蜂花粉多糖成分研究进展

乔子桐，尹 丽，周旖璇，于琛琛，程 岚，张纯刚

（辽宁中医药大学药学院，辽宁大连 116620）

蜂花粉（bee pollen）是花粉经花蜜和蜜蜂腺体分泌物粘合后堆积在工蜂后腿花粉篮中形成的球粒状物[1−2]。市售蜂花粉是由蜂农通过在蜂箱入口加装脱粉器收集而来[3]。因其含有较全面的营养成分和多种重要的生物活性物质而受到人们的广泛关注[4−7]。但以往科研工作者对于蜂花粉成分的研究主要聚焦在蛋白质类、脂质类、酚类和维生素上[8−13]。直到20世纪60年代多糖作为广谱免疫促进剂受到关注后，蜂花粉多糖才渐渐成为新药研究的热点之一。蜂花粉多糖的组成十分复杂，不同的植物来源和提取分离技术均会影响其成分和含量，进而影响其生物活性。本文将对蜂花粉中多糖的组成、提取、分离纯化以及生物活性方面近年来的研究工作进行比较和总结，以期为深入研究蜂花粉多糖提供参考。

1 蜂花粉多糖的提取方法

1.1 溶剂提取法

溶剂提取法是利用溶剂相似相溶的原理提取有效成分。多糖作为一种极性分子，易溶于水，不易溶于醇、醚等有机溶剂[14]。常见的溶剂提取法有：酸提法、碱提法和水提法。其中，酸提法通过增加植物细胞壁的溶胀和破裂提高多糖的溶出率[15]，碱提法对酸性多糖尤其是含糖醛酸多的多糖提取效果较好[16]。但酸性或碱性条件往往会使多糖分子结构破坏[15,17−18]，因此在使用这两种方法时应严格控制酸、碱的用量及作用时间。对于蜂花粉而言，以酸或碱作为溶剂提取多糖还需进一步研究，目前蜂花粉多糖普遍应用水提法（水提醇沉法）进行提取。左绍远等[19]通过正交试验确定当提取温度为90 ℃、浸提时间12 h、料液比1:20 时，红花蜂花粉多糖最高提取率为2.385%，明显高于其他试验组合的结果，重复三次，红花蜂花粉多糖平均提取率为2.35%，工艺稳定可行。但在提取过程中，蛋白质、苷类等易溶于水的成分也将被浸提出来，增加了后续分离纯化的难度，另外，提取温度高，有可能破坏多糖的结构，相关数据有待进一步说明。

1.2 超声波提取法

超声波提取法是利用超声波的空化作用和机械效应破坏蜂花粉外壁，从而加速蜂花粉内容物的溢出。米佳等[20]采用超声波提取法提取枸杞蜂花粉多糖，以单因素实验为基础，得率为指标，结合Box-Behnken 试验设计考察了料液比、提取温度、超声功率、超声时间对多糖的得率的影响。实验结果表明料液比1:25 g/mL、超声时间20 min 就可达到较大得率。与无超声条件下的提取工艺进行相比[19,21]，超声波提取法能够明显缩短提取时间，减少提取过程中溶剂的使用量。已有研究表明超声波强度越大破壁作用越强，越有利于多糖的释放，但也极有可能导致糖苷键的断裂破坏多糖结构[22−23]。此外，利用微波提取法提取蜂花粉多糖也出现了同样的情况。李月等[24]发现当微波功率超过500 W 时，会导致红花蜂花粉多糖部分水解，使其工艺优化后的提取率低于水提醇沉法。因此，在使用这些方法提取蜂花粉多糖时应该严格控制操作条件。

1.3 酶解法

酶解法能够利用外源酶作用于蜂花粉壁，使其破裂，促进多糖溶出。孟良玉等[25]根据单因素实验结果设计正交试验，当料液比1:50 g/mL，加1.75%纤维素酶，酶解温度47.5℃，酶解时间5 h 时，油菜蜂花粉破壁率高达85.72%，多糖提取率为18.85%。可见，酶解法可显著降低提取温度，降低提取时的能量消耗，能够避免由于温度过高而使多糖中的生物活性降低的现象。此外，对于一些外壁异常坚硬的蜂花粉，常采用复合酶制剂对其进行破壁处理。如青藏地区油菜蜂花粉，因受恶劣气候的影响，花粉孢子壁异常坚硬，酵母菌、食用菌、曲霉属等发酵方法效果很差，甚至用冷冻加热法亦无法将之破开[26−27]。卢挺[26]采用复合酶（纤维素复合酶辅加适量果胶酶）对其进行破壁，内容物溶出率≥90%。酶解法虽然简单有效，但由于酶的专一性和实验条件（需严格控制如温度、pH 等实验条件避免酶失活）的复杂性，与其他提取方法相比酶解法提取蜂花粉多糖的成本较高。

1.4 混合提取法

蜂花粉壁结构十分复杂[28]，其异常坚硬的外壁会影响内容物的释放与吸收。因此，在提取多糖时常与蜂花粉破壁法相结合。常见的混合提取方法有温差-酶法、温差-超声法、超声-酶法等。马福敏等[29]发现经超声波结合酶法提取茶花蜂花粉总多糖的含量较其他复合法高。这可能是由于超声产生的机械振动破坏蜂花粉外壁的同时，还增加了蜂花粉组织在溶剂中的分散性，进而增大了酶与蜂花粉组织的作用面积，使提取率升高[30−31]。且这种方法对松花粉和梨花粉的破壁率、多糖提取率也有较大影响，值得进一步研究。

2 蜂花粉多糖的分离纯化

蜂花粉粗多糖中含有大量蛋白质、无机盐、色素等非糖物质。分离纯化技术不仅能够除去蜂花粉多糖中的非糖物质，还可有效地对多糖进行分级以得到具有单一对称峰的多糖化合物[32]。对于蛋白质杂质可选用Sevage、三氟三氯乙烷及三氯乙酸（TCA 法）等化学试剂，使蛋白质形成胶状物质，离心除去，或利用蛋白酶法，二者相比，化学试剂法极易造成多糖的断裂；而蛋白酶法，由于酶的特异性，在清除蛋白的同时能够较好的保证多糖的生物活性[33]，但价格较高。若将二者相结合，就能在有效脱除蛋白的同时，降低多糖的损失，并且能够节约成本、降低污染，可应用于工业生产。李月等[34]探究红花蜂花粉多糖的最佳脱蛋白工艺，发现相同条件下Sevage-酶法的效果最好，蛋白清除率可达45.88%，多糖保留率为86.49%，有良好的应用前景。对于蜂花粉粗多糖中色素、低分子化合物和无机盐，可选用如活性炭吸附法、反胶束法、透析法等进行分离处理。其中活性炭吸附法是目前较为常见的多糖脱色方法，而透析法由于耗时较长，多糖溶液长期在室温下容易滋生细菌等缺陷，近年来也常采用超滤法代替。

除去杂质后的多糖需进一步纯化，目前应用最广泛的多糖处理方法是柱层析法。研究者将水提醇沉法得到的红花蜂花粉粗多糖（PBPC），经DEAE-52 cellulose（1.6 cm×40 cm）柱分离，依次用水、0.1、0.2、0.3 和1 mol/L 的NaCl 洗脱，得到5 种组分（PBPC-Ⅰ、PBPC-Ⅱ、PBPC-Ⅲ、PBPC-Ⅳ、PBPC-Ⅴ），再经SaphadexG75 进一步分级纯化，除PBPC-Ⅰ分离得到PBPC-Ⅰa 和PBPC-Ⅰb 两个级分外，其余组分均为单一对称峰[35]。李娟等[36]采用水提醇沉法提取荞麦蜂花粉粗多糖，经木瓜蛋白酶- Sevag法、DEAE-52 cellulose 柱层析法对多糖分离纯化，得到三种多糖组分（WFPP-N、WFPP-1、WFPP-2），紫外光谱分析三个组分多糖均不含有蛋白、核酸等杂质，但均含β-型糖苷键。吴盼盼等[37]利用DEAE-纤维素柱、HW-55F 色谱柱及 Sephacryl 色谱柱、Sepharose 色谱柱对油菜蜂花粉水提醇沉物进行分离，得到具有单一对称峰的多糖化合物A。再经氢谱与碳谱确定其为直链型化合物，片段结构为：HOCH2-[CHOH]4-COOH。

3 蜂花粉多糖的组成分析

由于花卉物种来源、提取方法和分离纯化技术的差异，蜂花粉多糖的成分和摩尔比各不相同。表1总结了近几年来报道的蜂花粉多糖的组成、摩尔比及其检测方法。气相色谱和气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）是分析蜂花粉多糖中单糖组成的常用方法。王昀等[39]通过三氟乙酸水解、衍生化、GCMS 技术对红花蜂花粉多糖组分PBPC-Ⅱ的单糖组成进行分析，结果发现PBPC-Ⅱ由鼠李糖（Rha）、阿拉伯糖（Ara）、岩藻糖（Fuc）、木糖（Xly）、葡萄糖（Glc）及半乳糖（Gal）构成，其摩尔比为1.40:1.53:1:1.11:2.79:9.73。高效液相色谱法也被用来分析蜂花粉多糖的单糖组成。据报道，经高效液相色谱法测定的菊花蜂花粉总多糖（WDPP）主要由鼠李糖（Rha）、半乳糖醛酸（GalA）、葡萄糖（Glc）、半乳糖（Gal）、阿拉伯糖（Ara）和少量的葡萄糖醛酸（GlcA）和甘露糖（Man）组成[41]。此外，王建波等[44]利用毛细管电泳法（HPCE）测定玉米花粉多糖的单糖组成，创新使用含硼砂的缓冲液，在改善糖在水中的解离能力较差、不易带电荷特性的同时，利用不同单糖与硼砂的络合物形成有效淌度的差异，再经α-萘胺衍生试剂衍生处理，得出玉米花粉多糖主要是由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖3 种单糖组成。此法为蜂花粉多糖中单糖组成的分析提供了新思路。

表1 不同来源的蜂花粉多糖的单糖组成及测定方法Table 1 Composition of monosaccharide and determination methods in bee pollen polysaccharides from different sources

4 蜂花粉多糖的生物活性研究

蜂花粉多糖由于来源丰富、种类繁多，近年来渐渐成为食品与药品研究的热点。其在抗肿瘤、抗氧化、降糖、降脂等多方面均表现出良好的生物活性（见图1），极具开发和利用前景。

图1 蜂花粉多糖生物活性Fig.1 Biological activity of polysaccharide from bee pollen

4.1 抗肿瘤作用

根据世界卫生组织的数据，全球有13%的人死于癌症[45]。目前治疗癌症的放疗与化疗药物均表现出极大的细胞毒性而致患者产生脱发、贫血等不良反应。据报道，天然多糖在一系列癌细胞系中除表现出良好的抗癌活性外，对恶性肿瘤患者的毒副作用较小，是一种新型的抗癌候选药物[46−47]。王昀等[48]发现红花蜂花粉多糖组分PBPC-Ⅱ对MDA -MB231细胞（人乳腺癌细胞）具有明显的抑制作用，通过抑制C-myc、Bcl-2 基因转录与蛋白表达，增强P53、Bax基因及蛋白的表达，抑制MDA -MB231 细胞的生长并加速其凋亡。这也表明红花蜂花粉多糖组分PBPC-Ⅱ可能是一种治疗人类乳腺癌的潜在药物。与此同时，研究人员进行了大量的动物模型试验。发现枸杞蜂花粉多糖可显著调节小鼠体内Bax、Bcl-2的表达水平，活化Caspase-9 和Caspase-3[49]。这可能与癌细胞的线粒体凋亡途径有关。即通过抑制PI3K/AKT 信号通路，降低线粒体膜电位，促进半胱氨酸蛋白酶（Caspase，引起细胞凋亡的活性物质）生成，诱导癌细胞凋亡[50]。目前，这种信号通路的抑制剂已经被认为是抗肿瘤潜在的候选药物。此外，红花蜂花粉多糖组分PBPC-Ⅰ对肝癌小鼠的抑癌作用也被证实[51]。其抗肿瘤机理被认为是多糖通过宿主免疫系统间接发挥其抗肿瘤作用，而不是通过直接细胞毒性。PBPC-Ⅰ能够促进T细胞生长因子的分泌增强免疫细胞活性，保护免疫器官，调控血管内皮生长因子（VEGF）水平，进而调节Bcl-2、C-myc、Bax、P53 表达促进肿瘤细胞凋亡，间接抑制肿瘤的分裂增殖与生长。

4.2 抗氧化作用

许多疾病，如心血管疾病、代谢性疾病、退行性疾病（关节炎、帕金森氏病、阿尔茨海默病）和某些肿瘤疾病均与机体氧化现象有关[52]。目前研究蜂花粉多糖的体外抗氧化活性，常采用如1,1 -二苯基-2-苦基肼法（DPPH）、铁还原/抗氧化能力法（FRAP）和2,2 ' -阿兹诺比斯-（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）法（ABTS）进行评定。王昀等[48]发现红花蜂花粉多糖组分PBPC-Ⅱ对羟自由基、超氧阴离子和 DPPH 均有清除作用，且在一定范围内随着PBPC-Ⅱ浓度的增加其清除活性增强。同时，从枸杞蜂花粉中提取的多糖对 ABTS 和 DPPH 的清除作用也得到了证实[20]。值得注意的是，周望庭等[53]比较枸杞蜂花粉中水提物、水提醇沉上清液（多酚）和水提醇沉物（粗多糖）的抗氧化活性发现三者均具有显著的 ABTS 清除作用，与 VC对 ABTS 的最高清除率相比无显著性差异。另外，粗多糖对 Fe2＋的螯合作用明显较其余二者更强。这表明粗多糖中的其他因素，如蛋白质、某些功能性基团以及多酚的含量可能在抗氧化活性中起到了一定作用。蜂花粉多糖在体外的抗氧化作用的机制仍不确定。

为进一步证明蜂花粉多糖抗氧化损伤的作用，近年来研究者还进行了一些动物试验，发现云南产油菜蜂花粉多糖（RBPP）对CCl4建立的肝损伤小鼠模型具有良好的抗氧化作用，在明显减轻肝损伤小鼠肝小叶结构破坏、细胞条索状结构解离、肝细胞水肿等现象的同时，RBPP 各剂量组均可增强CCl4所致急性肝损伤小鼠的抗氧化能力，使小鼠肝脏超氧化物歧化酶（SOD）活性明显回升、丙二醛（MDA，过氧化反应的最终产物）含量显著下降，且高剂量组SOD 活性已恢复到了正常水平[54]。这表明蜂花粉多糖对小鼠氧化型肝损伤具有治疗作用。此外，蜂花粉多糖还可以通过保护小鼠细胞膜免受脂质过氧化反应的损伤、维持细胞膜的结构和功能、清除自由基以及提高小鼠体内肝糖原和肌糖原含量，达到延缓小鼠红细胞的衰老、提升机体抗疲劳能力的作用，防治氧化损伤[55−57]。可见蜂花粉多糖作为抗氧化药用或食用天然添加剂值得进一步研究。

4.3 降糖、降脂作用

山茶蜂花粉多糖能有效降低实验性糖尿病小鼠的血糖值，且呈现出一定的剂量依赖性，但对正常小鼠的血糖值无影响[58]。可见，蜂花粉多糖对小鼠血糖值表现出双向调节的作用，又因其毒副作用极小、可长期使用，对轻、中度及老年性糖尿病的防治有一定的应用价值[59−60]。此外，蜂花粉多糖还可使糖尿病大鼠血清甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）含量下降。且高剂量荞麦蜂花粉多糖（300 mg·kg−1·d−1）能使糖尿病模型大鼠的高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）含量明显升高，表明荞麦蜂花粉多糖能有效对抗四氧嘧啶（ALX）所致大鼠血脂代谢紊乱，其调脂作用接近或优于阳性对照药苯乙双胍，对预防高血脂和动脉粥样硬化也有一定作用[60]。

蜂花粉多糖也是一种可以用于治疗肥胖的新型潜在药物。宫海全等[61]发现，玫瑰蜂花粉酸性多糖可通过特异性激活饮食诱导肥胖小鼠AMPK/mTOR介导的自噬水平，显著抑制脂质堆积。

4.4 其他作用

4.4.1 抗菌和抗凝血作用 植物多糖对肠道微生物环境有积极影响[62−63]。枸杞蜂花粉多糖能显著提高短链脂肪酸的产量，通过增加普雷沃菌属、Dialister属、巨单胞菌属，减少类杆菌属、梭状芽孢菌属、弗雷杆菌属、大肠杆菌、志贺氏杆菌的数量调节肠道菌群[49]。此外，蜂花粉多糖对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、普通变形杆菌、枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌和大肠埃希菌均有抑制作用[64]。

蜂花粉多糖的抗凝血作用主要表现在体外抗凝血。红花蜂花粉多糖（PBPC-Ⅱ）能延长人体血浆APTT（活化部分凝血活酶时间）与PT（凝血酶原时间），且呈剂量依赖关系[35]。蜂花粉多糖的抗菌及抗凝血活性虽不及临床常规药物（青霉素和肝素），但其来源于天然产物，具有低毒、安全、低耐药性等特点，具有良好的应用前景。

4.4.2 应用于家禽饲料的作用 有研究表明蜂花粉多糖作为饲料饲喂肉鸡可以促进肉鸡的肝、胰腺、小肠腺等免疫器官的生长发育，提高肉鸡的免疫器官指数（免疫器官重量/活鸡重），增强肉鸡的消化功能和代谢功能[65]。此外，蜂花粉多糖对家禽生长速度也有一定促进作用[66]，但对其体态结构的性状影响不大[67]。

5 结论及展望

有研究者利用体外抗氧化活性实验对比多糖中不同成分的生物活性，经傅立叶变换红外光谱（FTIR）发现多糖较强的抗氧化活性和肝保护作用均由其特殊的单糖组成C-O-Se 键型决定[68]。可见，阐明多糖的结构特征对探索多糖结构与生物活性之间的构效关系具有重要的意义。但蜂花粉多糖结构复杂，其复杂性不仅仅只体现在其种类繁多上，多糖链间的连接方式和糖基构型的差异也对蜂花粉多糖的结构分析造成了困难。因此，蜂花粉多糖的结构与生物活性的构效关系有待进一步发展。此外，人们对蜂花粉多糖的许多药理作用及其机理的研究并不深入，药物代谢动力学数据缺失严重，关于蜂花粉多糖的质量标准也尚不完善。为了更好的开发蜂花粉多糖类产品，临床应用试验和对蜂花粉多糖的结构分析仍然是目前发展的重点。