海洋戊糖片球菌E3新型胞外多糖的功能与基因组评估：揭示其抗糖尿病、抗癌及抗炎症潜力的研究

为解决炎症性肠病(IBD)、糖尿病和结肠癌等疾病治疗中安全有效药物的需求，研究人员开展了海洋戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)E3菌株胞外多糖(EPS)的功能与基因组研究。结果表明E3-EPS能显著抑制α-淀粉酶活性(82.8% at 100μg/mL)、降低炎症因子TNF-α和IL-6表达，并对结肠癌细胞系Caco-2显示强抑制作用(IC50=77.05±0.24μg/mL)。该研究为开发新型海洋源多糖药物提供了重要依据。

　　

在当今生物医药领域，寻找安全高效的生物活性分子已成为研究热点。乳酸菌产生的胞外多糖（Exopolysaccharides, EPS）因其独特的结构和功能特性备受关注，特别是在抗糖尿病、抗癌和抗炎症方面的潜力。然而，现有研究多集中于陆地来源的乳酸菌，对海洋环境中乳酸菌EPS的探索仍较有限。海洋环境极端条件可能促使微生物产生结构独特、功能更强的EPS，但相关研究尚不充分。炎症性肠病（IBD）、糖尿病和结肠癌等疾病与炎症反应密切相关，目前治疗方法存在安全性问题，迫切需要开发新型治疗剂。

为此，研究人员对海洋源戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）E3菌株产生的EPS进行了全面研究。该研究通过基因组分析、EPS提取纯化、结构表征和生物活性评估，系统探讨了E3-EPS的组成、特性及其潜在药理应用。论文发表在《BMC Microbiology》，为海洋微生物多糖的开发提供了重要依据。

研究采用的主要技术方法包括：基因组学分析（使用egg-NOG Mapper和KEGG数据库预测EPS生物合成基因簇和关键酶）、EPS提取纯化（通过乙醇沉淀和透析）、结构表征（FTIR、SEM-EDX、HPLC、NMR、TGA-DSC）、以及体外生物活性评估（MTT法测抗癌活性、α-淀粉酶抑制试验、qRT-PCR分析炎症因子表达）。所有实验均使用标准实验室技术，细胞实验采用人结肠癌细胞系Caco-2和小鼠巨噬细胞RAW264.7。

Prediction of EPS Biosynthesis-Related Genes Based on Genome Analysis

通过基因组分析发现，P. pentosaceus E3的染色体上存在一个包含13个基因的eps基因簇，负责Wzx/Wzy依赖型生物合成途径。该基因簇分为四个区域：EPS表达调控区（epsA）、链长决定区（epsBCD）、催化EPS重复单元生物合成的糖基转移酶基因（epsEFGHIJK）、以及EPS转运外排基因（wzx）。这种基因组织与先前报道的P. pentosaceus SL4和LL-07相似，表明E3具有产生异多糖的遗传基础。

Biosynthesis of Nucleotide Sugars of P.pentosaceus E3

KEGG代谢通路预测显示，E3基因组中含有16种参与核苷酸糖生物合成的关键酶，包括葡萄糖激酶（glk）、磷酸葡萄糖变位酶（pgm）、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（galU）等。这些酶共同作用，将底物葡萄糖转化为UDP-葡萄糖、UDP-半乳糖和UDP-甘露糖等前体物质，为EPS的合成提供必要单体。

Characterization of E3-EPS

E3在添加1.0%蔗糖的MRS培养基中产量达400 mg/L，远高于其他菌株。EPS的碳水化合物含量为93.2%，表明高纯度。FTIR分析显示特征吸收峰，如3371 cm^-1处（O-H伸缩振动）和1056 cm^-1处（C-O-C伸缩振动），证实多糖结构。SEM显示EPS呈不规则多孔形态，EDX分析主要元素为碳（43.05%）和氧（55.17%）。HPLC测定其由半乳糖（27.17%）、葡萄糖（39.92%）、甘露糖（12.10%）和岩藻糖（9.15%）组成，为异多糖。NMR谱图进一步证实α-糖苷键连接和分支结构。TGA显示EPS在高温下（500°C）仍保持38.65%残留重量，表明良好热稳定性。

Assessment of anticancer activity of E3-EPS

MTT实验表明，E3-EPS对结肠癌细胞Caco-2有显著细胞毒性，IC₅₀值为77.05±0.24μg/mL，在125μg/mL浓度下抑制率达87.9%。其抗癌机制可能与诱导癌细胞凋亡和竞争生长促进因子受体有关，岩藻糖的存在可能增强抗氧化和免疫调节活性。

Influence of E3-EPS on α-amylase inhibitory activity

E3-EPS对α-淀粉酶抑制率在10μg/mL和100μg/mL浓度下分别为58.3%和82.8%，IC₅₀为3.85±0.14μg/mL。抑制作用可能通过阻塞酶活性位点实现，为糖尿病管理提供潜在策略。

Anti-inflammatory activity

在LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞中，E3-EPS（20μg/mL）处理显著降低炎症细胞因子TNF-α和IL-6的mRNA表达水平。其抗炎效果可能与β-D-葡萄糖和甘露糖形成的三螺旋结构有关，通过创新方式与免疫细胞受体相互作用。

研究结论表明，海洋益生菌P. pentosaceus E3产生的EPS是一种新型异多糖，具有α-糖苷键连接的分支结构，主要由葡萄糖、半乳糖、甘露糖和岩藻糖组成。其显著的抗糖尿病、抗癌和抗炎症活性，以及良好的热稳定性，使其在药物和功能食品领域具有广阔应用前景。该研究不仅揭示了E3-EPS的生物合成基因基础，还通过多技术验证了其结构和功能，为开发海洋源多糖药物提供了科学依据。未来研究可进一步探讨其体内活性和具体分子机制，推动其临床应用。