红芪是甘肃特色药材，来源于豆科植物多序岩黄芪 Hedysarum polybotrys Hand. -Mazz.的干燥根，药理活性广泛，临床上常用于抗肿瘤、降血糖及调节免疫力等。植物多糖为中药的活性成分，一般可以改善机体的肠道微环境，促进益生菌的生长[1]。红芪多糖（ Hedysarum polybotrys polysaccharides，HPS）作为红芪的主要活性成分，有HPS-1、HPS-2、HPS-3等，已成为研究热点[2]。
HPS是一种杂多糖，构成复杂，生物活性多样。现代药理研究表明HPS有免疫调节、抗氧化、抗炎、抗肿瘤、机体保护、防治糖尿病并发症及抗骨质疏松等作用[3-9]，具有新药开发的潜在优势及临床药用价值[10]。目前，HPS的研究多集中在分离纯化、结构修饰及衍生化等；而HPS的单体成分在临床上的药用较少。基于此，本文通过总结HPS的药理作用及机制的研究进展，进而明确HPS的应用前景，为HPS的合理开发提供参考依据。
1 免疫调节
免疫调节是机体的重要生理功能，牛江涛等[11]研究发现红芪的免疫调节作用优于黄芪。HPS可以促进免疫抑制小鼠免疫细胞的增殖和白细胞介素-2（interleukin-2，IL-2）的表达，增强巨噬细胞的吞噬能力，增加溶血素，提升巨噬细胞的杀伤活力。徐静汶[12]和邵晶等[13]发现HPS能够显著提高环磷酰胺诱导的免疫低下小鼠的非特异性免疫功能、特异性体液免疫和细胞免疫功能的作用。李磊强[14]通过研究HPS对小鼠脾淋巴免疫作用的影响，发现HPS能够调节脾淋巴细胞的免疫功能，增加IL-2分泌，诱导辅助性T细胞1（helper T cell 1，Th1）分化，增强免疫细胞的应答。
王希玉等[15]通过观察HPS不同单体（HPS-1、HPS-2、HPS-3）的免疫作用，发现HPS的3种单体均能增强淋巴细胞转化功能，改善红细胞天然免疫功能。探究HPS-3促进小鼠胸腺细胞增殖的差异蛋白质，发现HPS-3可使小鼠胸腺、脾脏指数增加，增殖胸腺T淋巴细胞以提高小鼠的免疫力。颜春鲁等[16]研究发现HPS能够提高环磷酰胺所致免疫抑制模型大鼠的免疫力。杨秀燕等[3]采用复合酶结合超声波技术提取和分离HPS，得到的HPS-MC（质量分数为80%）表现出较强的免疫活性。HPS具有显著提高机体免疫力及免疫调节的作用，其机制可能是通过促进免疫细胞增殖、增加IL-2分泌、提高吞噬细胞作用、增加溶血素等调节机体免疫能力，具体机制见图1。
2 抗氧化
自由基过氧化可直接或间接影响机体正常的生理功能。研究发现机体癌变组织中自由基含量是正常的3～65倍，冠状动脉和脑动脉硬化与活性氧自由基关系密切，血液中亚铁离子（Fe2+）反应产生羟自由基，破坏红细胞，导致机体贫血[17]。因此，提高机体抗氧化能力，可为防治氧化损伤的相关疾病提供依据。与热水浸提的HPS-R比较，相对分子质量最低的HPS-MC的抗氧化活性更强[18]。HPS可能通过上调热休克蛋白70（heatshockprotein 70，HSP70）、网腔钙结合蛋白、甘肽合成酶（glutathione synthetase，GSS）及26S蛋白酶的表达对内皮细胞起保护作用[19]。
HPS对脂多糖诱导的小鼠急性肺损伤具有保护作用，通过提高小鼠抗氧化酶的活性，协调氧化/抗氧化平衡，减轻淋巴细胞DNA氧化损伤以保护机体[20]。谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）是一种广泛存在于细胞线粒体及生物膜上的水溶性四聚体蛋白酶，且与年龄呈现负相关[21]。
HPS通过增加衰老模型大鼠脑组织中GSH-Px的活性，增加超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）抗氧化活性，抑制丙二醛的浓度，增强对氧化自由基的清除能力来提高抗氧化能力[22]。采用阴离子交换和凝胶渗透色谱法从红芪中分离的水溶性多糖（HPS3aS），且具有良好的体外抗氧化活性[23]。通过构建小鼠肝脂质氧化动物模型，发现HPS能降低小鼠血清中丙二醛含量，提高SOD含量，减少肝脂质过氧化产物的生成以提高机体抗氧化能力[24]。
综上，HPS具有显著的清除自由基、缓解氧化损伤和调节氧化/抗氧化平衡的作用，可开发成抗氧化剂。其作用机制可能为HPS通过清除自由基，抑制活性氧的生成，阻止氧化反应，调控SOD、丙二醛、谷胱甘肽、GSS等多种酶的含量，减轻机体氧化应激损伤等，具体机制见图2。
3 抗炎
炎症属于免疫反应，可以抑制微生物感染，恢复受损组织；此外也能产生组织损伤等负面作用[25]。Yu等[26]研究表明HPS抗炎效果显著，能够有效改善脂多糖诱导产生的机体炎症损伤，作用机制可能为HPS通过抑制Toll样受体4（Toll-like receptor 4，TLR4）及其下游信号转导途径来抑制炎症反应。HPS可能通过调控相关炎症信号通路，减弱糖毒诱发雪旺细胞炎症反应，抑制雪旺细胞凋亡[27]。
此外，HPS及红芪多糖HG-1对骨关节炎有一定的治疗作用，可以缓解大鼠局部炎症反应[28]。葡萄膜炎是常见的眼部炎性疾病，具有起病急、症状重、复发率高等特点，是致盲的主要因素之一。肿瘤坏死因子受体相关因子6（tumour necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6）是脂多糖及肿瘤坏死因子（tumour necrosis factor，TNF）等刺激物的下游分子，研究表明HPS可升高脂多糖诱导的葡萄膜炎大鼠虹膜睫状体磷酸化糖原合成酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）水平，推测其抗炎作用与GSK-3β抑制磷酸化密切相关，HPS可能通过抑制TRAF6表达缓解葡萄膜炎的炎症反应[29-30]。
不同浓度的HPS能明显扩大鼠骨关节炎膝关节的伸展角度，减小关节滑膜厚度，降低关节灌洗液中炎性细胞及炎症因子水平[31]。HPS能够明显减轻动物和细胞炎症模型的炎症反应，在缓解炎症反应方面优势显著。综上，HPS抗炎作用机制可能是通过下调炎症相关基因表达、降低炎症因子水平及抑制炎症信号通路等发挥作用，见图3。
4 抗肿瘤
我国癌症发病率和死亡率均居首位，随着现代科学技术的不断发展，癌症治疗手段相应增加。目前，对癌症的治疗一般有放射治疗、化学药治疗、手术切除等措施，虽然这些技术可以延长患者的生存期，但不良反应大、靶向性差、免疫功能容易受损，限制了对癌症的治疗效果，而HPS抗肿瘤效果明显[32-33]。体外抗肿瘤的活性研究表明HPS对人胃腺癌MGC-803细胞、人肝癌HEP-G2细胞的抑制作用明显[34]。姚宝泰等[35]和雷丰丰等[36]通过观察不同剂量HPS对小鼠腹水瘤S180细胞的抑制作用，结果显示HPS 200 mg/kg抑制效果明显，推测HPS可能通过升高IL-2、TNF-α、核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）、钙离子浓度、自由基含量及降低线粒体膜电位诱导肿瘤细胞凋亡。王希玉等[15]通过比较不同的HPS单体抗肿瘤作用，发现HPS-3抑制肿瘤生长和改善荷瘤机体免疫状态作用最显著。
刘华等[37]和王小军等[38]通过探究顺铂联合HPS-1抑制人肺癌A549细胞生长，发现不同浓度的HPS-1对A549细胞生长均有抑制作用，且联合用药会使A549细胞凋亡率增加。推测HPS-1可能通过降低B淋巴细胞瘤2（B-cell lymphoma 2，Bcl-2）表达，提高Bcl-2相关X蛋白（Bcl-2 associated X protein， Bax ）mRNA表达，下调Bcl-2/Bax的值，诱导A549细胞凋亡。利用HPS对体外培养的胶质瘤细胞和裸鼠胶质瘤的生长进行干预，发现HPS能够通过增强吞噬能力及调节小鼠免疫力而有效抑制胶质瘤的生长[39]。综上，HPS在抗胃癌、肝癌、肺癌及胶质癌方面效果显著。HPS作用机制可能是阻滞肿瘤细胞的生长和增殖，诱导机体免疫机制发挥作用，降低肿瘤细胞耐药性等抑制肿瘤细胞生长，见图4。此外，HPS联合抗癌药物临床使用效果较优，后续应该深入研究。
5 机体保护
HPS通过清除过多自由基，调节内质网应激反应，参与能量代谢，抑制细胞凋亡及抗氧化应激等对细胞、组织及器官产生保护作用[19]。实验证明HPS对异丙肾上腺素所致大鼠心室重构具有抑制作用，推测HPS通过减少心肌组织中胶原纤维的表达保护大鼠心室[40]。周尚儒等[5]通过研究不同相对分子质量的HPS对小鼠溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）的保护作用机制，发现HPS显著减轻UC小鼠的炎症反应，促进肠道黏膜恢复。耿广琴等[41-42]通过研究HPS对大鼠脑缺血再灌注模型的影响，发现HPS对大鼠脑及心有明显的保护作用，且HPS可通过改善脑缺血再灌注后脑组织神经元结构功能及调整炎症因子平衡，进而对脑缺血再灌注产生保护作用。
王磊等[43]研究发现HPS对阿尔茨海默病细胞模型具有保护作用，其作用机制可能是通过下调铁蛋白的表达，缓解人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞的损伤，进而发挥保护作用。邵晶等[44]通过研究HPS对局灶性脑缺血大鼠脑损伤的保护作用，发现HPS对局灶性脑缺血大鼠模型神经功能损伤及脑组织损伤有保护作用。脂多糖能够诱导牙周膜细胞凋亡，阻止牙周膜细胞增殖，HPS能够抑制脂多糖诱导的促牙周膜细胞凋亡[45]。Xue等[46]研究显示HPS对大鼠乙酸性胃溃疡有保护作用，可用作功能性食品或营养补充剂，用以防治胃溃疡。此外，HPS硒化后抗氧化效果明显增加，其可成为预防或治疗神经变性疾病的潜在治疗剂[47]。
6 防治糖尿病
糖尿病是常见的机体内分泌失调导致代谢异常的疾病，严重损伤人体健康。依据国际糖尿病联合会估计，全世界大约4.25亿人受到糖尿病影响，预计2045年将达到6.3亿[48]。植物多糖在糖尿病防治方面有独特优势，近年来HPS在治疗糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）、糖尿病胃轻瘫（diabetic gastroparesis，DGP）、糖尿病周围神经病变、糖尿病心肌病及糖尿病视网膜病变等病证效果显著。
不同相对分子质量的HPS有不同的降血糖作用，且HPS-3在四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠中降血糖作用显著。相关研究表明，HPS-3通过增加胰岛素分泌、抑制脂质过氧化、提升胰岛素的敏感性、抑制糖异生和减少与胰岛素抵抗相关的脂肪酸、胆固醇和细胞因子的生物合成，进而改善与糖尿病相关的高血糖和高脂血[8]，也可辅助二甲双胍治疗糖尿病。
陈彦旭等[49]指出HPS能够抑制DN小鼠Wnt/β-catenin信号通路，减轻糖毒损伤，抑制DN的发展进程。大量研究结果表明HPS通过抑制转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1， TGF-β1 ）、结缔组织生长因子、肾小球系膜细胞蛋白激酶C（protein kinase C， PKC ）、 PKCα 、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor， VEGF ）及葡萄糖转运蛋白（glucose transporter-1， GluT-1 ）mRNA表达以防治小鼠早期DN[50-54]。
DGP是常见的糖尿病并发症，5年以上糖尿病病史患者中超过一半患者存在DGP[55]。郭倩等[56]研究发现HPS对链脲佐菌素联合高糖高脂不规则喂养诱导的DGP大鼠氧化损伤具有保护作用，其作用机制可能与调控Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）/核因子E2相关因子2（nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2）信号通路和抑制氧化应激相关。构建DGP大鼠模型，发现HPS能改善大鼠胃轻瘫，作用机制可能与激活腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）/过氧化物酶体增生物激活受体γ辅激活子-1α（peroxisome proliferatoractivated receptor γ co-activator-1α，PGC-1α）信号通路，促进细胞供能，调节能量代谢有关[57]。
此外，HPS可通过上调酪氨酸激酶受体（c-kitproto-oncogeneprotein，c-kit）及缝隙连接蛋白（connexin43，Cx43）mRNA和蛋白的表达，激活胃窦组织Ras同源基因家族成员A/Rho相关卷曲螺旋形成蛋白激酶信号通路，提高小肠动力，改善大鼠肠动力障碍[58-60]。通过观察HPS对糖尿病周围神经病变小鼠坐骨神经中丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinases，MAPK）信号通路的影响，发现其通过调控MAPK、高迁移率族蛋白B1（high mobility group protein 1，HMGB1）/TLR4及Keap1/Nrf2信号通路，下调神经组织中磷酸化p38 MAPK和IL-6蛋白的表达，增加抗氧化酶的活性，以减轻神经组织的损伤[61-63]。
此外，HPS通过调控Keap1/Nrf2及TGF-β1/Smads等信号通路，促进心肌过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）及心肌组织Nrf2的表达，降低半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cystein-asparate protease-3，Caspase-3）及NF-κB因子的活性，影响小鼠心肌组织中NF-κB p65、基质金属蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）蛋白与mRNA的表达，减弱小鼠胶原蛋白I（Collagen I）的异常蓄积，降低纤维化速度，改善小鼠糖尿病心肌病[64-72]。有学者发现HPS通过升高糖尿病大鼠视网膜组织血小板反应蛋白-1的表达和降低血小板源性生长因子-B表达遏制糖尿病视网膜病变进程以保护视网膜[73]。
综上，HPS防治糖尿病及并发症呈现多通路、多靶点、多蛋白现象，表明HPS在治疗糖尿病及其并发症的应用中具有潜在重要价值。其机制可能是：（1）减弱糖毒对肾脏的损害，抑制TGF-β1、GTGF、VEGF及GluT-1蛋白表达；（2）调控血糖及胃肠道激素含量，激活AMPK/PGC-1α信号通路，促进细胞供能，促进c-kit及Cx43蛋白的表达；（3）调控Keap1/Nrf2信号通路，抑制p38 MAPK、IL-6、Bcl-2、Caspase-3、MMP-9的表达；（4）调控炎症反应，抑制TGF-β1/Smads信号通路，促进Nrf2的表达，提高抗氧化酶的活性，具体机制见图5。但是，目前有关HPS防治糖尿病及其并发症的临床应用较少，应加强其相应制剂、毒理及临床疗效的研究，推动HPS临床药用。
7 抗骨质疏松
随着我国人口老龄化的持续加剧，骨质疏松发病率呈现上升趋势。发病原因通常是由于全身性骨密度和骨质量下降导致而成，一般老年人群更加容易发病。研究发现，骨质疏松在老年人中发病率超过1/3，严重影响老年人生活水平与质量[74]。目前，临床上用于治疗骨质疏松的药物不良反应较大[75]，而中药活性成分治疗骨质疏松具有不良反应小、患者易于认可、关注度高等特点[76]。
赵良功等[77]研究HPS对大鼠骨髓间充质干细胞（rat bone marrow derived mesenchymal stem cells，rBMSCs）和颅骨成骨细胞（rat calvarial osteoblasts，ROBs）成骨性分化的影响，发现HPS-1可以提高机体成骨活性，增强骨骼强度，为骨质疏松的治疗提供新思路。动物实验发现四氯化碳（CCl4）能够造成小鼠肝纤维化的同时引起骨丢失，而肝纤维化是导致骨丢失的原发性病因。研究证实HPS对CCl4造成小鼠肝纤维化具有明显改善作用，对肝纤维化引起的骨丢失作用效果显著[78]。
此外，研究发现HPS-3d可增强成骨细胞分化的2个主基因矮小相关转录因子2（runt-related transcription factor 2，RUNX-2）和成骨细胞特异性转录因子（osterix）的表达和转录，推测HPS-3d可能通过激活RUNX-2和osterix促进成骨细胞分化[9]。作用机制可能是HPS促进成骨分化碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）的活性，增强rBMSCs和ROBs的活性，维持骨平衡，增大骨密度，增强骨质量以防治骨质疏松，具体机制见图6。
8 其他
此外，HPS还具有调节肠道菌群失调、肺纤维化及非酒精性脂肪肝等药理作用[79-82]。王希梅等[83]研究发现HPS通过改善血液流变，缓解软骨异常代谢及提高抗氧化酶活性，进而改善骨关节炎。此外，当归-红芪多糖对急性心肌缺血大鼠的也有保护作用[84]。表明HPS对肠道菌群失调，骨关节炎及非酒精性脂肪肝等具有一定的防治作用，可与其他植物多糖联合用药，增强临床疗效。
HPS的药理作用及机制见表1。
9 结语与展望
对于HPS免疫调节、抗氧化、抗炎、抗肿瘤、机体保护、防治糖尿病并发症及抗骨质疏松等相关药理活性的基础研究已经非常广泛，结果表明HPS在新药开发及联合药用方面潜力巨大，发现HPS同样也可用于食品添加剂、保健品及日化产品等行业。基于HPS前期大量的药理研究基础，进行HPS的剂型开发、改良和新药探索的研究意义重大。充分利用前人的研究基础，结合现代科学技术，围绕HPS的核心药理作用，对HPS新药的剂型、用法用量、联合用药、药动学及临床用药安全等进行全方面考察与深入研究，为HPS的新药开发夯实基础。
无论HPS的药用还是食用价值的开发利用，当前仍有较多的问题亟待解决。如如何进一步明确HPS的分离纯化、建立HPS的质量标准、进行高效的HPS临床试验等。然而，HPS的复杂结构特征导致HPS的科学研究不易，而且不同产地的红芪中HPS结构也有差异，致使HPS的研究更加复杂。截止目前，研究者对HPS单体的分离还远远没有完全完成，为更加明确HPS的生物活性及其他方面的应用价值，HPS的分离纯化及结构修饰将会一直是后面研究的热点之一。当然，随着科技的发展，HPS的作用机制会更加明确。科研工作者在深入明确HPS的分子机制和作用靶点后，应结合国家政策，强力推动HPS新药的临床应用。总之，HPS作为新潜力型药物或者药源，将会在食品、保健品及药品等领域广泛应用，HPS一定会为人类健康做出新的贡献。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
参考文献（略）
来 源：魏小成，李成义，贾妙婷，罗旭东，梁婷婷，刘书斌，王 燕，强正泽，王明伟．红芪多糖药理作用及机制的研究进展 [J]. 中草药, 2023, 54(9):2953-2961.
