来自Aralia elata (Miq.) Seem.果实中的一种葡萄糖醛酸阿拉伯半乳糖寡糖复合果胶的结构表征及其免疫调节活性

《Carbon Capture Science & Technology》：Structural characterization and immunomodulatory activity of a glucuronoarabinogalactooligosaccharide-complex pectin from the fruits of Aralia elata (Miq.) Seem.

首次从淠参（Aralia elata）果实中分离并结构表征新型葡萄糖uronarabinogalactooligosaccharide-复合果胶AEFP-B1，其主链为HG与RG-I的3:2摩尔比，侧链含多种多糖结构。SPR和分子对接证实其与TLR2（Kd=8.99×10^-6 M）和TLR4（Kd=1.07×10^-5 M）高亲和结合，能促进细胞因子分泌及免疫调节，为食品医药开发提供新资源。

　　近年来，随着社会的快速发展和人们对健康的重视程度不断提高，“药食同源”的理念逐渐受到关注。这一理念强调某些物质不仅具有营养价值，还具备一定的治疗作用。这种观念的转变，标志着医学领域正在向预防与治疗并重的方向发展，而不再仅仅关注疾病的治疗。因此，将具有健康益处的饮食成分纳入日常饮食，成为一种趋势，尤其是在那些原本仅用于治疗的植物中。由于多糖类物质在生物活性和健康促进方面表现出显著的优势，它们在这一领域的研究日益增多。多糖具有多种生物功能，如免疫调节、抗氧化、抗肿瘤、抗炎以及调节肠道菌群，这些特性对改善消化系统健康具有积极作用。

在多糖的分类中，果胶作为一种重要的天然多糖，主要由D-半乳糖酸（D-GalA）残基构成，通常被分为三种类型：同半乳糖酸（Homogalacturonan, HG）、鼠李糖半乳糖酸-I（Rhamnogalacturonan-I, RG-I）以及鼠李糖半乳糖酸-II（Rhamnogalacturonan-II, RG-II）。其中，乙酰化或甲基酯化的半乳糖酸占据了果胶分子的大约70%。果胶因其独特的结构和功能特性，在食品和医药领域具有广泛的应用前景。然而，尽管已有大量关于果胶多糖的研究，大多数集中在根皮、嫩枝、茎皮和叶片等部位，而对果实在果胶多糖方面的研究仍较为有限。

本研究的目的是从五加皮（Aralia elata）果实中分离和纯化一种具有免疫调节活性的果胶多糖，并系统地分析其结构特征。五加皮，又称“刺五加”，是中国传统医学中一种重要的药用植物，广泛分布于中国东北、日本、韩国以及俄罗斯部分地区。在传统医学中，五加皮全株都被广泛应用，这使其成为一种重要的资源。然而，尽管已有大量关于五加皮皂苷的研究，但对果胶多糖的研究仍然不足。因此，我们假设从五加皮果实中提取的果胶多糖的结构特征与其生物活性密切相关。

本研究中，我们采用多种柱层析技术从五加皮果实中分离并纯化了一种果胶多糖AEFP-B1，其分子量为7.352 × 10^4 g/mol。该多糖的主链由同半乳糖酸（HG）和鼠李糖半乳糖酸-I（RG-I）区域组成，两者的摩尔比为3:2。在RG-I区域的鼠李糖残基C-4位上，连接着复杂的侧链，包括阿拉伯糖半乳糖寡糖（arabinogalactooligosaccharide）、葡萄糖醛酸阿拉伯糖半乳糖寡糖（glucuronoarabinogalactooligosaccharide）、葡萄糖醛酸半乳糖寡糖（glucuronogalactooligosaccharide）以及阿拉伯糖（arabinan）。此外，我们还推导出了一种重复的结构片段，其中包含多个连接单元，如→2)-Rha-p-(1→、→2,4)-Rha-p-(1→、Gal-pA-(1→、→4)-Gal-pA-(1→、→4)-Gal-pA-6-OMe-(1→、Ara-f-(1→、→3)-Ara-f-(1→、→5)-Ara-f-(1→、→3,5)-Ara-f-(1→、Gal-p-(1→、→3)-Gal-p-1→、→4)-Gal-p-(1→、→6)-Gal-p-(1→、→3,4)-Gal-p-(1→、→3,4,6)-Gal-p-(1→，以及Glc-pA-4-OMe-(1→等。

为了验证AEFP-B1的生物活性，我们进行了细胞因子分泌和免疫调节功能的实验。结果表明，AEFP-B1能够促进细胞因子的分泌，并在一定程度上调节免疫反应。进一步的表面等离子体共振（SPR）分析显示，AEFP-B1与Toll样受体2（TLR2）和Toll样受体4（TLR4）具有较强的结合能力，其解离常数分别为8.99×10^-6 M和1.07×10^-5 M。这种结合能力通过分子对接实验得到了进一步的验证。值得注意的是，目前尚无关于从五加皮果实中分离并系统研究具有免疫调节活性的果胶多糖的报道。因此，本研究不仅填补了这一领域的空白，还为未来在食品和医药行业中的应用提供了理论依据。

在实验过程中，我们首先对五加皮果实进行了预处理，将其干燥后研磨成干粉，并通过一系列提取步骤获得了粗多糖AEFP。随后，我们利用离子交换层析和凝胶过滤层析等技术，进一步纯化并分离出AEFP-B1。通过高分辨液相色谱-电喷雾电离质谱（UPLC-ESI+ -MS）、气相色谱-质谱（GC–MS）、HILIC-ESI^- -HCD-MS以及一维和二维核磁共振（1/2D-NMR）光谱分析，我们详细解析了AEFP-B1的化学结构。这些分析手段的综合运用，使得我们能够准确地确定其主链和侧链的组成，以及其重复结构单元。

此外，我们还分析了AEFP-B1的均一性、分子量及其单糖组成。通过HPSEC-ELSD（高效液相色谱-蒸发光散射检测）分析，AEFP-B1表现出单一的色谱峰，表明其具有较高的均一性。同时，紫外光谱分析显示其具有较低的杂质含量，进一步验证了其纯度。在单糖组成方面，AEFP-B1富含阿拉伯糖和半乳糖，而葡萄糖醛酸的含量相对较低。这种单糖的组成模式可能与其免疫调节活性密切相关，因为不同单糖的组成会影响多糖的结构和功能特性。

通过上述研究，我们发现AEFP-B1的结构特征与其免疫调节活性之间存在一定的关联。例如，主链中HG和RG-I的摩尔比、侧链的复杂性以及单糖的组成都可能影响其与免疫相关受体的结合能力。此外，AEFP-B1对TLR2和TLR4的高亲和力表明，它可能通过激活这些受体来发挥其免疫调节作用。TLR2和TLR4是重要的模式识别受体，参与宿主对病原体的免疫应答。因此，AEFP-B1可能通过与这些受体的相互作用，调节免疫反应，从而增强机体的免疫功能。

本研究的成果不仅有助于深入了解五加皮果实中果胶多糖的结构和功能特性，也为相关领域的研究提供了新的方向。在食品工业中，果胶多糖因其良好的稳定性和功能性，常被用作食品添加剂，如增稠剂、稳定剂和乳化剂。而在医药领域，果胶多糖因其免疫调节和抗炎特性，被广泛应用于保健品和药物制剂中。因此，AEFP-B1的发现为五加皮果实的开发利用提供了新的可能性，尤其是在功能性食品和药物研发方面。

值得注意的是，尽管已有研究表明果胶多糖在免疫调节方面具有重要作用，但其具体的结构-功能关系仍需进一步探索。本研究通过系统分析AEFP-B1的结构特征，揭示了其可能的免疫调节机制。然而，这一研究仍然存在一定的局限性，例如，尚未完全阐明其作用的具体靶点和信号通路。因此，未来的研究需要进一步探讨AEFP-B1与免疫相关细胞或分子的相互作用，以及其在不同生理条件下的功能表现。

此外，本研究还强调了五加皮果实作为潜在资源的重要性。由于五加皮果实在传统医学中常被忽视，因此其多糖成分的研究仍处于起步阶段。然而，随着对天然产物研究的深入，五加皮果实中的多糖成分可能成为开发新型免疫调节剂的重要来源。同时，这种研究也为植物资源的可持续利用提供了新的思路，有助于推动传统医学与现代科学的结合。

综上所述，本研究成功地从五加皮果实中分离并纯化出一种具有免疫调节活性的果胶多糖AEFP-B1，并通过多种分析手段详细解析了其化学结构。该多糖的结构特征表明，其主链和侧链的组成对其生物活性具有重要影响。进一步的实验验证了AEFP-B1对TLR2和TLR4的结合能力，为其免疫调节作用提供了理论支持。这些发现不仅为五加皮果实的开发利用提供了新的视角，也为果胶多糖在食品和医药领域的应用奠定了基础。未来的研究可以进一步探讨AEFP-B1的具体作用机制，以及其在不同应用环境中的功能表现，从而推动其在相关领域的实际应用。