ZJP-2，一种新型野生枣多糖，通过线粒体调控在大肠杆菌中延长寿命、增强认知功能并缓解氧化应激

《International Journal of Biological Macromolecules》：ZJP-2, a novel wild jujube polysaccharide, enhances longevity, cognitive function, and mitigates oxidative stress via mitochondrial regulation in Caenorhabditis elegans

　　摘要氧化应激是由活性氧（ROS）产生与抗氧化防御之间失衡所致，是驱动衰老及相关功能衰退的重要因素。来源于药用植物的天然多糖是对抗氧化应激相关疾病颇有前景的干预手段。本研究考察了一种从野生酸枣（Ziziphus jujuba Mill. var. spinosa）中分离得到的新型多糖（ZJP-2）对秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）应激诱导生理功能退化所起的保护作用。我们通过脂多糖暴露、热应激以及氧化应激模型，评估了ZJP-2对寿命、健康寿命、抗氧化能力以及应激反应通路的影响。ZJP-2（0.25–1 mg/mL）未表现出毒性，也不抑制大肠杆菌OP50的生长。处理显著改善了线虫的运动能力、咽部泵功能及生殖能力。最优剂量使平均寿命延长42.03%，并使肠腔脂褐素积累减少52.89%。在热应激条件下（37 °C），ZJP-2增强了耐热性，并提高了在氧化应激下的存活率。细胞内ROS水平呈剂量依赖性下降，同时伴随丙二醛水平降低以及超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽活性的升高。基因表达分析显示，抗氧化及线粒体相关基因以及p38 MAPK相关基因受到调控。ZJP-2还促进了与长寿相关的转录因子daf-16的活化。这些结果表明，ZJP-2能够增强应激抵抗能力、减少氧化损伤并促进健康寿命，凸显了其作为一种减轻与应激相关衰老的天然生物活性化合物的潜力。引言衰老是一个复杂的多因素过程，以生物及功能的进行性衰退为特征，并导致慢性病、组织退化和死亡的风险升高[1],[2]。在细胞层面，衰老涉及基因组不稳定、端粒缩短、表观遗传改变、蛋白质稳态丧失以及线粒体问题[3]。其中，由活性氧（ROS）产生与抗氧化防御之间失衡所致的氧化应激，是细胞衰老和整体生物体衰老的主要因素[5]。过量的ROS会损伤脂质、蛋白质和DNA，形成一种有害的细胞损伤循环，加速衰老过程，并促成神经退行性疾病、癌症、心血管疾病和代谢综合征等疾病的发生[6]。增强机体天然抗氧化防御或中和ROS是减缓衰老、改善健康寿命的一种有前景的途径[7]。然而，合成的抗氧化剂如丁基羟基茴香醚（BHA）和特丁基对苯二酚（BHT）由于毒性、潜在的DNA损伤作用及其他副作用，其临床使用受到限制[8],[9]，这凸显了寻找安全有效天然替代品的必要性。植物来源的多糖已成为重要的生物反应调节剂，具有强效的抗氧化、抗炎、免疫调节和细胞保护特性[10];[11]。它们良好的安全性、低毒性、生物相容性和可生物降解性使其成为治疗应用和功能性食品开发的理想候选物[12],[13]。来源于枸杞、灵芝和黄芪的多糖显示出显著的抗衰老效果，通过中和ROS并激活DAF-16/FOXO和SKN-1/Nrf2等长寿通路发挥效用[14],[15]。酸枣（Ziziphus jujuba Mill.）是一种传统药食两用植物，几千年来在亚洲各国被用于治疗血虚、安神和促进健康[16]。其果实富含多种生物活性化合物，包括多糖、三萜酸、黄酮类、生物碱和环核苷酸[12]。其中，酸枣多糖（ZJPs）表现出抗氧化、免疫调节、护肝、抗肿瘤、降血糖和神经保护等效果[12],[17]。在机制上，ZJPs通过降低丙二醛（MDA）水平、提升超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性以及激活Nrf2介导的抗氧化信号通路来减少氧化损伤[18]。近期研究提示，ZJPs通过调控胰岛素/IGF-1信号通路（IIS）和肠道微生物组，能够在果蝇和啮齿类动物模型中延长寿命并改善健康寿命[16],[19]。在秀丽隐杆线虫中，酸枣多糖增强了应激抵抗能力并减少了ROS的积累[20],[21]。然而，它们的分子靶点，尤其是与线粒体功能、动态以及相关的长寿通路有关的部分，仍不完全清楚。本研究通过提供将一种新型酸枣多糖组分ZJP-2与线粒体基因调控及整合性应激反应通路联系起来的机制证据，来弥补这一空白，从而拓展了人们对多糖影响长寿机制的理解。秀丽隐杆线虫是研究氧化应激、衰老机制及治疗干预的优良模型，其寿命短（约3周）、身体透明、基因组已全序列测定，并且应激反应和长寿通路在哺乳动物中具有高度保守性[2],[22]。包括p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路、胰岛素/IGF-1信号通路（IIS）以及FOXO转录因子DAF-16在内的关键信号级联，在结构和功能上均与人类的对应物相似[2],[23]。由PMK-1及其上游激活剂SEK-1参与的p38 MAPK通路介导免疫反应、氧化应激抵抗和蛋白质稳态，而DAF-16控制抗氧化基因表达、代谢适应和寿命[24],[25]。此外，秀丽隐杆线虫具有特征明确的线粒体基因（gas-1、mev-1、drp-1和hmg-1），用于调控电子传递链功能、线粒体分裂与融合动态以及应激适应[26],[27]。这些特征使秀丽隐杆线虫成为探索天然产物抗衰老策略分子机制的理想平台。在本研究中，我们系统地考察了ZJP-2对秀丽隐杆线虫在多种应激因素下的保护作用。我们评估了其对寿命、健康寿命指标（运动、咽部泵和生殖）以及氧化应激生物标志物（ROS、MDA、脂褐素）的影响，以及抗氧化酶的活性。我们还通过研究p38 MAPK通路、DAF-16转录活性以及线粒体基因表达网络的调控，探索其分子机制。我们的结果表明，ZJP-2可能通过调节保守的应激反应通路，作为一种增强应激抵抗能力并促进健康衰老的生物活性化合物发挥作用。章节要点材料与小鼠品系所有培养基，包括营养琼脂和Luria-Bertani（LB）琼脂，以及所用化学试剂均购自上海根克生物技术公司（中国）。生化测定试剂盒（BCA、SOD、CAT、MDA）购自南京建成生物工程公司（中国）。我们从美仑生物科技公司（中国）购买了脂多糖（LPS，血清型055:B5）。我们使用大肠杆菌OP50作为标准饲料，并在37 °C的LB培养基中振荡培养。野生型N2以及转基因或突变品系，包括……ZJP-2的结构表征ZJP-2的结构参数总结于表1和表2中。ZJP-2表现出重均分子量（Mw）为170.666 kDa（Mn = 67.743 kDa；Mw/Mn = 2.519），与天然果胶多糖相符。其均方根构象斜率为0.35 ± 0.01，表明在水溶液中呈紧密的近球形结构。单糖组成分析鉴定出半乳糖醛酸（GalA，34.52%）为主要成分，同时含有阿拉伯糖（30.20%）和鼠李糖（12.07%）。讨论衰老主要源于分子损伤的逐渐积累，其中氧化应激和线粒体功能障碍被认为是关键的、在进化上保守的特征。在本研究中，我们展示了ZJP-2——一种来源于酸枣的多糖——能够通过增强抗氧化防御、维持线粒体稳态并调节保守的应激反应信号通路，显著延长秀丽隐杆线虫的寿命和健康寿命。这些发现支持了大量的既有证据，即……结论总之，本研究证明野生酸枣多糖ZJP-2在秀丽隐杆线虫中具有显著的延寿和延长健康寿命效果。ZJP-2在延长寿命的同时，改善了多种生理和行为参数，包括运动能力、咽部泵功能、生殖能力、应激抵抗性以及学习相关的行为可塑性。此外，ZJP-2减少了氧化应激，降低了脂褐素积累，并增强了……缩写ZJP-2：酸枣 Mill. var. spinosa (Bunge) Hu ex H. F. Chou 多糖-2CRediT作者贡献声明Muhammad Zulqarnain Shakir：验证、资源、调查。Inam Ullah：验证、调查、形式分析。Jiang Ning：验证、资源、调查。Jixian Liu：验证、资源、调查。Xuchen Zhou：验证、软件、调查。Yufen Zhao：验证、形式分析。Qiaobei Du：调查、形式分析。Huabiao Chen：验证、软件、调查。Muhammad Ali：可视化、调查。Ning Wang：验证、监督……利益冲突声明Huabiao Chen就职于宁波和源基因科技有限公司。其余作者声明本研究未开展任何商业或财务关系，不存在潜在的利益冲突。致谢本研究由新疆政府（2023A02010-03）、新疆生产建设兵团的NGHJG项目（2023AA503）、宁波市的甬江人才引才计划（2024）以及宁波市转化医学健康基金（H2024000279）资助。特别感谢宁波大学IDDT分析中心的工作人员在数据获取、实验设备管理和数据处理方面提供的卓越技术支持。作者：Muhammad Zulqarnain Shakir | Inam Ullah | Muhammad Wasim Usmani | Jiang Ning | Jixian Liu | Xuchen Zhou | Yufen Zhao | Qiaobei Du | Huabiao Chen | Muhammad Ali | Ning Wang | Xinmin Liu