补体。补体是人体重要的免疫系统。多糖可在不同程度上激活补体，其激活能力的大小与多糖的化学结构及分子质量大小密切相关。例如，香菇多糖能激活补体系统，通过旁路途径抑制肿瘤生长，其还可与髓系细胞表面的清道夫受体结合，激活PI3K、Akt、MAPK信号通路。⑥影响抗体生成。抗体是一类具有免疫功能的球蛋白，是B细胞在受到抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的免疫球蛋白。复方猪苓多糖（硒-猪苓多糖）方剂的高剂量组（25mg/kg）可提高免疫抑制小鼠IgG水平。不同剂量的茯苓多糖均可以提高小鼠血清中的抗体水平，并且证明茯苓多糖的免疫调节效果与氢氧化铝相当。口服开菲尔多糖能够增加小肠和大肠黏膜固有层IgA的分泌，具有维持肠道内稳态的潜在免疫功能。

在间接增强免疫功能方面，微生物多糖主要通过提高动物体内功能性矿物元素的浓度，而间接增强免疫功能。例如，香菇多糖等能提高小鼠血液中钙离子的浓度，从而提高机体免疫细胞的效应，提高巨噬细胞的吞噬功能，促进T细胞的E花环形成，并能够增加淋巴细胞转化，提高B细胞抗体的浓度等。铜作为体内一种不可缺少的微量元素能够提高免疫细胞中线粒体的含量。香菇多糖可提高小鼠血清中铜的浓度，从而起到增强免疫功能的作用。

真菌多糖可促进机体免疫器官的发育。机体免疫器官包括中枢免疫器官和外周免疫器官，是机体对抗原刺激进行免疫应答和T淋巴细胞、B淋巴细胞定居的场所。真菌多糖对免疫器官影响的研究多集中在其对胸腺和脾脏的影响，主要采取口服和注射两种给药方式，通过脾脏指数和胸腺指数评价真菌多糖对免疫器官的影响。小鼠口服中剂量、大剂量云芝多糖溶液能显著提高脾脏指数和胸腺指数，并且于试验后的第21d免疫器官指数明显升高。香菇多糖能使荷瘤小鼠脾脏指数明显升高。虫草多糖各试验组均可升高免疫低下小鼠的脾脏指数和胸腺指数。

（2）多糖的抗肿瘤活性由于人体内无法合成从真菌多糖分离纯化得到的β-葡聚糖，作为外源性生物大分子，β-葡聚糖被人体免疫系统视为外源性抗原产生免疫响应。该免疫响应是通过外源性抗原与免疫细胞膜的特异性受体结合而产生的，调节免疫反应的生物活性分子可通过识别相应受体激活胞内信号。在非特异性免疫系统（如巨噬细胞表面）存在能与β-葡聚糖结合的受体，如凝集素受体、Toll样受体（toll-like receptor，TLR）、补体受体3（complement receptor 3，CR3）等，β-葡聚糖作用于上述受体可产生抗肿瘤免疫反应。此外，真菌多糖能够通过激活巨噬细胞活性的功能，产生和释放TN F-α、TNF-β、TNF-γ、NO和IL-1等细胞因子；活化APCs和T、B淋巴细胞，导致相关细胞因子的分泌；激活补体系统等途径，形成天然和获得性免疫系统对肿瘤细胞的免疫应答。

除了通过免疫系统抑制肿瘤细胞生长的调节免疫功能以外，微生物多糖还能够直接作用于肿瘤细胞产生细胞毒性，抑制肿瘤细胞的增殖和转移。发现来自密环菌（Armillaria mellea）的多糖AMP通过阻断肺癌细胞A549于G0/G1期来抑制细胞生长。另外AMP也能降低A549细胞线粒体膜电位，释放细胞色素C来发挥抗肿瘤作用。云芝多糖PSK通过提高p21（WAF）/（CiP1）的表达诱导胰腺癌细胞程序性死亡。另有研究表明，发酵拟康木霉（Trichoderma pseudokoningii）多糖EPS可抑制血癌细胞K562增殖，该作用主要通过线粒体信号通路来上调Bax和p53mRNA表达，下调Bcl-2mRNA表达，最终导致K562细胞凋亡。从嗜酸病原乳酸杆菌（Lb.acidophilus）606的热杀死的细胞中分离的可溶性EPS能显著抑制结肠癌细胞系HT29、CX-1.WiDr、DLD-1的增殖。植物乳杆菌MTCC9510的胞外多糖可以抑制乳腺癌细胞系MCF-7的增殖。嗜盐单胞菌（Halomonassmyrnensis）AAD6T产生的EPS果聚糖具有体外抗肺癌A549、肝癌HepG2 /C3A、胃癌AGS、乳腺癌MCF-7细胞系的增殖作用。

（3）抗氧化活性微生物多糖可通过如下机制展示显著的抗氧化活性。①直接清除自由基。多糖是由多个相同或不同的单糖以糖苷键连接而成的高聚合物。每个单糖基中都含有数目不等的活性羟基提供活泼氢。在氧化反应过程中，一方面，多糖中每一个单糖基的活性羟基与羟自由基的活泼氢结合生成稳定的化合物水；另一方面，多糖中的活泼氢与活泼的超氧阴离子自由基反应，生成稳定的化合物水，起到抗自由基氧化的作用。如多种真菌子实体、菌丝体胞内多糖和胞外多糖、阴沟肠杆菌（Enterobacter cloacae）Z0206 EPS等。②提高抗氧化酶活力。自由基的生成与体内的很多氧化酶有关。多糖可通过提高抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性，起到抗氧化作用。如干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）和植物乳杆菌（Lb.plantarum）C88产生的EPS能显著降低血浆SOD和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，并且能降低高血脂肝小鼠的丙二醛活性水平。冬虫夏草菌丝体多糖也具有这方面的抗氧化功能。③络合金属离子。多糖上的羟基可与产生羟自由基等所必需的金属离子如Fe²⁺、Cu²⁺络合，使其不能产生启动脂质过氧化的羟自由基或使其不能分解脂质过氧化产生的脂氢过氧化物（ROOH），从而抑制自由基的产生。从鼠李糖乳杆菌（Lb.rhamnosus）E /N、植物乳杆菌C88和瑞士乳杆菌MB2-1中分离出的E PS，均被证明能够在体外有效减少自由基和金属离子的螯合活性。④终止自由基链反应。多糖可以通过促进超氧化物歧化酶从细胞表面释放而发挥消除自由基的作用，进而阻止自由基链反应。

（4）降血糖和降血脂活性 细菌（包括蓝细菌）多糖和真菌多糖具有降糖降脂活性。作为一种重要的生物效应调节剂，真菌多糖具有较显著的降血糖、降血脂等生理功效。截至目前已发现80余种真菌多糖都可使实验动物模型的血糖浓度明显降低，如大球盖菇胞外多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖等。木耳多糖、银耳多糖和红菇多糖等具有显著的降血脂活性。细菌多糖方面，黄单胞杆菌（Xanthomonas campestris）等胞外多糖具有明显的抗肿瘤和降血糖血脂功能。一般认为多糖降血糖的机制主要为以下几个方面：①改善胰岛细胞的形态和功能，促进胰岛素分泌；②促进肝脏、肌肉等外周组织和靶器官对糖的利用；③改变糖代谢酶系活性；④提高免疫力，清除自由基，降低血糖。多糖降脂作用机理主要有：①多糖对脂肪酶活力有一定的抑制作用，能减少体内游离脂肪酸的产生；②抑制胆酸与脂类物质结合；③还有一些能减少肠道对脂类物质的吸收。

（5）抗炎作用 炎症为常见疾病中最常见的疾病症状，它可以防御血管系统的活体组织对损伤因子所发生的反应。微生物多糖的抗炎机制主要有以下几个方面。①抑制趋化因子与黏附因子的表达，促进和诱导细胞因子的生成，防止白细胞向炎症区域的募集、黏附和渗出。②活化T细胞，增强巨噬细胞的吞噬能力，如茯苓多糖和猪苓多糖的抗炎作用。③降低毛细血管的通透性，如一些细菌荚膜多糖、非天然的虫草多糖等大部分含有甘露葡聚糖结构的多糖类化合物。

（6）抗病毒活性病毒感染是人类健康的巨大威胁之一。目前，临床用来抗病毒的药物主要有核苷类化合物、非核苷类化合物、取代嘧啶酮类化合物等，这些药物对人体均有一定的毒副作用。许多多糖都具有抗病毒活性，并具有低毒和低耐药性等特点，因而越来越受到人们的重视，具有广阔的药用前景。微生物多糖主要通过如下机制展示其抗病毒活性。①抑制病毒吸附，干扰病毒复制过程。天然硫酸多糖无论在体内还是在体外，都显示了不同程度的抗病毒活性。半合成的硫酸多糖，如硫酸葡聚糖、多聚硫酸戊糖和硫酸呋喃核聚糖等也可在体外抑制HIV。香菇多糖是一种葡聚糖，本身虽无抗HIV活性，但硫酸化后可抑制HIV-1产生的细胞病变；壳聚糖磺化衍生物也能抑制哺乳动物病毒感染，特别是可以预防治疗人类HIV感染。病毒感染细胞首先要靠静电力吸附在细胞表面，再通过表面的糖蛋白与细胞表面蛋白特异结合。硫酸多糖是一类多聚阴离子，带有大量负电荷，其抗病毒机理可能是掩蔽了病毒或细胞表面的正电荷区域，从而抑制了病毒的吸附。另外，硫酸多糖抑制病毒复制还可能是由于其抑制了病毒复制中必要酶的活性。从杂色云芝中提取到的多糖肽（PSP）不但能抑制HIV-1的gpl20与CD4受体的相互作用，抑制病毒和细胞的结合，而且能明显抑制HIV-1逆转录酶活力，从而抑制了病毒的复制。这一作用可能是由于PSP遮蔽了HIV-1逆转录酶的活性位点。②增强免疫力。许多多糖对免疫系统都有调节作用，可以激活T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤细胞等免疫细胞参与机体免疫。尤其是可刺激干扰素（INF）的产生，活化补体，在抗病毒作用上具有独特的功效。

（7）其他活性 微生物多糖还具有抗衰老、降血压、抗突变、抗感染、抗凝血、抗辐射、抗溃疡、抗血栓、促进乳酸菌生长、促进核酸和蛋白质的生物合成、修复损伤的组织细胞等多种功能。

4.多糖的结构修饰(www.daowen.com)

多糖的结构修饰又称改性，是采用化学、生物和物理修饰法，对多糖的结构进行改造，从而提高其生物活性，或者产生原本没有的新的生物活性。化学修饰法主要包括多糖的硫酸化、磷酸化、乙酰化、烷基化、磺酰化和羧甲基化等。生物修饰法包括基因工程技术修饰和酶修饰法。物理修饰法最常用的方法为超声波法。

5.多糖的构效关系

多糖的一级、二级、三级和四级结构决定其物理性质和生物活性，物理性质对生物活性也具有重要影响。微生物多糖的结构复杂、多样，其结构表征本身就比较困难，对大量多糖的详细结构难以有效阐明；同时，影响多糖物理性质和活性的因素非常多，因而，微生物多糖的构效关系研究任重道远，人们对其认识还处于初级阶段。研究微生物多糖的构效关系对于多糖的改性、提高多糖活性和开发更多新型活性多糖产品具有重要意义。

（1）多糖的结构对其物理性质的影响 多糖的物理性质一般取决于糖链的一级、二级、三级和四级结构。如细菌胞外多糖黄原胶（xanthan gum）的侧链产生的聚合物是一种不溶于水的类纤维素物质，但实际上形成的多聚物是一种水溶性物质。侧链的存在能够调节多糖糖链的空间结构，一般线性糖链上具有侧链的多糖能够调节构效的不平衡，并且能够通过抑制糖链固有的结构而提高多糖的水溶性。糖醛酸基团的存在能够改变多糖的电荷数，酰基化和其他的糖取代基能够显著地改变糖链的物理结构。多糖糖链上缺少电荷数，可能导致多糖较差的水溶性。此外，多糖的物理性质还取决于主链的连接键型。例如，β-1，4-连接的聚合物具有较强的刚性，而α-1，2-连接的聚合物如黄原胶具有很强的伸展性。野生型菌株产生的黄原胶分子是一种双螺旋结构，该双螺旋结构的变性温度为50～90℃，这主要取决于多糖链的酰基化及溶液离子强度的影响。丙酮酸、乙酰取代基能够影响该糖链的稳定性，从而导致多糖的变性温度降低。向溶液中添加盐类能提高糖链的稳定性从而提高其变性温度。酰基化的程度尤其是O-乙酰化能够影响葡萄糖基和半乳糖基与甘露糖间的相互作用。一般酰基化能够阻碍多糖链间的协同作用，经去乙酰化的多糖在很小的浓度即可形成凝胶。有选择性地去除乙酰基或丁二酸取代基能够相应地提高或降低糖链的变性温度，对多糖进行去除丁二酸能够显著提高多糖的假塑性。

（2）多糖的物理性质对其生物活性的影响分子质量的大小是多糖具备生物活性的必要条件，这可能与保证高级结构的构象有关。一般多糖分子质量大于10ku才具有活性，小于该值则活性很低或没有。例如，灵芝多糖的分子质量一般在100～200ku，具有较强的生物活性。一般水溶性多糖的生物活性较高。多糖间的黏度主要是由于分子间氢键的相互作用产生，若黏度过高，生物活性将受到影响，可将主链降解或破坏氢键来降低黏度从而提高活性。

（3）多糖结构对其生物活性的影响 多糖的一级结构包括主链结构、糖苷键类型、取代基的种类和取代度、分支度等严重影响其生物活性；三维螺旋结构在其发挥生物活性方面起决定性作用，如三级结构遭破坏，则活性降低或消失。在真菌多糖中，含有不同的多糖成分如β-葡聚糖、杂多糖和α-甘露糖-β-葡聚糖复合物等，其中β-葡聚糖表现出显著的抗肿瘤活性。在β-葡聚糖中大多数的结构均以（1→1→3）-β-D-葡聚糖为主链，沿主链随机分布着（1→6）-β-D-葡聚糖支链，其分支度在0.21～0.33。如裂褶菌多糖和香菇多糖，其结构均以（1→3）-β-D-葡聚糖为主链，并以（1→6）-β-D-葡聚糖为支链，分支度为0.33，表现出很强的抑瘤活性；而以（1→6）-β-D-葡聚糖或其他链接为主链的多糖抑瘤活性较弱。高相对分子质量的（1→3）-β-D-葡聚糖的三股螺旋结构对免疫调节作用至关重要。经X-射线衍射分析表明，无三股螺旋的低相对分子质量的多糖无抑瘤活性。相对分子质量大于5×10⁴、具有三股螺旋结构的多糖有较强的抗肿瘤活性，如果加入DMSO、尿素等试剂，使多糖分子的立体结构发生改变，活性随之消失。

多糖的抗肿瘤活性主要与硫酸基、糖苷键、金属离子络合等三个结构因素密切相关。真菌多糖硫酸化水平与其抗内皮细胞增生活性呈正相关，且这些硫酸化多糖对阿霉素的抗癌作用也具协同增效作用。一些多糖本身没有体外抗肿瘤活性，经过硫酸酯化后便具备了一定的抗肿瘤活性；一些本身抗肿瘤活性不强的多糖经过硫酸酯化后抗肿瘤活性增强。一些多糖本身没有抗肿瘤活性，经过羧甲基化后便具备了一定的抗肿瘤活性。如羧甲基化平菇多糖对肿瘤细胞的线粒体代谢有显著的抑制作用，而未羧甲基化的平菇多糖则不具备这个活性。乙酰化改性使得多糖链发生伸展，使包裹在体系内的羟基暴露在外，进而改善多糖的水溶性。随着乙酰基增加，糖链的伸展程度增加，羟基暴露程度增加，多糖溶解度增大，抗肿瘤活性增强；但随着乙酰化程度加深，羟基数量变少，反而使得溶解度降低，失去抗肿瘤活性。

多糖对艾滋病病毒、疱疹病毒及流感病毒等具有良好的抑制作用，且具活性的多为硫酸多糖。人工分子修饰能使原不含硫酸根或硫酸根含量低的多糖呈现较强的抗病毒活性。多糖抗HIV活性与聚合度和分子质量相关。如硫酸褐藻多糖SPMG，平均每个糖单位含1.5个硫酸基，平均分子质量为10ku。硫酸葡聚糖相对分子质量为1000时，能最有效抑制HIV-2诱导合胞体形成；且相对分子质量10000时其抗病毒活性达到最大。具有抗疱疹病毒、抗流感病毒的活性多糖一般为硫酸多糖。

含有糖醛酸组分的多糖一般具有较强的抗氧化活性，含有鼠李糖和甘露糖组分的多糖与其清除自由基的能力具有一定的正相关性。微生物多糖的清除自由基能力，一般与其结构中存在的游离羟基、羧基等的数量基团正相关。

二、微生物多糖在医药领域中的应用

总的说来，多糖的应用可分为两类：一类是利用多糖的独特理化性质，如易形成凝胶、高渗透压、高黏度和吸水性，制备医药材料、药物输送系统、药物缓释剂、血浆代用品等；另一类利用多糖的抗原性、抗肿瘤等生物功能或活性制备疫苗或新药（表10-9）。

表10-9 一些微生物多糖的基本性质和药物应用（Smelcerovic等，2008）

1.以多糖的理化性质为基础的应用

（1）血液代用品对于休克或失血较多的病人，为了维持血液渗透压，需要输入血容扩张剂。作为血容扩张剂必须满足以下要求：黏度和渗透压与血液相近；高亲水性且无毒、无抗原性；在体内可被降解但又必须维持一定的时间；无凝血效应；价廉、易生产。多糖类血容扩张剂目前在临床上已广泛应用，主要是右旋糖苷（表10-10）和羟乙基淀粉。右旋糖苷和羟乙基淀粉虽然有扩张血容的作用，但它们不能结合氧，所以不能取代血液。近年来许多人致力于研究具有这两方面功能的血液代用品。有两种途径可以达到这一目的，一是以具有载氧功能的过氟碳化合物为基础；另一种以血液中原有的载氧分子——血红蛋白（Hb）为基础，以右旋糖苷、羟乙基淀粉或其他多糖与血红蛋白偶联，以求达到输氧和扩张血浆体积两方面的功能。作为血液中氧的载体，这些偶联后的分子往往与氧的结合力太强，难以释放供机体利用。红细胞内有一种效应因子—— 2，3-二磷酸甘油酸，能通过所带负电基团与去氧血红蛋白结合，并降低氧的亲和力，使氧能顺利地结合与释放。近年来，模拟这一机制合成的多羧基化右旋糖苷与Hb偶联的产物在动物试验中已取得良好的结果。

表10-10 国内市场上流通的部分微生物多糖药物

（2）以多糖为基础的药物释放系统 药物释放系统是影响药物效能的重要因素，良好的药物载体可使药物集中在靶组织附近释放，从而增强专一性和疗效；此外，通过缓释系统，可以延长药物在体内的作用时间。许多多糖可以形成具有三维结构的水溶胶，如琼脂糖、卡拉胶、海藻酸钠、果胶、黄原胶等。它们无毒副作用，是制备各种药物释放系统的良好物质基础。为使多糖能有效地与药物结合，或改变凝胶特性，如溶胀度、扩散性能，常使用衍生化方法引入一些基团。常用的衍生化包括过碘酸盐氧化、琥珀酰化、羟乙基化、磷酸化等。用作载体的主要是结构已知的多糖，如环糊精、纤维素、淀粉、几丁质等。药物与多糖通过共价偶联、静电吸附和微胶囊包容等方式结合。另外，将药物与多糖的复合物包以脂质体，可使结合的药物更易被吸收利用，并增加药物的导向性。近年来，基于多糖的显微/纳米颗粒作为药物输送系统的研究较多，在药物定向输送等医学实践中，将发挥重要作用。

（3）细胞、酶及其他活性分子的固定化载体 细胞和酶固定化后可增加稳定性，延长使用寿命，有利于连续反应和产物的分离，适用于多种药物的生产制备。此外，许多活性分子如酶、激素、抗体在固定化后可作为亲和分离材料和生物传感器，用于专一性的分离纯化、生物检测和免疫诊断。以衍生化多糖为载体的手性固定相还可分离光学异构体。多糖是重要的固定化载体，通过吸附、交联和包埋等方式可使活性分子与载体结合。以多糖为载体进行的固定化具有以下优点：①多糖为天然生物分子，其亲水性环境易于维持活性分子，特别是蛋白质、核酸等大分子的立体结构，从而维持原有活性。②使用无毒、无抗原性的多糖作为载体，形成的固定化产物可以直接植入体内以达到特定的治疗目的。

（4）可降解的生物膜在医药领域需要应用多种生物膜进行血液的分离、储存，营养及药物的输入，或用于组织或器官的修复及药物的控制性释放。在这方面以多糖为基础的生物膜有广泛的应用，如以再生纤维素制备的膜可用于血液透析、血浆分离和除去病毒；以几丁质为材料的膜可作为人工皮肤或手术用线用于伤口愈合或止血，其优点在于几丁质可被机体降解、吸收，并可促进伤口愈合。许多细菌E PS被用于胶囊制剂、伤口愈合所用的医用织物、人造皮肤及组织等。兽瘟链球菌（Streptococcus zooepidermicus）可产生与哺乳动物一样的透明质酸，这种透明质酸被应用于眼科手术和一些生物材料中。E PS水凝胶的天然聚合物也被用于骨愈合手术中。

2.以多糖生物活性为基础的应用

（1）多糖疫苗结构较复杂的多糖往往有抗原性。细菌的细胞壁或荚膜中含有多种具有种属特异性的多糖，它们是细菌的抗原决定基，利用这一性质可以制备相应的多糖疫苗。目前在临床上应用的主要有预防脑炎的Meningococcal AC型多糖疫苗和ACYW135型疫苗、肺炎链球菌多糖疫苗、流感嗜血杆菌Hib多糖疫苗（PRP）、B型链球菌（Streptococcus agalactiae）和伤寒沙门菌的多糖疫苗等。这些多糖疫苗一般是多种菌株荚膜多糖的混合制剂，可刺激机体产生针对相关多种菌株的抗体。荚膜多糖属于T细胞非依赖型抗原，能刺激已成熟的B细胞分化、繁殖，产生抗体，由于新生儿体内缺乏此类细胞，所以儿童或处于免疫低下状态的患者常出现对荚膜多糖疫苗的无反应性。

为克服荚膜抗原疫苗的上述缺点，近10余年，多糖与蛋白质偶联形成的免疫复合物受到重视，所用的蛋白质通常是细菌毒素或外膜蛋白，如白喉类毒素、破伤风类毒素，它们是T细胞依赖型抗原，其与多糖形成的免疫复合物可以克服新生儿对荚膜多糖抗原的无反应性。目前已用于临床的主要是Hib抗原（PRP）的复合物，如流感嗜血杆菌结合疫苗、流脑奈瑟菌结合疫苗（A、C、Y、W135）、肺炎链球菌结合疫苗和伤寒沙门菌结合疫苗等。

（2）活性多糖药物多糖是一类结构多样的生物大分子，仅从灵芝的子实体、菌丝、发酵液发现的多糖就已经超过了200种。因食药用真菌多糖的安全无毒性及其具备的抗肿瘤、提高免疫力、降血压、降血糖等方面的功效，人们逐步重视了食药用真菌多糖的开发利用。近年来，国内先后在食药用真菌多糖胶囊、多糖注射液的应用研究方面取了一定成效，并在传统剂型的基础上开发了针剂、冲剂、片剂、胶囊、保健口服液、饮品等多种新型食品和药品。食药用真菌多糖是目前公认的具有较高效应的免疫增强剂，许多真菌多糖制剂已广泛应用于临床，并且在自身免疫性疾病、免疫功能低下症、肿瘤的治疗等方面取得了良好的效果，如香菇多糖（lentinan）、灵芝多糖、茯苓多糖、猪苓多糖、云芝蛋白多糖（PSK）等均已开发为临床用药，具有抗肿瘤和增强免疫力的疗效。目前市场上的真菌多糖类保健品也很多，单具有调节血脂功能的就有调脂灵、山珍清脂康口服液、归宗牌降脂胶囊等，而其有效成分也主要是灵芝、木耳、银耳等真菌多糖，此外还有猪苓多糖片、云芝泰康冲剂、猴头菇冲剂等也表现出良好的市场应用前景（表10-10）。