黃芪多糖的生物活性及其生物合成研究進(jìn)展黃芪多糖（Astragaluspolysaccharide,APS）是豆科黃芪屬植物（蒙古黃芪Astragalusmembranaceusvar.mongholicus或膜莢黃芪A.membranaceus）根中提取的一類水溶性雜多糖，其生物活性與結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。近年來(lái)，隨著分離純化技術(shù)和分子生物學(xué)研究的深入，關(guān)于APS的生物活性機(jī)制及生物合成路徑的研究取得顯著進(jìn)展。一、黃芪多糖的生物活性研究進(jìn)展1.免疫調(diào)節(jié)作用APS是典型的生物反應(yīng)調(diào)節(jié)劑（BRM），通過(guò)多靶點(diǎn)、多通路調(diào)控固有免疫與適應(yīng)性免疫。在固有免疫層面，APS可激活巨噬細(xì)胞表面Toll樣受體（TLR2/TLR4），促進(jìn)核因子κB（NFκB）轉(zhuǎn)位入核，誘導(dǎo)腫瘤壞死因子α（TNFα）、白細(xì)胞介素6（IL6）、白細(xì)胞介素1β（IL1β）等促炎因子分泌；同時(shí)，APS通過(guò)調(diào)控巨噬細(xì)胞極化狀態(tài)，促進(jìn)M1型（促炎）向M2型（抗炎）轉(zhuǎn)化，維持免疫平衡。例如，Zhang等（2022）發(fā)現(xiàn)APSⅢ（分子量8.5×10?Da，以β1,3葡萄糖苷鍵為主）可顯著提高RAW264.7巨噬細(xì)胞中iNOS（M1標(biāo)志物）和Arg1（M2標(biāo)志物）的表達(dá)，表明其對(duì)巨噬細(xì)胞功能的雙向調(diào)節(jié)作用。在適應(yīng)性免疫中，APS可促進(jìn)T淋巴細(xì)胞增殖與分化，調(diào)節(jié)Th1/Th2細(xì)胞平衡。體外實(shí)驗(yàn)顯示，APS能增強(qiáng)CD4?T細(xì)胞分泌IL2、IFNγ（Th1型因子），同時(shí)抑制IL4、IL10（Th2型因子）過(guò)度表達(dá)，改善免疫抑制狀態(tài)。臨床研究中，APS聯(lián)合化療藥物用于肺癌患者時(shí)，可顯著提高外周血CD3?、CD4?T細(xì)胞比例及CD4?/CD8?比值（p<0.05），減輕化療引起的免疫抑制（Wang等，2023）。此外，APS對(duì)B淋巴細(xì)胞的激活作用表現(xiàn)為促進(jìn)抗體提供，其通過(guò)結(jié)合B細(xì)胞表面補(bǔ)體受體3（CR3），激活PI3K/Akt信號(hào)通路，增強(qiáng)IgM、IgG分泌（Li等，2021）。2.抗氧化與抗炎效應(yīng)APS的抗氧化活性與其清除自由基能力及調(diào)控氧化應(yīng)激相關(guān)酶活性密切相關(guān)。研究表明，APS可直接清除超氧陰離子（O??）、羥自由基（·OH）和DPPH自由基，其半清除濃度（IC50）因多糖結(jié)構(gòu)而異：以半乳糖醛酸為主的酸性多糖（APSA）IC50為0.32mg/mL，而中性多糖（APSN）IC50為0.58mg/mL（Chen等，2020）。此外，APS通過(guò)激活Nrf2/Keap1信號(hào)通路，上調(diào)超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSHPx）和過(guò)氧化氫酶（CAT）的表達(dá)，抑制丙二醛（MDA）提供。例如，在D半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠模型中，APS（200mg/kg/d）可使肝臟SOD活性提高45%，MDA含量降低30%（Liu等，2021）?？寡追矫妫珹PS通過(guò)抑制促炎因子釋放及阻斷炎癥信號(hào)通路發(fā)揮作用。其可下調(diào)脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞中TLR4、MyD88、pIκBα的表達(dá)，抑制NFκB核轉(zhuǎn)位，從而減少TNFα、IL6等因子分泌（Zhao等，2022）。此外，APS對(duì)NOD樣受體蛋白3（NLRP3）炎癥小體具有抑制作用，通過(guò)減少caspase1活化及IL1β成熟，緩解炎癥反應(yīng)（Sun等，2023）。3.抗腫瘤作用APS的抗腫瘤機(jī)制涉及直接抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)凋亡及增強(qiáng)免疫監(jiān)視。體外實(shí)驗(yàn)顯示，APS（100400μg/mL）可通過(guò)線粒體途徑誘導(dǎo)人肝癌HepG2細(xì)胞凋亡，表現(xiàn)為Bax/Bcl2比值升高、caspase3/9激活（Zhang等，2021）。在結(jié)腸癌細(xì)胞HT29中，APS通過(guò)調(diào)控PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路，抑制細(xì)胞周期蛋白CyclinD1表達(dá)，阻滯細(xì)胞于G0/G1期（Wang等，2022）。間接抗腫瘤作用主要通過(guò)增強(qiáng)免疫細(xì)胞對(duì)腫瘤的殺傷能力實(shí)現(xiàn)。APS可激活自然殺傷細(xì)胞（NK細(xì)胞），提高其表面活化受體NKG2D表達(dá)，增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的識(shí)別與裂解（Li等，2023）；同時(shí)，促進(jìn)樹(shù)突狀細(xì)胞（DCs）成熟，增強(qiáng)其抗原呈遞功能，激活CD8?T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫應(yīng)答（Chen等，2023）。臨床前研究中，APS聯(lián)合PD1抑制劑用于小鼠黑色素瘤模型，腫瘤抑制率達(dá)72%，顯著高于單藥組（45%）（Liu等，2024）。4.代謝調(diào)節(jié)與腸道健康A(chǔ)PS在降血糖、調(diào)節(jié)脂代謝及改善腸道微生態(tài)方面表現(xiàn)出潛在應(yīng)用價(jià)值。降血糖機(jī)制包括促進(jìn)胰島素分泌、提高胰島素敏感性及抑制α葡萄糖苷酶活性。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，APS（150mg/kg/d）可降低鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)的糖尿病大鼠空腹血糖（FBG）35%，提高肝組織中胰島素受體底物1（IRS1）、pAkt表達(dá)（Yang等，2022）。在腸道微生態(tài)調(diào)節(jié)中，APS作為益生元可選擇性促進(jìn)雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌增殖，抑制腸桿菌科等條件致病菌生長(zhǎng)。其通過(guò)增加短鏈脂肪酸（SCFAs）如乙酸、丙酸、丁酸的產(chǎn)生，改善腸道屏障功能（緊密連接蛋白ZO1、Occludin表達(dá)上調(diào)），并通過(guò)“腸肝軸”“腸腦軸”調(diào)節(jié)代謝與神經(jīng)功能（Xu等，2023）。例如，APS干預(yù)高脂飲食小鼠8周后，腸道菌群中厚壁菌門(mén)/擬桿菌門(mén)（F/B）比值從3.2降至1.8，SCFAs含量增加40%，肝臟脂肪變性顯著減輕（Zhou等，2024）。二、黃芪多糖的生物合成研究進(jìn)展1.化學(xué)結(jié)構(gòu)與單糖組成APS的化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由葡萄糖（Glc）、半乳糖（Gal）、阿拉伯糖（Ara）、鼠李糖（Rha）、半乳糖醛酸（GalA）等單糖組成，不同來(lái)源或提取工藝的APS結(jié)構(gòu)差異顯著。蒙古黃芪根中APS以中性多糖為主（約占70%），主要為α1,4葡萄糖為主鏈、α1,6葡萄糖為支鏈的葡聚糖（如APS1，分子量1.2×10?Da）；而膜莢黃芪中酸性多糖比例較高（約40%），多含GalA及乙酰基修飾（如APSⅡ，分子量9.8×10?Da，GalA含量25%）。糖苷鍵連接方式通過(guò)核磁共振（NMR）及甲基化分析確定：APS1的主鏈為→4)αDGlc(1→，支鏈為→6)αDGlc(1→，分支度約12%；APSⅡ的主鏈為→4)αDGalA(1→，部分C2位連接βDGal(1→3)βDAra側(cè)鏈（Li等，2020）。結(jié)構(gòu)差異直接影響生物活性，如含GalA的酸性多糖抗氧化活性更強(qiáng)，而高分支度的中性多糖免疫調(diào)節(jié)作用更顯著（Chen等，2021）。2.生物合成關(guān)鍵酶與基因調(diào)控APS的生物合成屬于次生代謝過(guò)程，起始于光合作用產(chǎn)生的葡萄糖6磷酸（G6P）。首先，G6P在磷酸葡萄糖變位酶（PGM）作用下轉(zhuǎn)化為葡萄糖1磷酸（G1P），后者與UTP在UDP葡萄糖焦磷酸化酶（UGP）催化下提供UDP葡萄糖（UDPGlc）——多糖合成的關(guān)鍵糖核苷酸前體。類似地，UDP半乳糖（UDPGal）由UDPGlc經(jīng)UDP葡萄糖4差向異構(gòu)酶（UGE）轉(zhuǎn)化而來(lái)，UDP阿拉伯糖（UDPAra）則通過(guò)UDP木糖差向異構(gòu)酶（UXE）提供（Zhang等，2021）。糖基轉(zhuǎn)移酶（GTs）是多糖鏈延長(zhǎng)的核心酶，負(fù)責(zé)將糖核苷酸的單糖殘基轉(zhuǎn)移至糖鏈非還原端。黃芪中已鑒定出多個(gè)GTs家族基因，如GT4、GT8、GT31家族，其中GT4家族成員AmGT4可催化α1,4糖苷鍵形成，參與主鏈合成；GT8家族成員AmGT8則催化α1,6糖苷鍵連接，參與支鏈形成（Wang等，2022）。此外，糖基修飾酶（如半乳糖醛酸轉(zhuǎn)移酶、乙酰轉(zhuǎn)移酶）負(fù)責(zé)酸性多糖及乙?；揎椀男纬??；虮磉_(dá)調(diào)控研究表明，黃芪多糖合成相關(guān)基因（UGP、UGE、GTs）的表達(dá)水平與多糖含量呈正相關(guān)。例如，蒙古黃芪根中UGP基因在生長(zhǎng)旺盛期（89月）的表達(dá)量是幼苗期（5月）的3倍，對(duì)應(yīng)多糖含量從2.1%升至6.8%（Li等，2023）。轉(zhuǎn)錄因子（如MYB、bHLH家族）通過(guò)結(jié)合基因啟動(dòng)子區(qū)域調(diào)控其表達(dá)，其中AmMYB4可激活UGP基因啟動(dòng)子，促進(jìn)UDPGlc合成（Chen等，2024）。3.環(huán)境因素與微生物互作對(duì)生物合成的影響環(huán)境因子顯著影響APS的合成與積累。光照強(qiáng)度通過(guò)調(diào)控光合作用效率影響碳源供應(yīng)，適度遮蔭（30%遮蔭率）可提高黃芪根中G6P含量，促進(jìn)多糖合成（Liu等，2021）；溫度方面，1525℃為最適生長(zhǎng)溫度，高溫（>30℃）會(huì)抑制UGP活性，導(dǎo)致多糖含量下降（Zhang等，2022）。土壤養(yǎng)分中，磷（P）是糖核苷酸合成的關(guān)鍵元素，增施磷肥（120kg/ha）可使多糖含量提高28%（Xu等，2023）；而過(guò)量氮肥（>200kg/ha）則促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，抑制多糖積累（Zhou等，2024）。根際微生物與黃芪的互作是調(diào)控多糖合成的重要因素。叢枝菌根真菌（AMF）與黃芪形成共生關(guān)系后，可通過(guò)擴(kuò)大根系吸收面積、提高磷素利用率，促進(jìn)UDPGlc等前體物質(zhì)合成，使多糖含量增加30%50%（Zhao等，2023）。此外，根瘤菌分泌的吲哚乙酸（IAA）可上調(diào)UGP、GTs基因表達(dá)，增強(qiáng)多糖合成能力（Sun等，2024）。反之，病原菌（如鐮刀菌）感染會(huì)誘導(dǎo)黃芪產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，激活苯丙烷類代謝途徑，抑制多糖合成，導(dǎo)致含量下降（Wang等，2025）。4.生物合成技術(shù)優(yōu)化與應(yīng)用為提高APS產(chǎn)量及活性，研究人員通過(guò)分子育種、發(fā)酵工程及合成生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。分子育種方面，過(guò)表達(dá)UGP基因的黃芪轉(zhuǎn)基因株系中，多糖含量較野生型提高50%（Li等，2024）；發(fā)酵工程中，利用黃芪愈傷組織懸浮培養(yǎng)，通過(guò)添加茉莉酸甲酯（MeJA，100μM）誘導(dǎo)，多糖產(chǎn)量可達(dá)8.2g/L（是原植物的2.5倍）（Chen等，2025）。合成生物學(xué)領(lǐng)域，通過(guò)在大腸桿菌中異源表達(dá)黃芪UGP、GTs基因，成功構(gòu)建UDPGlc合成及多糖聚合通路，初步實(shí)現(xiàn)了α1,4葡聚糖的體外合成（Zhang等，2025）。盡管目前合成的多糖結(jié)構(gòu)較