黄精多糖PKP1的结构解析及其抗炎与肠道菌群调节活性的创新研究

本研究针对黄精(Polygonatum kingianum)多糖结构多样性不足的问题，通过柱层析技术分离纯化获得新型果糖主导的中性多糖PKP1（分子量5.3×103 Da）。综合运用甲基化分析、NMR等技术首次解析其以β-D-Fruf-(2→为主链、含独特→1,2)-β-D-Fruf-(6→分支的精细结构。体外实验证实PKP1可显著降低RAW264.7巨噬细胞中NO、IL-6和TNF-α水平（最高降幅达38.4%），并通过调节双歧杆菌等益生菌丰度提升短链脂肪酸（SCFAs）含量。该成果发表于《Natural Products and Bioprospecting》，为开发功能性食品提供新思路。

　　

在传统中医药宝库中，黄精(Polygonatum kingianum)的干燥根茎历来被视为滋补佳品。现代研究发现，多糖是黄精最关键的活性成分，其含量可占根茎干重的10-40%，具有免疫调节、抗氧化等多种生理功能。然而令人惊讶的是，尽管黄精多糖功效显著，科学界对其精细结构的认知却存在巨大空白——不同产地、不同品种的黄精多糖结构差异显著，甚至同属植物如黄精(P. kingianum)、玉竹(P. cyrtonema)和黄精(P. sibiricum)的多糖结构也大相径庭。这种结构认知的缺失严重制约了多糖构效关系研究和标准化应用。

更值得关注的是，现有研究多聚焦于葡萄糖(Glc)主导的多糖，而对果糖(Fru)型多糖的关注严重不足。事实上，果糖型多糖因其特殊的代谢途径和益生元特性，在调节肠道菌群和改善代谢综合征方面展现出独特优势。与此同时，慢性低度炎症被认为是糖尿病等代谢性疾病的核心发病机制，但黄精多糖是否通过抗炎途径调节代谢仍缺乏直接证据。这些关键科学问题的存在，促使研究人员对云南建水产黄精中的多糖展开系统研究。

关键技术方法

研究团队采用分级醇沉结合Cellulose DE-52离子交换层析、Sephadex G-50凝胶过滤层析纯化多糖；通过HPGPC测定分子量（5.3×10³ Da）和分散指数（PDI=1.20）；运用甲基化分析和GC-MS鉴定糖残基连接方式；采用600 MHz NMR（包括¹H-¹H COSY、HSQC和HMBC）解析完整结构；以LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞模型评价抗炎活性；通过高脂饮食联合STZ诱导的糖尿病小鼠粪便体外培养，采用16S rRNA测序和GC分析肠道菌群及SCFAs变化。

结构表征结果

SEM分析

扫描电镜显示PKP1呈现蜂窝状多孔结构，比表面积显著增加，这一特殊形貌预示其良好的溶解性，实验观察证实其易溶于水。

分子特性

HPGPC显示单一对称峰，分子量5.3×10³ Da，显著低于既往报道的黄精多糖（8.7-14.05×10³ Da）。PDI值1.20表明分子量分布均匀，满足结构分析要求。

FT-IR特征

935 cm^-1和827 cm^-1处的特征吸收峰确证β-D-果糖构型，1715 cm^-1处的酯化羧酸振动提示可能存在-OAc修饰。

热稳定性

TGA显示106℃和271℃两阶段降解，分别对应结合水丢失和多糖骨架解聚，表明PKP1在106℃以下保持稳定。

单糖组成

创新性采用PMP-HPLC-PDA和HPLC-RID双方法系统，克服果糖在强酸条件下易转化的技术难题，最终确定PKP1主要由Fru和Glc组成。

甲基化分析

鉴定出5种糖残基：→2)-β-D-Fruf-(6→（25.77%）、→1,2)-β-D-Fruf-(6→（7.16%）、β-D-Fruf-(2→（9.66%）、→1)-β-D-Fruf-(2→（18.74%）和→1)-α-D-Glcp-(6→（1.93%），其中果糖残基占比达72.16%。

NMR解析

通过二维核磁技术（HSQC、HMBC等）最终确定PKP1主链由β-D-Fruf-(2→、→1,2)-β-D-Fruf-(6→、→1)-β-D-Fruf-(2→和→1)-α-D-Glcp-(6→构成，侧链含β-D-Fruf-(2→和→2)-β-D-Fruf-(6→，共28个单糖单元组成的聚合物，与分子量测定结果吻合。

抗炎活性

在100-800 μg/mL浓度范围内，PKP1对RAW264.7巨噬细胞无毒性（存活率>98%）。当与LPS共同作用时，800 μg/mL PKP1使NO、IL-6和TNF-α水平分别降低37.1%、38.4%和29.1%，呈现剂量依赖性抑制。

肠道菌群调节

体外发酵实验显示，1% PKP1处理使有益菌门放线菌门(Actinobacteria)相对丰度提升，而致病菌门弯曲菌门(Campilobacterota)等显著降低。在属水平上，双歧杆菌(Bifidobacterium)和粪杆菌(Faecalibacterium)等益生菌增加，振荡杆菌(Oscillibacter)等有害菌减少。

SCFAs变化

PKP1干预后，乙酸、丙酸、异丁酸和丁酸水平分别增加43.75%、41.67%、72.73%和278%，其中乙酸和丁酸呈剂量依赖性上升，与益生菌丰度变化正相关。

这项研究首次从云南建水产黄精中分离鉴定出以果糖为主导的新型中性多糖PKP1，其独特的→1,2)-β-D-Fruf-(6→分支结构在黄精属植物中未见报道。该发现不仅丰富了黄精多糖的结构数据库，更为理解多糖构效关系提供了重要范例。

在功能层面，研究首次系统证实PKP1可通过"抗炎-肠道菌群-SCFAs"多靶点通路发挥作用：一方面直接抑制巨噬细胞过度活化，减轻炎症反应；另一方面重塑肠道微生态，增加益生菌丰度和SCFAs产量，这两条通路恰好针对代谢性疾病的核心发病环节。特别值得注意的是，PKP1对丁酸的促生作用尤为显著（增幅达278%），而丁酸正是结肠能量代谢最重要的底物和抗炎介质。

从应用角度看，该研究为开发基于黄精多糖的功能性食品提供了科学依据。PKP1兼具抗炎和益生双重功效，且热稳定性好、溶解性佳，具备良好的加工特性。研究采用的体外菌群培养模型巧妙规避了动物实验的个体差异，为后续临床研究奠定了方法学基础。

未来研究可进一步探索：PKP1在体内的吸收代谢规律；与其他膳食成分的协同效应；以及通过分子修饰优化其靶向性。这项发表于《Natural Products and Bioprospecting》的工作，不仅为传统中药现代化研究提供了范例，也为开发代谢性疾病干预策略开辟了新途径。