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不是所有葡聚糖都是酵母β-葡聚糖

图源:安琪纽特

一、多糖是重要的生物信息载体

蛋白质、核酸和多糖是构成生命的3类大分子,蛋白质和核酸的研究已经成为生命科学中的热点问题。随着蛋白质和核酸中更多的奥秘被人类知晓,糖类的重要性也浮出水面(Erika,2001)。

多糖中的糖单体有多种链接点,从而形成不同构型的直链和支链的结构。相比蛋白质和核酸,多糖具有更多的生物信息携带能力。应是生命过程中最理想的信息载体,能以最小的结构单位承载最大的生物信息量。

制图:新营养

葡聚糖是在自然界中最为常见的多糖链,是由葡萄糖单体聚合而成的一类高分子多糖;葡聚糖分为α型和β型; 淀粉等是α型葡聚糖,是机体能量的主要来源,不具备免疫等其他生物活性;β型葡聚糖主要是由β-1-3-D、β-1-4-D、β-1-6-D等葡聚糖组成,医学研究已证实具有免疫调节、抗肿瘤、抗炎、抗病毒、抗氧化、抗辐射、降血糖、降血脂、保肝等多种生物活性和功能,成为药理学尤其是免疫药理学研究的热点。国内外对β-葡聚糖的研究迅速发展,相关的研究论文不断见诸报道。其中来自酵母的β-葡聚糖研究较为充分。

二、不同来源的葡聚糖结构差异较大

按其来源来划分,大致可分为细菌葡聚糖(细菌细胞壁)、真菌葡聚糖(酵母、蘑菇)、谷物葡聚糖(燕麦、青稞)等种类,因来源不同而结构各有差异。一般来说,葡聚糖都是有β-1,3链接的主链,但谷物葡聚糖还包含β-1,4主链。酵母和真菌β-葡聚糖分别包含长β-1,6支链和短的β-1,6支链,而细菌葡聚糖没有分支(Volman,2008)。

制图:新营养

1957年,Benacerraf等发现了静脉注射酵母多糖(zymosan)会对吞噬细胞活性产生影响,从而推测出该物质是吞噬细胞刺激剂。在1961年,由Riggi确定了酵母多糖中具有生物活性的物质是葡聚糖(Riggi,1961)。该发现开创了葡聚糖作为免疫活性物质研究的新纪元。之后人们又展开了大量的工作,陆续从各种来源中提取和制备了各种葡聚糖。迄今为止,作为最早研究的酵母β-葡聚糖是研究最深入、功效机理最明确的β-葡聚糖之一。

三、影响葡聚糖功能的结构

多糖结构的微小差异可能对生物功能有重大影响。近30年来,随着分子生物学特别是细胞生物学的高速发展,糖的诸多生物学功能也已 被逐步揭示和认识。

β-葡聚糖的功能受主链及分支度影响较大。多数具有突出生物学活性的葡聚多糖都以β-1,3糖苷键连接,活性最强的多糖是具有分支的β-1,3葡聚糖。所有的活性多糖具有一个共同的结构:主链由β-1,3连接的葡萄糖组成,沿主链随机分布着由β-1,6连接的葡聚糖,呈梳状结构。生物活性的大小随多糖的精细结构和构象不同而变化(John A,1995)。

葡聚糖的活性还取决于它的分子大小。分子的大小是多糖具备生物活性的必要条件,这可能同多糖分子形成的高级构型有关。其中相对分子质量在100,000~2,000,000之间的多糖活性最强(Brown GD, 2003)。

多糖中的官能团的种类对其生物活性有极大的影响。如糖链上硫酸基、乙酰基、烷基和羧甲基等的取代位置和含量及络合元素的种类决定了多糖有何活性及活性大小。官能团的改造已成为研究多糖构 效关系的有力手段。通常可以通过羧甲基化、硫酸酯化、乙酰化、磷酸酯化等改造多糖官能团的方法有目的地得到高活性的多糖片段或寡糖。

制图:新营养

总的来说,以β-1,3-葡聚糖为主链、β-1,6-葡聚糖为支链的结构,分子量在100,000以上的高分子多糖,是葡聚糖具有活性作用的关键。

四、葡聚糖在皮肤护理中的应用

各类葡聚糖因其结构的差异,其应用功能也有较大差异。酵母β-葡聚糖口服后能够调节人体免疫系统,因此目前在食品领域应用较为广泛,如婴幼儿配方奶粉、各类保健食品中都有应用。谷物来源的葡聚糖口服后能够被肠道菌群利用,具有膳食纤维样的功能,因此在调节血脂、降低心血管疾病的发病率方面有较好的效果。

除了在食品领域的应用,葡聚糖在护肤品方面也有非常广泛的应用。同样,因其结构的差异,不同来源的葡聚糖在皮肤护理方面的功能也是差别较大。肌肤是人体非常重要的防御系统,是隔绝人体与外界的天然屏障, 同时还具有新陈代谢和生化免疫的反应系统功能。在表皮层中, 肌肤的免疫系统包括细胞浆、控制免疫力的朗格罕氏细胞( Langerhans Cells) 和角质细胞。其中朗格罕氏细胞近年来被证实其与皮肤内的巨噬细胞二者之间有相当特殊的关系,在皮肤免疫上扮演着极其重要的角色。在皮肤角质层下有许多由朗格罕氏细胞组成的免疫网络, 朗格罕氏细胞为树突状细胞,其触角可抵达角质层细胞, 是葡聚糖的受体。因为β-1, 3-D葡聚糖特殊结构与细胞膜受体的结合, 引起一系列立体化学变化, 从而引起激活巨噬细胞, 产生各种细胞因子(如 IL1、 IL6、 GMCSF)、 表皮生长因子( EGF) 、肿瘤坏死因子( TNF ) 和血管生成因子(AF)。在衰老、受损、或长有皱纹的皮肤上, 表皮细胞生长因子的增加可以提高胶原蛋白和弹性蛋白的生成,进而促进肌肤的修复,使皮肤的外观得以改善, 并使细小的皱纹消失(严明强,2007)。

制图:新营养

但并不是所有的葡聚糖都具有酵母β-葡聚糖类似的分子结构,因此也不完全具有类似的皮肤修复的功能。有的虽然具有一定分子量,但并不具有β-1,3/1,6的结构,因此只具有生物纤维类似的保湿功能;有的虽然具有β-1,3/1,6的结构,但因来源原因,其多糖的分支度的大小、分子量的大小并不能与免疫细胞的受体特异性的结合,也无法达到类似的修复功能。因此在配方选择时,需根据产品的定位,合理选择特定来源的葡聚糖原料。

参考来源:
1.Brown GD, Gordon S. Fungal b-glucans and mammalian immunity. Immunity 2003;19:311-15.
2.Erika J. Sugars could be biology’s next sweet spot. Technology Reviewer, 2001(10):1~2;
3.John A, B0Iln,eta1.Carbohydt Polymers,1995,28:3~l
4.Riggi S J, Di Luzio N R. Identification of a reticuloendothelial stimulating agent in zymosan[J].Am J Physiol,1961,200:297~300.
5.严明强,张红兵.β-葡聚糖在化妆品中的应用. 香料香精化妆品 2007:12(6)

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