果膠多糖結(jié)構(gòu)與降血脂研究進(jìn)展

蔡為榮1 ，孫元琳2 ，湯 堅(jiān)3

(1.安徽工程科技學(xué)院生化系，安徽 蕪湖 241000；2.山西運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000；

3. 江南大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122)

專(zhuān)題論述 食品科學(xué) 2010, Vol. 31, No. 05

摘 要：果膠是一種廣泛存在于植物細(xì)胞壁中的多糖類(lèi)大分子物質(zhì)，來(lái)源豐富，無(wú)毒，是重要的食品添加劑之一。隨著高血脂人群的增多，果膠多糖調(diào)節(jié)血脂的功能結(jié)構(gòu)日益受到關(guān)注。本文綜述果膠多糖的結(jié)構(gòu)、膽固醇吸收、   膽汁酸的束縛與排出、脂蛋白代謝變化及結(jié)腸酵解的研究進(jìn)展，為果膠多糖降血脂生物活性及構(gòu)效關(guān)系的進(jìn)一步研究提供參考。

關(guān)鍵詞：果膠多糖；結(jié)構(gòu)；降血脂；研究進(jìn)展

果膠是以原果膠、果膠、果膠酸的形態(tài)廣泛分布于植物的果實(shí)、根、莖、葉中的多糖類(lèi)高分子化合物， 與纖維素、半纖維素相伴，構(gòu)成植物細(xì)胞胞間層(middlelamella)和初生壁(primary wall)。隨著人們生活水平的日益提高，肥胖、高血壓以及高脂血癥等一些所謂“富貴病”的發(fā)病率呈逐年上升之勢(shì)，及隨功能性多糖的開(kāi)發(fā)研究，果膠多糖及其降血脂功能的研究越來(lái)越受到研究和加工行業(yè)的重視。果膠多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其生理活性與其結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，各國(guó)學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，本文就果膠多糖結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)血脂功能作一綜述。

1 結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成

就化學(xué)組成和生物合成而論，果膠可能是最復(fù)雜的一類(lèi)多糖。果膠類(lèi)多糖代表高等植物初級(jí)細(xì)胞壁和相鄰

細(xì)胞間緊密聯(lián)合的一組多糖，也代表從植物材料制備的一類(lèi)復(fù)雜膠狀多聚體，習(xí)慣稱(chēng)為果膠糖物質(zhì)。其化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子量與其植物來(lái)源、組織部位、成熟度及提取方法等因素有關(guān)。早在 1825 年，Raconnot 首次從胡蘿卜中提取出一種水溶性物質(zhì)，可形成凝膠，并將該物質(zhì)命名為“Pectin”(pectin 源于希臘詞pektos，有凝固、凝結(jié)之意) [1]。1944 年 4 月美國(guó)化學(xué)會(huì)正式公布“果膠類(lèi)物質(zhì)的修訂名稱(chēng)”，對(duì)當(dāng)時(shí)常用的果膠酸( p e c t i n

acid)、果膠(pectin)和原果膠(protopectin)名詞分別規(guī)定了聚半乳酸醛酸、含有中性糖側(cè)鏈且部分被甲酯化的果膠酸、與纖維素和半纖維素結(jié)合在一起的甲酯化聚半乳糖醛酸苷的含義。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，眾多學(xué)者在果膠多糖分離純化、甲基化分析碳鏈結(jié)構(gòu)和酸或酶水解等方面做了眾多研究。如，1955 年Bishop[ 2 ] 報(bào)道：采用草酸銨緩沖液提取向日葵盤(pán)多糖，酸化乙醇與稀堿醇沉分別制得其果膠與多糖。紙層析實(shí)驗(yàn)顯示，該果膠基本結(jié)構(gòu)為α(1 → 4)鍵合的D- 半乳糖醛酸，多糖由半乳糖、葡萄糖和少量阿拉伯糖構(gòu)成。1965 年，Zitko 等[ 3 ] 從向日葵、甜菜、蘋(píng)果和柑橘分離出果膠酸，電泳實(shí)驗(yàn)顯示這些果膠酸均由游離聚半乳糖醛酸糖和支鏈鍵合聚半乳糖醛酸糖兩部分構(gòu)成。發(fā)現(xiàn)在蘋(píng)果[ 4 ] 、苜蓿[ 5 ] 、豆莢[6]中由半乳糖醛酸(1→2)鼠李糖構(gòu)成的聚鼠李半乳糖醛酸含量較高。1973 年，Talmadge 等[ 7] 從無(wú)花果皮提取純化聚鼠李半乳糖醛酸，為避免酸對(duì)糖苷鍵有不同程度的水解、過(guò)高的堿濃度會(huì)由于發(fā)生脫酯和β - 消去反應(yīng)的影響，采用內(nèi)切聚半乳糖醛酸酶水解，釋放出各種多糖片段，甲基化后單糖醛醇乙酸酯質(zhì)譜分析表明： 鼠李半乳糖醛酸聚糖主要呈鼠李糖-(1 → 4)- 半乳糖醛酸(1 → 2)鼠李糖碳鏈結(jié)構(gòu)。1978 年，Darvill 等[8]用高純的內(nèi)切聚半乳糖醛酸酶水解 7 種懸鈴木細(xì)胞，凝膠色柱純化得到的鼠李半乳糖醛酸聚糖 - Ⅱ - ( R h a m n o - galacturonans II，RG- Ⅱ)含量相近，RG- Ⅱ由半乳糖醛酸(GalA)、鼠李糖(Rha)、阿拉伯糖(Ara)、半乳糖(Gal) 等 10 種糖殘基組成；鼠李糖殘基以 2 ,4 糖苷鍵連接在D- 半乳糖醛酸殘基形成主鏈；側(cè)鏈上主要含 L- 阿拉伯糖和 D- 半乳糖殘基。1997 年，Renard 等[9 ]進(jìn)一步應(yīng)用HPLC 色譜和1 H NMR 分析了各種多糖碎片，證實(shí)了以上推測(cè)。一個(gè)半世紀(jì)以來(lái)，眾多科學(xué)家在果膠多糖領(lǐng)域進(jìn)行著細(xì)致而深入的研究，使果膠多糖的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成越來(lái)越趨于系統(tǒng)和完善。

果膠多糖的分子量介于 10000～400000D 之間，其分子結(jié)構(gòu)分為光滑區(qū)與毛發(fā)區(qū)：光滑區(qū)由α -D- 半乳糖醛酸殘基通過(guò) 1,4 糖苷鍵線形連接；毛發(fā)區(qū)由高度分支的α - L - 鼠李半乳糖醛酸組成。因此，按照結(jié)構(gòu)分類(lèi)， 果 膠類(lèi)多糖包括 3 大類(lèi) ： 半乳糖醛酸聚糖 (homogalacturonans，HGA)、鼠李半乳糖醛酸聚糖- Ⅰ(rhamnogalacturonans I，RG- Ⅰ)和鼠李半乳糖醛酸聚糖- Ⅱ。

1.1 半乳糖醛酸聚糖(HGA)

HGA是由α-D- 半乳糖醛酸殘基通過(guò)1,4 糖苷鍵連接而成的線性糖鏈，由 100～500 個(gè)GalA 殘基組成。其中半乳糖醛酸的羧基有不同程度的甲酯化，因此天然果膠分為高甲氧基果膠(HM)和低甲氧基果膠(LM)。未甲酯化的羧基則以游離酸形式或以K、Na、Ca 鹽等形式存在。HM 果膠在有足夠的糖濃度和酸條件下才能形成凝膠；LM 果膠在Ca2+ 存在時(shí)通過(guò)半乳糖醛酸鏈與Ca2+ 交聯(lián)發(fā)生分子間締合而形成凝膠(圖 1)[10]。有的GalA 的C2 或C 3 位羥基還發(fā)生乙酰化。

1.2 鼠李半乳糖醛酸聚糖- Ⅰ(RG- Ⅰ)

果膠多糖通常為雜多糖，常在α -(1 → 4)連接的多聚半乳糖醛酸主鏈中間插入吡喃型鼠李糖(Rhap)，形成半乳糖醛酸和鼠李糖交替組成的重復(fù)單位：4 )- α - D - GalpA-(1,2)- α -L-Rhap-(1，即為RG- Ⅰ(圖 2)[11]。在鼠李糖殘基的C4 位結(jié)合有不同種類(lèi)的中性或酸性寡聚糖：

1)阿拉伯半乳聚糖(arabinogalactans)以β -(1 → 4)連接的多聚半乳糖為主鏈并帶有α -(1 → 5)L- 阿拉伯呋喃糖殘基(Araf)側(cè)鏈；2)半乳聚糖(galactan)是高度分支的多糖，

圖 1 LM“蛋盒”膠凝模型

Fig.1 Schematic egg box model of calcium binding to low-methoxyl pectin

由β -D- 吡喃半乳糖殘基以 1,3 和 1,6 鍵相互連接而成；

3)阿拉伯聚糖(arabinan)由 L- 阿拉伯糖殘基以 1,5 鍵連接, 并接有 1 , 3 分支。此外，毛發(fā)區(qū)的側(cè)鏈末端還發(fā)現(xiàn)有α -L- 果糖殘基(Fucp)，β -D- 葡萄糖醛酸殘基(GlcpA)， 以及4-O- 甲基- β-D- 葡萄糖醛酸殘基(4-O-Me GlcpA)等。

 1.3 鼠李半乳糖醛酸聚糖-II(RG-II)

RG-II是所有高等植物的細(xì)胞壁中均含有的一種酸性果膠，其結(jié)構(gòu)特征是主鏈為均聚半乳糖醛酸，側(cè)鏈含有 4 種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的寡糖(圖 3)。與細(xì)胞壁中的硼形成復(fù)合物，參與硼的運(yùn)輸[12]。RG-II 多糖能與鉛離子鰲合，具有解毒與免疫調(diào)節(jié)活性[13]。Nergard 等[14] 研究表明，從斑鳩菊的根中提取的含有RG- II 結(jié)構(gòu)的酸性果膠物質(zhì)， 具有補(bǔ)體修復(fù)以及促進(jìn)B 與T 細(xì)胞生長(zhǎng)活性。

2 果膠多糖調(diào)節(jié)血脂機(jī)理

 早在 20 世紀(jì) 60 年代，在人和大鼠的研究中就已發(fā)現(xiàn)果膠多糖能降低血清膽固醇水平[16- 17 ]，從此，在膽固醇的消化、吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)等方面開(kāi)展了有關(guān)果膠多糖降低血清膽固醇的研究。

2.1 果膠多糖對(duì)膽固醇吸收的影響

機(jī)體內(nèi)的膽固醇主要有兩種來(lái)源，一種是腸道內(nèi)吸收的膳食膽固醇、膽固醇酯和膽汁中的膽固醇，另一種是肝臟和外周組織中產(chǎn)生的膽固醇。飲食中膽固醇酯在胰腺分泌的膽固醇酯酶水解下生成膽固醇，與膽汁酸、磷脂、甘油脂一起組成混合微團(tuán)，吸入黏膜細(xì)胞， 在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)形成乳糜微粒，經(jīng)淋巴系統(tǒng)進(jìn)入血液完成消化吸收。果膠吸水性強(qiáng)且難消化，從而可充盈腸胃。但 對(duì)胰腺分泌僅有很小影響[18 ]。Jacobs[19 ]認(rèn)為果膠會(huì)增加絨毛細(xì)胞的脫落。Kelley 等[20]采用14C 標(biāo)記膽固醇,考察結(jié)果顯示，攝入果膠、瓜爾膠、車(chē)前子膠均可使肝中膽固醇吸收下降，僅果膠可使血漿膽固醇吸收下降。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，果膠具有凝膠特性，影響膽固醇與消化酶、膽汁酸微團(tuán)及腸黏膜的接觸，同時(shí)束縛膽酸，造成脂質(zhì)乳化障礙[ 2 1 ] ，減慢腸系膜的淋巴循環(huán)及膽汁再循環(huán)。

2.2 果膠多糖對(duì)膽汁酸的束縛與排出的影響

膽汁酸在肝臟中由膽固醇合成后經(jīng)腸肝循環(huán)排入十二指腸，維持人體對(duì)脂質(zhì)物質(zhì)的消化吸收。正常情況下，大部分膽汁酸在小腸中經(jīng)肝腸循環(huán)重吸收進(jìn)入肝臟，從而使膽汁酸保持穩(wěn)定。果膠束縛膽汁酸、促進(jìn)其排出，通過(guò)肝內(nèi)膽固醇池平衡，調(diào)用血漿膽固醇， 從而起到降膽固醇的作用。

1990 年，美國(guó)Fernandez 等[22]報(bào)道，膽固醇飼料加1% 仙人掌果膠，喂養(yǎng)幾內(nèi)亞豬 25d，血漿低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)下降 33%，肝細(xì)胞微粒體的 3- 羥基-3- 甲基戊二酰輔酶A 還原酶(膽固醇合成限速酶)濃度沒(méi)有變化，游離膽固醇與膽固醇酯分別下降 40 % 與 8 5 %。添加果膠( 1 2 . 5 %) 到低、高膽固醇飼料中，可使肝內(nèi)7α - 羥化酶(膽汁酸合成限速酶)活性分別上調(diào)3倍和5倍[23]。結(jié)果顯示果膠下調(diào)血漿膽固醇的途徑，類(lèi)似于膽汁酸結(jié)合樹(shù)脂。 

果膠對(duì)脂質(zhì)代謝的作用，與其結(jié)構(gòu)、黏度、陽(yáng)離子交換特性及消化道內(nèi)的分泌物變化有關(guān)。Terpstra 等報(bào)道：添加高黏度鈣敏感的果膠( DE，69 %)、低黏度鈣不敏感的果膠( DE，34 %)、高黏度瓜爾豆膠、低黏度瓜爾豆膠和車(chē)前子膠于飼料中，大鼠 8 周喂養(yǎng)后結(jié)果顯示： 高黏度果膠實(shí)驗(yàn)鼠中血漿膽固醇酯轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(CETP)活性比低黏度果膠顯著下降；糞便中膽汁酸和中性甾醇增多[ 24 ]；而添加 8% 車(chē)前子膠，肝中總膽固醇和膽固醇酯比果膠組有顯著下降，糞便量增加 9 0 %，膽(酸) 鹽、鵝脫氧膽( 酸) 鹽、甘氨酸和�；撬岷�量顯著提高[ 25 ] 。提示果膠與車(chē)前子膠降血脂機(jī)制有不同之處。

2.3 果膠多糖對(duì)脂蛋白代謝調(diào)控的影響

圖 4 膽固醇及載脂蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖

Fig.4 Schematic diagram of cholesterol and lipoprotein  metabo- lism

 20 世紀(jì)初大量的流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)血漿膽固醇(TC) 水平、甘油三酯(TG) 與冠心病的病死率密切相關(guān)。90 年代通過(guò)對(duì)脂質(zhì)，尤其是脂蛋白的研究顯示， LDL-C 增高促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化，高密度脂蛋白- 膽固醇(HDL-C) 增高則有防止動(dòng)脈粥樣硬化作用。HDL- C 視為“好的膽固醇 ”。

Fernandez 等[22 ]研究報(bào)道，攝入果膠、瓜爾膠、車(chē)前子膠后，血漿膽固醇顯著下降；極低脂蛋白(VLDL) 中TG 和磷脂含量增加，暗示有新生的VLDL 生成；卵磷脂膽固醇脂酰轉(zhuǎn)移酶(LCAT)和CETP 活性下降；放射性標(biāo)記VLDL測(cè)得VLDL轉(zhuǎn)運(yùn)更快、LDL-apoB 外流提高， 表明果膠等物質(zhì)的攝入可上調(diào)LDL 受體。Brown 等[26]進(jìn)一步研究指出，攝入每克果膠可分別下調(diào)總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇約 0.070mmol/L 和 0.055mmol/L。

近代醫(yī)學(xué)研究顯示，清道夫受體-B1(SR-B1)和腺三磷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1(ABCA1)在介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膽固醇流出中發(fā)揮重要作用[27](圖4)。SR-B1 介導(dǎo)的肝臟可從HDL 選擇性攝取膽固醇。其中apo A Ⅰ是 HDL 最主要的蛋白成分，與高密度脂蛋白顆粒的形成有關(guān)；是卵磷脂膽固醇�；�轉(zhuǎn)移酶(LCAT)的主要激活劑。HDL 可將蓄積于末梢組織的游離膽固醇與血循環(huán)中的脂蛋白或某些大分子結(jié)合，運(yùn)輸?shù)礁闻K，進(jìn)行膽固醇的逆轉(zhuǎn)運(yùn)。A B C A 1 是載脂蛋白介導(dǎo)的脂質(zhì)逆轉(zhuǎn)運(yùn)通路中的限速蛋白質(zhì)，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)可通過(guò)與apoA Ⅰ的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)已知膽固醇、acLDL、oxLDL 等多個(gè)因素可以調(diào)節(jié) ABCA1 的活性[ 2 8 ] 。

李茂言等[29]研究了蕎秸果膠對(duì)高脂血癥大鼠調(diào)脂作用，結(jié)果顯示蕎秸果膠呈劑量依賴(lài)性地明顯降低肝膽固醇、TC、LDL-C，高密度脂蛋白亞組分3 膽固醇(HDL3-C) 及血清TG 的含量�？擅黠@提高高密度脂蛋白亞組分2 膽固醇(HDL2-C) 的含量。

此外，瓜爾豆膠、甜菜多糖可上調(diào)LDL 受體和下調(diào)SR-B1 活性[30-31]。

2.4 果膠多糖對(duì)結(jié)腸發(fā)酵作用的影響

機(jī)體本身不分泌降解果膠的酶，果膠可被大腸內(nèi)的 微生物發(fā)酵降解，產(chǎn)生短鏈脂肪酸( SCFA)，后經(jīng)門(mén)脈系統(tǒng)進(jìn)入肝臟代謝。Gulfi 等報(bào)道果膠的分子量和黏度并不影響其酵解性，高甲氧基果膠產(chǎn)生的SCFA 量稍多， 高甲氧基果膠完全酵解時(shí)間短，低甲氧基果膠完全酵解時(shí)間長(zhǎng)[32 ]，腸菌對(duì)果膠代謝的主要終末產(chǎn)物是乙酸、丙酸、丁酸、二氧化碳、甲烷、氫氣和水�？扇苄岳w維果膠生成乙酸、丙酸、丁酸的比例約為 80 : 12 : 8 [ 3 3 ] 。乙酸、丙酸、丁酸被結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞吸收。果膠毛發(fā)區(qū)生成丙酸比例比阿拉伯膠、低甲氧基蘋(píng)果果膠、高甲氧基蘋(píng)果果膠高[34 ]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，丙酸鹽可使血漿

膽固醇水平下降[35]；乙酸鹽抑制肝內(nèi)膽固醇的合成，并

使血漿膽固醇向肝內(nèi)轉(zhuǎn)移[36]。也有人認(rèn)為酵解增加了大腸內(nèi)細(xì)菌的活性，使膽汁酸離散，不易被結(jié)腸黏膜吸收而被排出，導(dǎo)致從頭合成膽固醇來(lái)補(bǔ)充膽汁酸[ 3 7 ] 。

 綜上所述，果膠多糖是通過(guò)降低膽固醇吸收、促進(jìn)膽汁酸的束縛與排出、上調(diào)LD L 受體、加速載脂蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)和結(jié)腸發(fā)酵作用，多途徑調(diào)控機(jī)體內(nèi)膽固醇及甘油三酯含量。由于果膠多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，膠凝性、結(jié)腸發(fā)酵程度均不同。其產(chǎn)物對(duì)膽固醇代謝、殘?jiān)鼘?duì)膽汁酸束縛、以及機(jī)體腸道菌、益生菌與腸道蠕動(dòng)等諸多因素相互影響，果膠多糖降血脂的量效關(guān)系尚需進(jìn)一步研究。