从中国山药中分离出的四种非淀粉多糖在斑马鱼和小鼠体内表现出多种免疫调节和抗氧化作用

《Journal of Agriculture and Food Research》：Four non-starch polysaccharides isolated from Chinese yams exhibit varied immunomodulatory and antioxidant effects in zebrafish and mice

山药多糖提取及免疫调节与抗氧化活性研究。通过提取河北产四种山药（Bai, Bang, Shuangbang, Purple）的非淀粉多糖（NSPs），发现Bang yam NSPs提取效率最高（0.60%）且葡萄糖含量达82.67%。实验表明，Bang、Shuangbang和Purple yam NSPs在zebrafish模型中显著增强巨噬细胞（荧光标记）数量，减少氧化损伤（DPPH/ABTS清除率43%-55%），并在免疫缺陷小鼠中促进体重恢复（日增重0.23-0.45g）、脾脏指数降低（0.15-0.22 vs 模型组0.45±0.07），并上调IL-6、TNF-α等免疫相关基因表达。结论指出高Man、GalA及Ara含量与免疫调节活性显著相关， Bang yam NSP具有最佳开发潜力。

　　中国山药（Dioscoreae Rhizoma）是一种重要的药食两用植物，其历史可追溯至数千年前。它不仅在传统中医中被广泛使用，还因其丰富的生物活性成分而在现代医学研究中受到关注。山药中含有的非淀粉多糖（NSPs）被认为是其多种生物活性的核心来源，包括免疫调节、抗氧化、抗糖尿病、抗高血脂等。这些多糖成分的结构和组成因山药品种不同而有所差异，进而影响其生物活性表现。因此，研究不同品种山药中NSPs的提取效率和生物活性具有重要意义。

本研究选取了河北省种植的四种山药品种——白山药、Bang山药、双Bang山药和紫山药，分别从中提取NSPs，并对这些多糖的提取效率和生物活性进行了系统分析。研究结果表明，Bang山药的NSPs在提取效率和葡萄糖含量方面表现最佳，这可能是其生物活性更强的重要原因。为了进一步验证这些NSPs的生物活性，研究人员采用斑马鱼模型和细胞实验，评估其免疫调节和抗氧化能力。实验结果显示，Bang、双Bang和紫山药的NSPs在斑马鱼和细胞实验中均表现出显著的免疫调节和抗氧化活性，相较于白山药NSPs具有更优的效果。

在免疫调节方面，研究通过斑马鱼模型和小鼠实验发现，NSPs能够显著改善免疫缺陷小鼠的体重变化，减少脾脏肿大，提高胸腺和脾脏的指数。这表明NSPs有助于恢复免疫器官的功能。此外，NSPs还能够促进脾脏淋巴细胞的增殖，提高与免疫调节相关的mRNA表达水平，如IL-6、TNF-α、IFN-γ和COX-2等。这些基因的表达增强可能与NSPs的免疫激活作用有关，表明NSPs能够通过影响细胞因子的表达来增强免疫反应。

在抗氧化方面，研究通过DPPH和ABTS自由基清除实验，评估了NSPs的抗氧化能力。结果显示，Bang、双Bang和紫山药的NSPs在清除自由基方面表现优于白山药NSPs。此外，通过斑马鱼模型的实验进一步验证了NSPs的抗氧化作用，发现其能够有效清除过量的活性氧（ROS），从而减少氧化应激对细胞的损伤。这一结果与NSPs中高含量的甘露糖（Man）、半乳糖醛酸（GalA）和阿拉伯糖（Ara）密切相关，这些单糖成分被认为具有较强的抗氧化能力。

研究还探讨了NSPs对肠道功能的影响。在免疫缺陷小鼠模型中，NSPs的摄入能够恢复因环磷酰胺（CTX）导致的肠道缩短现象，使其恢复至正常长度。这一发现提示NSPs可能通过调节肠道微环境，间接影响免疫系统的功能。此外，NSPs的免疫调节作用可能与肠道菌群的平衡有关，而肠道菌群的变化又可能对免疫系统的功能产生深远影响。

在实验方法方面，研究采用了一系列标准化的提取和分析流程。首先，山药经过清洗、去皮、切片、冻干和研磨成粉，然后通过热水提取和乙醇沉淀的方法获得粗多糖。随后，通过α-淀粉酶和Sevage试剂去除淀粉和蛋白质，最终通过透析和冷冻干燥获得NSPs。为了进一步了解NSPs的结构特性，研究还通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和凝胶渗透色谱（GPC）分析其分子结构和分子量分布。结果显示，NSPs的单糖组成相似，但分子量和单糖比例存在差异，其中Bang山药的NSPs表现出更复杂的分子结构，这可能与其更高的生物活性有关。

此外，研究还探讨了NSPs在不同实验模型中的作用机制。在斑马鱼模型中，NSPs能够显著增加荧光标记的巨噬细胞数量，表明其具有激活免疫细胞的能力。在细胞实验中，NSPs能够提高RAW264.7细胞的活性，并促进一氧化氮（NO）和细胞因子IL-6、TNF-α的分泌，进一步验证了其免疫调节功能。同时，NSPs在抗氧化方面表现出良好的性能，能够有效清除自由基，保护细胞免受氧化损伤。

本研究还指出，NSPs的提取效率和生物活性受到山药种植条件的影响。例如，长期使用化肥和农药可能导致山药中功能成分的减少，从而影响其药用价值。因此，研究建议在山药种植过程中应关注其种植环境，以确保NSPs的含量和活性不受影响。此外，NSPs的生物活性可能与其单糖组成和分子量密切相关，未来的研究可以进一步探讨这些因素如何影响NSPs的药理作用。

综上所述，Bang山药的NSPs在提取效率和生物活性方面表现最佳，具有较高的葡萄糖含量和丰富的单糖组成，显示出较强的免疫调节和抗氧化能力。这些特性使其在功能性食品开发方面具有广阔的应用前景。然而，NSPs的作用机制仍需进一步研究，以揭示其多方面的生物活性并为相关应用提供理论依据。未来的研究可以结合分子生物学、代谢组学和肠道微生物学等多学科方法，全面解析NSPs的生物活性及其作用靶点，从而推动其在医药和食品工业中的应用。