Research Progress of Synthesis Methods, Structural Characteristics and Biological Activities of Selenium Polysaccharides
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摘要: 硒多糖是多糖的硒化产物,具备硒和多糖两者生理活性,且具有较高的药用和保健价值,在抗肿瘤、抗氧化、免疫调节等方面具有较好的应用前景。天然硒多糖种类少、含量少、结构复杂,并且活性机制尚不完全清楚,不利于硒多糖的研究与应用。因此寻找高效的硒多糖合成方法以及结构与活性关系的研究成为近几年关注热点。本文重点总结了三种硒多糖制备法:植物转化法、化学合成法和微生物转化法,同时对硒多糖的结构分析方法和生物活性进行了综述,旨在为硒多糖制备及开发应用提供理论依据。Abstract: Selenium polysaccharides (SP) is the selenide product of polysaccharides. It has high medicinal and health value, possesses physiological activities of selenium and polysaccharides. SP has good application in anti-tumor, anti-oxidation, immune regulation, and etc. Due to its less species, less contents, complex structure, and unclear mechanism, there are not conducive to the research and application of SP. Therefore, researching efficient SP synthesis methods and the relationship between structure and activity have become a hot topic in recent years. This article focuses on three preparation methods of SP: Plant transformation method, chemical synthesis method and microbial transformation method. At the same time, the analysis methods of structural characteristics and biological activity of SP are summarized, in order to provide theoretical basis for development and application of SP.
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表 1 部分亚硒酸盐或硒酸盐合成硒多糖方法
Table 1. Synthesis of selenium polysaccharide from selenite or selenite
硒多糖 合成方法 硒含量(μg/g) 文献 蕨麻硒多糖(SePAP) 投料比PAP:H2SeO3 = 1:0.81,用甲酰胺充分溶解,加入固体超强酸量49.37 mg,
78.39 ℃搅拌反应134.84 min。8518.81 [14] 红枣硒多糖(Se-RJP) RJP 0.20 g,加入20 mL 0.75%HNO3溶解,再加入0.3 g Na2SeO3,70 ℃搅拌反应6 h。 4454 [15] 硒化魔芋葡甘寡糖(KOGM-Se) 聚合度2~8的KOGM 0.50 g,加入50 mL0.5%HNO3溶解,
加入0.61 g Na2SeO3和0.86 g BaCl2,70 ℃搅拌反应9 h。5900 [16] 茶硒多糖(ASe-tps1、CSe-tps1) Tps1 0.50 g,加入50 mL HNO3溶解,加入0.5 g Na2SeO3和0.1 mol/L BaCl2,75 ℃反应8 h。 1.12~2.12、1.88~2.36 [17] 红芪硒多糖(Se-RHP) RHP 0.4 g,溶于40 mL 0.6%HNO3,加入Na2SeO3和BaCl2,65 ℃搅拌反应8 h。 3290 [18] 款冬花硒多糖 [m(Na2SeO3):m(款冬花多糖)] = 1:1,用去离子水溶解多糖,加入3.51%AlCl3和Na2SeO3,
55 ℃微波反应40 min,微波功率410 W。3740 [19] 化香树果序硒多糖 [m(Na2SeO3):m(化香树果序多糖)]=1.60,用去离子水溶解多糖,加入4.56%AlCl3和Na2SeO3,
75 ℃微波反应35 min,微波功率360W。3580 [20] 扁藻胞外硒多糖 扁藻胞外多糖1.0 g,加入100 mL 3%HNO3溶解,加入1.0 g BaCl2和1.2 g Na2SeO3,
60 ℃超声反应8 h,超声功率70 W。7500 [21] 表 2 部分硒多糖的抗肿瘤活性
Table 2. Antitumor activity of some selenium polysaccharides
硒多糖 实验剂量 抗肿瘤作用 文献 麒麟菜硒多糖(SeGLP-1) 0.25~1 mg/mL 体外实验:通过调控Bax、Bcl-2、caspase-3蛋白表达抑制膀胱癌T24细胞增殖,
阻滞细胞周期进程,促进细胞凋亡。[54] 纹党参硒多糖 200 μg/mL 体外实验:可抑制肺腺癌A549、胃腺癌BGC-823、宫颈癌HeLa以及肝癌HepG2细胞,
且抑制率均高于纹党参多糖10%左右。[28] 红芪硒多糖(SE-HPS) 10~400 μg/mL 体外实验:通过Fas/Fasl途径发挥诱导口腔癌SCC25细胞凋亡。 [55] 硒多糖 400 mg/kg 体内实验:提高乳腺癌小鼠的脾指数、胸腺指数及脾淋巴细胞转化率,
通过诱导SBP-1表达,促进细胞凋亡。[56] 枸杞硒多糖(Se-LBP) 160 μg/mL 体外实验:对HepG2细胞具有抑制作用,并呈剂量依赖性。 [57] 紫阳绿茶硒多糖(Se-ZYTP) 25~200 μg/mL
100~400 mg/kg体外实验:对人骨肉瘤细U-2 OS细胞的增殖,且呈浓度依赖性。体内实验:
对建立小鼠肿瘤模型有明显的抑制作用,肿瘤体积变小。[58] 火棘硒多糖(Se-PFPs) 50~1000 μg/mL
400 mg/kg/d体外实验:Se-PFPs对乳腺癌MDA-MB、卵巢癌HEY和SKOV3细胞具有显著抑制作用,
呈浓度依赖性。体内实验:小鼠移植瘤组织中Bcl-2、N-cadherin、Vimentin和
MMP-9的表达降低,Bax和E-cadherin的表达升高,具有抗肿瘤活性。[59] 注:Bcl-2(B细胞淋巴瘤-2);Bax(Bcl-2相关X蛋白);caspase-3(半胱氨酸蛋白酶3);SBP-1(硒结合蛋白1);N-cadherin(神经型钙黏蛋白);Vimentin(波形蛋白);E-cadherin(上皮型钙黏蛋白)。 -
[1] Xiang Q F, Zhang W J, Li Q, et al. Investigation of the uptake and transport of polysaccharide from Se-enriched Grifola frondosa in Caco-2 cells model[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2020,158:1330−1341. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.04.160 [2] Zhang W J, Zhang J, Ding D J, et al. Synthesis and antioxidant properties of Lycium barbarum polysaccharides capped selenium nanoparticles using tea extract[J]. Artificial Cells Nanomedicine and Biotechnology,2018,46(7):1463−1470. doi: 10.1080/21691401.2017.1373657 [3] 中国营养学会. WS/T 578.3-2017 中国居民膳食营养素参考摄入量[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017. [4] 齐鹏翔, 陈玉颖, 陈山. 硒多糖的合成方法及其特性研究进展[J]. 食品工业科技,2019,40(1):332−336. [5] Liu X G, Zhang G L, Gao P Y. Structural characteristics of Medicago Sativa L. polysaccharides and Se-modified polysaccharides as well as their antioxidant and neuroprotective activities[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2020,147:1099−1106. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.10.078 [6] 蔡佳欣. 硒化和酶解修饰改性对荔枝多糖结构和生物活性的影响[D]. 广州: 广东药科大学, 2019. [7] Hoewyk D V, Çakir O. Manipulating selenium metabolism in plants: A simple twist of metabolic fate can alter selenium tolerance and accumulation[M]. Germany: Springer International Publishing, 2017, 11: 165−176. [8] 王清华, 井大炜, 杜振宇, 等. 不同时期叶面喷硒对冬枣含硒量与品质的影响[J]. 农业资源与环境学报,2020,37(2):226−232. [9] 俞浩, 周国梁, 肖新. 叶面喷施亚硒酸钠对滁菊品质及抗氧化酶活性的影响[J]. 中药材,2017,40(3):540−542. [10] Zhu L, Wang P, Zhang W, et a1. Effects of selenium application on nutrient uptake and nutritional quality of Codonopsis lanceolate[J]. Scientia Horticuhurae,2017,225:574−580. doi: 10.1016/j.scienta.2017.06.064 [11] Galinha C, Pacheco A M G, Freitas M D C, et a1. Selenium in bread and durum wheats grown under a soil-supplementation regime in actual field conditions, determined by cyclic and radiochemical neutron activation analysis[J]. Journal of Radioanalytical & Nuclear Chemistry,2015,304(1):139−143. [12] 张宁, 宫路路. 硒多糖的合成及药理研究[J]. 智慧健康,2020,6(2):66−68. [13] Wang J L, Zhao B T, Wang X F, et al. Synthesis of selenium-containing polysaccharides and evaluation of antioxidant activity in vitro[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2012,51(5):987−991. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2012.08.011 [14] 慕星星, 石继鹏, 王铖博, 等. 不同取代度蕨麻硒多糖的制备、表征及体外抗氧化活性[J]. 食品工业科技,2019,40(12):191−198. [15] 丁慧萍, 秦少伟, 吴丽明, 等. 红枣硒多糖的合成及性质研究[J]. 食品工业,2015,36(6):220−225. [16] 刘启顺, 陈玮, 巩凤芹, 等. 硒化魔芋葡甘寡糖的合成及其抗氧化活性[J]. 食品科学,2019,40(13):68−73. doi: 10.7506/spkx1002-6630-20180704-058 [17] Zhu J X, Yu C, Han Z, et al. Comparative analysis of existence form for selenium and structural characteristics in artificial selenium-enriched and synthetic selenized green tea polysaccharides[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2019,154:1408−1418. [18] Wei D F, Chen T, Yan M F, et al. Synthesis, characterization, antioxidant activity and neuroprotective effects of selenium polysaccharide from Radix hedysari[J]. Carbohydrate Polymers,2015,125:161−168. doi: 10.1016/j.carbpol.2015.02.029 [19] 王国全, 赵鹏, 张丽华, 等. 微波辅助合成款冬花硒多糖的研究[J]. 临床医学研究与实践,2018,3(31):1−3, 6. [20] 赵鹏, 张婷婷. 微波辅助制备化香树果序硒多糖的研究[J]. 广东化工,2019,46(13):17−18, 16. doi: 10.3969/j.issn.1007-1865.2019.13.008 [21] 刘梓茂, 温俊昊, 潘荣华, 等. 应用正交实验优化扁藻胞外多糖硒化工艺的研究[J]. 广东医科大学学报,2019,37(5):501−505. doi: 10.3969/j.issn.1005-4057.2019.05.002 [22] 龚晓钟, 欧阳政. 硒化黄芪多糖制备条件及其结构的研究[J]. 天然产物研究与开发,1998(2):26−32. [23] Gao Z Z, Chen J, Qiu S L, et al. Optimization of selenylation modification for garlic polysaccharide based on immune-enhancing activity[J]. Carbohydrate Polymers,2016,136:560−569. doi: 10.1016/j.carbpol.2015.09.065 [24] 邹修文. 灵芝硒多糖的合成及抗肿瘤活性研究[D]. 南宁: 广西师范学院, 2015. [25] Nancharaiah Y V, Lens P N. Selenium biomineralization forbiotechnological applications[J]. Trends in Biotechnology,2015,33(6):323−330. doi: 10.1016/j.tibtech.2015.03.004 [26] 高慧娟, 冯九海, 韩玉琦, 等. 富硒荷叶离褶伞菌丝体中硒多糖提取工艺的优化及红外光谱分析[J]. 食品与发酵工业,2018,44(3):151−158. [27] 曾璇竹, 雷于国, 胡国元, 等. 富硒香菇多糖发酵工艺的优化及其抗氧化活性[J]. 食品工业科技,2018,39(17):186−192. [28] 陈文霞, 张培, 高霞, 等. 硒化纹党参多糖和其抗A549细胞的活性[J]. 中成药,2015,37(11):2408−2413. [29] Ru Y, Liu K X, Kong X Y, et al. Synthesis of selenylated polysaccharides from Momordica charantia L. and its hypoglycemic activity in streptozotocin-induced diabetic mice[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2020,152:295−304. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.02.288 [30] Li Q, Wang W, Zhu Y, et al. Structural elucidation and antioxidant activity a novel Se-polysaccharide from Se-enriched Grifola frondosa[J]. Carbohydrate Polymers,2017,161:42−52. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.12.041 [31] Wang J L, Li Q Y, Bao A J, et al. Synthesis of selenium-containing Artemisia sphaerocephala polysaccharides: Solution conformation and anti-tumor activities in vitro[J]. Carbohydrate Polymers,2016,152:70−78. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.06.090 [32] Gu Y G, Qiu Y, Wei X, et al. Characterization of selenium-containing polysaccharides isolated from selenium-enriched tea and its bioactivities[J]. Food Chemistry,2020,316:126371. doi: 10.1016/j.foodchem.2020.126371 [33] Wang L, Zhang P Z, Shen J W, et al. Physicochemical properties and bioactivities of original and Se-enriched polysaccharides with different molecular weights extracted from Pleurotus ostreatus[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2019,141:150−160. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.08.250 [34] 王路瑶. 根瘤菌发酵产胞外多糖和富硒多糖及其活性分析[D]. 芜湖: 安徽工程大学, 2019. [35] Xiao H, Chen C, Li C, et al. Physicochemical characterization, antioxidant and hypoglycemic activities of selenized polysaccharides from Sargassum pallidum[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2019,132:308−315. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.03.138 [36] 刘倩, 吴悦, 方明梦, 等. 秀珍菇富硒多糖的制备及体外抗氧化活性研究[J]. 长江大学学报(自科版),2017,14(10):56−60, 5. [37] 于闯. 富硒方式对茶多糖的影响研究[D]. 上海: 上海师范大学, 2018. [38] Qin T, Chen J, Wang D Y, et al. Optimization of selenylation conditions for Chinese angelica polysaccharide based on immune-enhancing activity[J]. Carbohydrate Polymers,2013,92(1):645−650. doi: 10.1016/j.carbpol.2012.08.097 [39] 张昊, 魏跃伟, 姬小明, 等. 烟叶多糖硒化衍生物制备及其体外抗氧化活性研究[J]. 生物技术通报,2019,35(10):89−94. [40] 胡成, 刘雅萌, 戴士杰, 等. 硒化肿节风浸膏残渣多糖的制备、工艺优化及抗肿瘤活性研究[J]. 中国药科大学学报,2018,49(1):109−116. doi: 10.11665/j.issn.1000-5048.20180116 [41] 陈亮. 天然富硒和人工富硒绿茶中硒多糖活性和结构的研究[D]. 上海: 上海师范大学, 2016. [42] 白炜琪. 硒化苦瓜多糖的制备、分形结构表征和降血糖作用研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2018. [43] 薛玲, 付思雨, 刘祥东, 等. 硒多糖药理作用的研究进展[J]. 中国医学创新,2019,16(10):169−172. [44] 谷娜, 侯艳秋, 郑晓凤, 等. 山药多糖及其硒多糖抗氧化性的比较研究[J]. 微量元素与健康研究,2016,33(5):41−43. [45] 岳丽红, 王玉俊, 李晶, 等. 黑木耳硒多糖体外抗氧化作用的研究[J]. 畜牧与饲料科学,2016,37(8):18−20. doi: 10.3969/j.issn.1672-5190.2016.08.006 [46] 张越锋, 李福燕, 吴瑛. 红枣多糖及红枣硒多糖抗氧化活性的比较研究[J]. 食品研究与开发,2015,36(3):4−9. doi: 10.3969/j.issn.1005-6521.2015.03.002 [47] 侯巍, 张云杰, 侯艳秋, 等. 玉米须硒多糖的抗氧化活性研究[J]. 食品研究与开发,2016,37(7):37−40. doi: 10.3969/j.issn.1005-6521.2016.07.009 [48] Liu X, Gao Y, Li D, et al. The neuroprotective and antioxidant profiles of selenium-containing polysaccharides from the fruit of Rosa laevigata[J]. Food & Function,2018:10.1039. [49] Chen D J, Sun H Y, Shen Y X, et al. Selenium bio-absorption and antioxidant capacity in mice treated by selenium modified rice germ polysaccharide[J]. Journal of Functional Foods,2019,61:103492. doi: 10.1016/j.jff.2019.103492 [50] 李华为, 赵素云, 刘晓波, 等. 硒多糖的抗氧化活性及与过氧化氢酶协同作用的研究[J]. 分析化学,2010,38(9):1256−1260. [51] 国家卫生和计划生育委员会统计信息中心, 中国疾病预防控制中心慢性非传染性疾病预防控制中心. 中国死因监测数据集2016[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 2017: 26. [52] 郑荣寿, 孙可欣, 张思维, 等. 2015年中国恶性肿瘤流行情况分析[J]. 中华肿瘤杂志,2019(1):19−28. doi: 10.3760/cma.j.issn.0253-3766.2019.01.005 [53] 王以斌, 张秀芳, 缪锦来, 等. 海藻硒多糖胶囊配合介入治疗中晚期恶性肿瘤临床研究[J]. 亚太传统医药,2016,12(16):138−140. [54] 刘安, 刘龙强, 张建勋. 硒化麒麟菜多糖对膀胱癌细胞生长、凋亡的作用及Bax、Bcl-2、caspase-3蛋白表达的影响[J]. 现代泌尿外科杂志,2017,22(9):700−704. doi: 10.3969/j.issn.1009-8291.2017.09.014 [55] 曾素娟, 彭博, 程卫东, 等. 红芪多糖和硒化红芪多糖对口腔癌细胞作用的体外实验研究[J]. 口腔疾病防治,2019,27(12):757−762. doi: 10.12016/j.issn.2096-1456.2019.12.002 [56] 薛玲, 刘祥东, 付思雨, 等. 硒多糖对MCF-7乳腺癌小鼠的抗肿瘤作用研究[J]. 医学信息,2019,32(1):73−76. doi: 10.3969/j.issn.1006-1959.2019.01.024 [57] 李梅林, 杜津昊, 刘建飞, 等. 枸杞硒多糖的合成及对人体肝癌HepG2细胞增殖的体外抑制作用评价[J]. 食品工业科技,2018,39(11):22−27. [58] Wang Y C, Chen J, Zhang D Z, et al. Tumoricidal effects of a selenium (Se)-polysaccharide from Ziyang green tea on human osteosarcoma U-2 OS cells[J]. Carbohydrate Polymers,2013,98(1):1186−1190. doi: 10.1016/j.carbpol.2013.07.022 [59] Sun Q L, Dong M M, Wang Z H, et al. Selenium-enriched polysaccharides from Pyracantha fortuneana (Se-PFPs) inhibit the growth and invasive potential of ovarian cancer cells through inhibiting β-catenin signaling[J]. Oncotarget,2016,7(19):28369−28383. doi: 10.18632/oncotarget.8619 [60] 陈玲玲, 林玲. 微量元素硒对提高人体免疫力的作用[J]. 中国学校卫生,2003(3):296. doi: 10.3969/j.issn.1000-9817.2003.03.080 [61] 吴秀钦, 秦韬, 任喆, 等. 硒化修饰太子参多糖对巨噬细胞免疫活性的影响[J]. 中国兽医科学,2015,45(12):1313−1320. [62] 宋玉龙, 丘富安, 吴秀钦, 等. 硒化修饰太子参多糖对免疫损伤小鼠的免疫保护作用[J]. 中国兽医学报,2017,37(11):2163−2167, 2180. [63] 汤震, 顾丽霞, 相兴伟, 等. 硒化低聚氨基多糖对免疫抑制小鼠免疫器官及肠紧密连接蛋白表达的影响[J]. 食品科学,2019,40(21):171−176. doi: 10.7506/spkx1002-6630-20180927-303 [64] 林丹丹, 秦韬, 任喆, 等. 硒化党参多糖对免疫抑制小鼠免疫功能的影响[J]. 中国畜牧兽医,2016,43(6):1544−1549. [65] 邱树磊, 杨海峰, 陈晓兰, 等. 硒化大蒜多糖对环磷酰胺所致免疫抑制鸡的颉颃作用[J]. 中国畜牧兽医,2018,45(10):2885−2893. [66] 周军, 白兆帅, 徐辉碧, 等. 硒蛋白与糖尿病——硒的两面性[J]. 化学进展,2013,25(4):488−494. [67] 张浩, 李东山, 谭开祥, 等. 富硒青钱柳多糖对α-葡萄糖苷酶及HepG2细胞葡萄糖消耗的影响[J]. 食品工业科技,2018,39(2):40−43, 50. [68] 姜霞, 罗丹, 谭开祥, 等. 富硒青钱柳多糖对糖尿病模型小鼠降血糖研究[J]. 中医药导报,2018,24(17):66−69. [69] Zhou N, Long H R, Wang C H, et al. Research progress on the biological activities of selenium polysaccharides[J]. Food & Function,2020,11(6):4834−4852. [70] 刘玥. 硒化麒麟菜多糖的抗肿瘤和抗病毒研究[D]. 广州: 暨南大学, 2008. [71] Lü H T, Gao Y J, Shan H, et al. Preparation and antibacterial activity studies of degraded polysaccharide selenide from Enteromorpha prolifera[J]. Carbohydrate Polymers,2014,107:98−102. doi: 10.1016/j.carbpol.2014.02.045 [72] 余宏. 富硒茶多糖的提取及其对运动疲劳综合症的影响探究[J]. 福建茶叶,2018,40(10):37. doi: 10.3969/j.issn.1005-2291.2018.10.034 [73] 聂木海, 张全新, 柳洋, 等. 硒多糖对镉中毒大鼠肾保护作用的研究[J]. 实用预防医学,2005,12(6):1311−1312. doi: 10.3969/j.issn.1006-3110.2005.06.023 [74] 朱晓庆, 连科迅, 张海军, 等. 硒化乌拉尔甘草多糖的抗炎活性研究[J]. 黑龙江畜牧兽医,2018,544(4):178−181. [75] 滕杨, 谷娜, 罗时旋, 等. 山药硒多糖对CCl4诱导小鼠急性肝损伤的保护作用[J]. 食品工业科技,2015,36(15):362−364, 369. -