《Food Science & Nutrition》：Gastrodia elata Polysaccharide Attenuates Aging by Modulating Oxidative Stress, Inflammation, and Gut Microbiota
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衰老是一种自然、进行性生理过程，伴随全身多器官功能障碍，目前有效干预策略仍有限。天麻（Gastrodia elata）是一种知名的药食同源资源，具有广泛的生物活性。天麻多糖（Gastrodia elata polysaccharide，GEP）是从天麻中分离得
衰老是一种自然、进行性生理过程，伴随全身多器官功能障碍，目前有效干预策略仍有限。天麻（Gastrodia elata）是一种知名的药食同源资源，具有广泛的生物活性。天麻多糖（Gastrodia elata polysaccharide，GEP）是从天麻中分离得到的生物活性大分子，是开发抗衰老功能产品有前景的候选物。在本研究中，研究人员首先在体外和秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中验证GEP的初步抗衰老效应，并进一步给予自然衰老小鼠GEP，以探究其抗衰老效应及潜在机制。结果显示，GEP显著减轻d-半乳糖（d-galactose，d-gal）诱导的BV2小胶质细胞衰老，延长线虫寿命；在衰老小鼠中，GEP显著改善认知障碍、肌肉功能障碍和海马神经元损伤，同时上调神经保护性脑源性神经营养因子（BDNF）的表达。此外，GEP降低丙二醛（MDA）水平，提高超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性，并通过下调Keap1、上调HO-1和NQO1激活Nrf2/Keap1信号通路，提示GEP可能通过逆转氧化应激失衡改善衰老。GEP还显著降低血清和脑组织中促炎因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）水平，这可能是TLR4/NF-κB通路失活后缓解慢性炎症的结果。此外，研究人员的结果显示，GEP介导的肠道菌群重塑与其神经保护表型之间存在显著关联。GEP使衰老诱导的肠道菌群失调正常化，恢复微生物多样性，恢复包括Akkermansia和Lactobacillus在内的有益菌属丰度，并提高肠道紧密连接蛋白ZO-1和occludin。此类肠道改善可能部分通过肠–脑轴促进GEP的抗衰老能力，尽管本研究尚缺乏粪便微生物移植等确定性因果证据。总体而言，这些发现为靶向衰老干预的GEP基功能产品的开发与应用提供了理论基础。
Huihuang Shi 等围绕天麻多糖（Gastrodia elata polysaccharide，GEP）的抗衰老作用开展研究。研究背景方面，衰老是自然、进行性生理过程，伴随细胞、组织和器官的结构损伤与功能下降，并由遗传、环境和饮食等多因素共同调控。全球老龄化加剧，心血管疾病、代谢紊乱、肾脏疾病和神经退行性疾病等衰老相关疾病高发，严重降低老年人生活质量并造成社会经济负担。细胞衰老被认为是衰老的核心标志和主要驱动力，氧化应激是关键诱导因素，并可激活炎症信号，炎症又加重活性氧产生，形成恶性循环；肠道菌群失调、脂多糖（LPS）升高和肠屏障损伤也加速衰老。传统中医药具有多成分、多靶点、低毒等特点，天麻是药食同源中药，GEP是其主要活性大分子，已知具有抗炎、抗氧化、免疫增强、调节血压血脂和神经保护等作用，并能调节肠道菌群，但GEP是否通过调节肠道菌群发挥神经保护并作为缓解衰老的候选物尚不清楚。
在此背景下，研究人员先在体外和秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中验证GEP的抗衰老作用，再在自然衰老小鼠中探究其效应及机制。研究得出，GEP可减轻d-半乳糖（d-galactose，d-gal）诱导的BV2小胶质细胞衰老，延长C. elegans N2寿命；在自然衰老小鼠中改善认知障碍、肌肉功能障碍和海马神经元损伤，上调脑源性神经营养因子（BDNF），并通过激活Nrf2/Keap1通路缓解氧化应激、抑制TLR4/NF-κB通路减轻炎症、调节肠道菌群并修复肠屏障，从而发挥多靶点抗衰老作用。该研究为GEP基功能产品开发提供了理论基础，并从神经保护和肠道菌群调控双维度为天然抗衰老物质研究提供了新方向。
关键技术方法概述：GEP由云南昭通天麻提取，经高效凝胶渗透色谱（HPGPC）测定分子量、1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP）柱前衍生化高效液相色谱（HPLC）测定单糖组成、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征结构。体外以d-gal诱导BV2小胶质细胞衰老，采用细胞计数试剂盒-8（CCK-8）和衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）检测；以C. elegans N2评估寿命。体内采用自然衰老雄性C57BL/6J小鼠，购自Jiangsu Jicui Yaokang Biotechnology Co. Ltd.，设Young、Aging、Aging_VitE及Aging_GEP_L/M/H组，灌胃2个月。开展Morris水迷宫（MWM）、筑巢、握力和耐力测试；采用苏木精-伊红（H&E）、免疫组化（IHC）、免疫荧光（IF）染色；采用酶联免疫吸附试验（ELISA）、蛋白质印迹（Western blot）；进行16S rRNA测序；以SPSS 22.0和Prism 9.0统计分析。
研究结果如下：
3.1 GEP结构表征：通过HPGPC、单糖组成分析和FT-IR发现，GEP总糖含量为90.04%，蛋白含量为1.72%，呈单一对称洗脱峰，平均分子量为31.48×10
4 Da，主要由葡萄糖组成，具有α-吡喃葡萄糖结构特征。
3.2 GEP减轻d-gal诱导BV2细胞衰老并延长N2线虫寿命：通过CCK-8和SA-β-gal染色发现，200 mM d-gal可使BV2细胞活力降至约50%并增加衰老细胞阳性率；GEP浓度依赖性地逆转细胞活力下降并减少SA-β-gal阳性细胞，40 μg/mL效果最显著。通过线虫生存曲线发现，GEP显著延长N2线虫平均寿命，0.5 mg/mL效果最佳。
3.3 GEP改善衰老小鼠认知障碍、肌力与功能障碍：通过MWM、筑巢、握力和耐力测试发现，衰老小鼠逃避潜伏期延长、目标象限停留时间和穿越平台次数减少、筑巢评分降低、握力和耐力下降；GEP干预改善上述认知、自主行为和肌肉功能，中剂量效果最明显。
3.4 GEP改善海马神经元损伤并上调BDNF表达：通过H&E和IHC发现，衰老小鼠海马神经元排列紊乱、核固缩深染、损伤神经元增多，BDNF阳性表达降低；GEP干预减轻病理改变并上调BDNF，中剂量保护作用最强且优于维生素E阳性对照，高剂量效果略降，呈倒U型剂量效应。
3.5 GEP经Nrf2/Keap1通路缓解氧化应激：通过检测血清和脑组织MDA、SOD、CAT及Western blot发现，衰老小鼠MDA升高、SOD和CAT活性降低，Keap1升高、HO-1和NQO1降低，总Nrf2无显著差异；GEP逆转氧化应激异常，下调Keap1并上调HO-1和NQO1，激活Nrf2/Keap1介导的抗氧化通路，中剂量效果最佳。
3.6 GEP通过抑制TLR4/NF-κB通路缓解炎症：通过ELISA和Western blot发现，衰老小鼠血清和脑组织IL-1β、IL-6、TNF-α升高，TLR4表达和NF-κB P65磷酸化水平升高；GEP降低促炎因子水平，抑制TLR4表达并降低P65磷酸化，阻断NF-κB通路激活，中剂量效果最佳。
3.7 GEP调节衰老小鼠肠道菌群失调：通过16S rDNA测序发现，衰老小鼠α多样性下降，菌群结构与年轻对照显著分离，总OTU数降低；GEP促进多样性恢复，中剂量组样本趋近对照组。门水平上，衰老小鼠Bacteroidota和Pseudomonadota升高，Bacillota和Verrucomicrobiota降低，GEP逆转这些变化。属水平上，衰老小鼠Akkermansia略降、Dubosiella和Lactobacillus显著降低、Blautia异常富集，GEP增加有益菌属并逆转Blautia富集。LEfSe分析显示Aging组富集Clostridia、Lachnospirales、Bacteroidales、Bacteroidia和Bacteroidota，Aging_GEP_M组富集Dubosiella、Enterobacteriaceae、Pseudomonadota、Gammaproteobacteria和Staphylococcus，Aging_GEP_H组富集Faecalibaculum、Bacteroidaceae和Bacteroides。
3.8 GEP改善衰老小鼠肠道屏障损伤：通过IF染色发现，衰老小鼠结肠ZO-1和occludin荧光强度显著降低；GEP干预上调ZO-1和occludin表达，中剂量效果最佳且强于维生素E阳性对照，提示GEP具有修复衰老小鼠肠屏障损伤的潜力。
讨论部分总结：讨论指出，GEP通过多靶点、多系统协同作用延缓自然衰老。氧化应激方面，GEP增强抗氧化能力，Nrf2总蛋白无显著变化符合其经核转位激活而非总蛋白升高的调控规律，HO-1和NQO1上调为Nrf2通路激活提供功能证据。炎症方面，GEP抑制TLR4/NF-κB信号，减少IL-1β、IL-6和TNF-α，打断氧化应激与炎症的恶性循环。肠道菌群方面，衰老导致菌群多样性下降、有益菌减少和肠屏障破坏，GEP恢复Akkermansia、Lactobacillus等有益菌，增加ZO-1和occludin，可能通过肠–脑轴减少LPS移位及中枢TLR4/NF-κB神经炎症。由于GEP分子量达314 kDa，难以自由穿过血脑屏障，研究人员认为其主要靶器官为胃肠道，通过肠–脑轴间接发挥脑保护。研究未定量短链脂肪酸（SCFAs），但研究人员推测GEP诱导的菌群组成变化可能改变包括SCFAs在内的微生物代谢物，从而介导远端脑保护。GEP呈倒U型剂量效应，中剂量200 mg/kg最佳；高剂量可能触发轻度促氧化反应或过度刺激肠道固有免疫，但尚需验证。局限包括：未进行糖苷键表征，未开展甲基化、2D NMR和体外发酵；缺少粪便微生物移植因果证据；仅评估20月龄中老年小鼠，未验证24月龄及以上更老队列。
研究结论翻译：总之，该研究验证GEP减轻d-gal诱导的BV2小胶质细胞衰老并延长C. elegans N2寿命。在自然衰老小鼠中，GEP显著改善认知和肌肉功能障碍，减轻海马神经元损伤，并上调神经保护性BDNF表达。机制上，GEP通过激活Nrf2/Keap1通路缓解氧化应激，抑制TLR4/NF-κB通路抑制慢性炎症，调节衰老相关肠道菌群失调，并上调ZO-1/Occludin修复肠道屏障损伤，从而发挥抗衰老效应。总体而言，这些发现表明GEP通过协同调节氧化应激、炎症反应及肠道菌群–肠屏障稳态延缓自然衰老，支持其作为衰老干预功能成分的开发。
