从Berberis dasystachya M.果实中分离出的多糖的结构表征及其对RINm5F胰腺β细胞中H2O2诱导的氧化损伤的保护作用

《Frontiers in Nutrition》：Structural characterization and protective effects of polysaccharides isolated from Berberis dasystachya M. fruits on H2O2-induced oxidative damage in RINm5F pancreatic β-cells

本研究从滨藜属植物中分离纯化多糖BDP-I，确定其分子量为3.947 kDa，含阿拉伯糖、半乳糖等单糖，并证实其通过增强抗氧化酶活性、调节代谢通路及抑制凋亡相关基因表达，有效缓解H2O2诱导的胰岛β细胞氧化损伤。

　　该研究聚焦于从黄刺果（*Berberis dasystachya* M.）中提取和纯化出一种均质的多糖——BDP-I，并对其结构特性以及在胰岛细胞中的抗氧化和抗凋亡机制进行了系统分析。黄刺果是一种原产于青藏高原的植物，其果实富含多种生物活性成分，如植物固醇、有机酸、多糖和多酚。由于其天然性和可食用性，黄刺果及其多糖在作为功能性食品或药物开发方面具有巨大的潜力，尤其是在糖尿病的预防和管理中表现出显著的潜力。此前的研究表明，黄刺果多糖具有良好的抗氧化、抗增殖和降血糖等生物活性，这为进一步研究其作用机制提供了基础。

本研究通过多种方法，如化学分析、光谱技术、色谱法和质谱分析，对BDP-I进行了深入的结构表征。首先，采用动态微波辅助提取法对黄刺果多糖进行初步提取，然后通过DEAE Sepharose Fast Flow阴离子交换柱色谱法和Sephadex G-200凝胶过滤色谱法进一步纯化。研究发现，BDP-I的分子量约为3.947 kDa，其主要由阿拉伯糖（Ara）、半乳糖（Gal）、葡萄糖（Glc）和半乳糖醛酸（GalA）组成。通过甲基化和GC-MS分析，研究者进一步明确了BDP-I的糖苷键连接方式，发现其主要包含11种不同的糖苷键结构，其中半乳糖醛酸的1,4-糖苷键和半乳糖的1,3,6-糖苷键占比较高，这可能对BDP-I的生物活性具有重要影响。

通过红外光谱（FT-IR）分析，研究发现BDP-I的化学结构特征，包括羟基（-OH）的伸缩振动、碳-氢（C-H）的不对称弯曲振动以及羧酸（C=O）的伸缩振动，这些信号揭示了其多糖结构的复杂性。结合核磁共振（NMR）分析，特别是1D和2D NMR技术，研究人员进一步确定了BDP-I中糖苷键的具体构型和连接方式，揭示了其主要结构特征。研究还发现，BDP-I的糖苷键结构可能包含多个分支，这为其生物活性提供了进一步的解释。

为了验证BDP-I的抗氧化活性，研究者建立了一个稳定的氧化应激模型，使用250 μmol/L的过氧化氢（H?O?）处理RIN-m5F胰岛细胞3小时。结果显示，BDP-I在0.0625至0.5 mg/mL的浓度范围内显著提高了细胞的存活率，同时降低了活性氧（ROS）和硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）的水平，并增强了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，且这些效果呈现剂量依赖性。这些数据表明，BDP-I在细胞层面具有显著的抗氧化作用，能够有效缓解氧化应激带来的损伤。

此外，通过非靶向代谢组学分析，研究者发现BDP-I调控了46种潜在的生物标志物，从而逆转了由氧化应激引起的代谢紊乱。这些生物标志物主要涉及代谢通路的调节，如丙酮酸代谢、谷氨酸代谢、胰岛素分泌、三羧酸循环（TCA cycle）等。进一步的代谢通路分析表明，BDP-I可能通过影响这些代谢过程，发挥其抗氧化作用，并减少胰岛细胞的损伤。

在细胞凋亡方面，研究采用流式细胞术分析了BDP-I对氧化应激诱导的胰岛细胞凋亡的影响。结果显示，BDP-I能够显著降低凋亡率，特别是其高剂量（0.25 mg/mL）对细胞存活率的提升最为明显。这一发现进一步支持了BDP-I在保护胰岛细胞免受氧化损伤中的作用。

为了探讨BDP-I的分子机制，研究还进行了定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）分析，以评估其对凋亡相关基因（如Bax、Bcl-2、Caspase 3、Caspase 9和Cytochrome C）以及炎症相关基因（如iNOS和NF-κB）表达的影响。结果显示，BDP-I能够显著下调这些基因的表达，从而抑制细胞凋亡和炎症反应，这表明其可能通过调控这些基因的表达来发挥抗氧化和抗凋亡的作用。

该研究的结论表明，BDP-I在胰岛细胞中通过多种机制发挥其抗氧化和抗凋亡作用，包括提高抗氧化酶活性、调控代谢通路和抑制凋亡相关基因的表达。这些发现不仅揭示了BDP-I的分子作用机制，还为黄刺果多糖在功能性食品和药物开发中的应用提供了理论基础。研究还指出，BDP-I的抗氧化活性可能与其结构特性有关，如分子量、单糖组成和糖苷键的类型和分布。因此，进一步研究其结构-活性关系，将有助于更好地利用这一资源，开发更有效的抗氧化剂或功能性食品成分。

在实验方法上，研究采用了多种先进的技术手段，如高效液相色谱（HPLC）、气相色谱-质谱（GC-MS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振（NMR）等，以确保对BDP-I结构的精确分析。此外，代谢组学分析结合了高效液相色谱-质谱（UHPLC-Q-TOF-MS）技术，能够全面评估BDP-I对细胞代谢的影响。通过这些技术手段，研究人员不仅确定了BDP-I的化学结构，还深入探讨了其在细胞层面的作用机制，为后续研究提供了重要的实验依据。

该研究的创新之处在于，不仅关注BDP-I的抗氧化活性，还深入分析了其对胰岛细胞凋亡的调控作用。通过多方面的实验设计，如细胞存活率测定、ROS水平检测、SOD和CAT活性分析、细胞凋亡率检测以及基因表达分析，研究者全面揭示了BDP-I的生物活性及其潜在的分子机制。此外，该研究还强调了黄刺果多糖在结构和功能上的复杂性，以及其在实际应用中的潜力。未来的研究应进一步探索BDP-I的结构-活性关系，以优化其在功能性食品和药物开发中的应用。同时，研究者还指出，BDP-I的低分子量可能使其具有更高的生物活性，这一特性为其在抗氧化领域的应用提供了新的视角。

综上所述，该研究通过系统的方法对黄刺果多糖BDP-I的结构和功能进行了深入分析，揭示了其在胰岛细胞中通过多种机制发挥抗氧化和抗凋亡作用的潜力。研究结果不仅为黄刺果多糖的进一步开发提供了理论依据，也为理解植物多糖在抗氧化和疾病治疗中的作用提供了新的视角。未来的研究可以基于这些发现，探索BDP-I在其他疾病模型中的应用，或通过结构修饰进一步提升其生物活性。