一种来源于广西栽培的Alpiniae Oxyphyllae果实的均质酸性多糖，通过重塑氨基酸代谢-微生物群-屏障轴来缓解DSS诱导的溃疡性结肠炎

《International Journal of Biological Macromolecules》：A homogeneous acidic polysaccharide from Guangxi-cultivated Alpiniae Oxyphyllae fructus attenuates DSS-induced ulcerative colitis by remodeling the amino acid metabolism–microbiota–barrier axis

　　• 从广西种植的Alpiniae Oxyphyllae Fructus中分离出一种均一的酸性多糖AOFP-3，并对其进行了全面的结构表征。• AOFP-3是一种高度分支的杂多糖，富含半乳糖醛酸，具有明确的交替骨架。• AOFP-3通过重塑氨基酸代谢–微生物群–屏障轴来减轻硫酸葡聚糖钠诱导的溃疡性结肠炎。• 分支链氨基酸以及丙氨酸/甘氨酸–丝氨酸–苏氨酸代谢轴被认为是AOFP-3的核心代谢靶点。

引言
溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性复发性炎症性肠病，影响结直肠黏膜。其全球发病率持续上升，已成为消化系统疾病领域的重要公共卫生问题[1]。尽管UC的确切病因尚未完全明了，但目前的共识认为其发病机制涉及遗传易感性、肠道微生物群失衡、黏膜免疫失调和环境因素之间的复杂相互作用[2]。目前UC的临床治疗主要依赖于5-氨基水杨酸盐、皮质类固醇、免疫抑制剂和生物制剂[3]。然而，这些传统疗法常常伴随着显著的长期不良反应，并且在治疗停止后复发率较高[4]。因此，开发安全有效的替代或辅助治疗策略对于UC具有重要的临床意义。
UC的发病和进展与肠道微环境稳态的破坏密切相关。肠道微环境由肠道微生物群、代谢物网络和黏膜屏障组成，这些成分通过紧密的因果关系相互连接[5]。在微生物群层面，UC患者通常表现出菌群失调，表现为有益细菌减少、机会性病原体增加以及微生物多样性显著下降[6]。这种菌群失调会改变代谢酶谱，从而导致代谢物的异常积累或耗竭。在代谢层面，氨基酸不仅是蛋白质合成的基本构建块，还在调节免疫细胞功能和维持肠道屏障完整性方面发挥关键作用[6][7]。值得注意的是，在UC患者和动物模型中观察到氨基酸谱（包括分支链氨基酸（BCAAs）、芳香族氨基酸和精氨酸）的显著变化，这些代谢途径与肠道炎症的程度密切相关[8]，表明氨基酸稳态对于维持肠道微环境平衡至关重要。在屏障层面，肠道上皮屏障包括物理屏障（紧密连接蛋白）和化学屏障（黏液层），其完整性是对抗腔内抗原和病原体侵袭的第一道防线[9]。重要的是，菌群失调可以触发氨基酸代谢紊乱，进而直接损害上皮屏障；相反，屏障破坏会进一步加剧菌群失调和异常代谢物的暴露。这三个因素相互强化，形成一个恶性循环[10]。因此，沿着“氨基酸代谢–微生物群–屏障”轴进行系统的多靶点干预可能是一种克服UC治疗瓶颈的有希望的策略。
近年来，由于天然多糖的多靶点调节作用、低毒性和良好的生物相容性，它们在UC治疗研究中受到了广泛关注[11]。几种植物多糖，包括山楂多糖[12]、黄芪多糖[13]和薏米多糖[14]，已被证明具有显著的抗结肠炎作用，其药理效应通常归因于对肠道微生物群、代谢物和肠道屏障功能的协同多维度调节。
Alpiniae Oxyphyllae Fructus（AOF）是中国广西地区特有的药用植物Alpinia oxyphylla Miq.的干燥成熟果实（姜科）[http://zyyj.gxzf.gov.cn/xwdt/gxgg/t8119841.shtml]。它在传统中医中有着悠久的使用历史，常用于治疗胃肠道疾病、遗尿症和肾虚[15][16]。近年来，关于AOF多糖（AOFP）的研究逐渐引起了关注[17]，初步研究报道了其提取、纯化和结构表征，以及初步的证据表明其具有免疫调节[18]、抗炎[19]、抗病毒和止泻[20]活性。众所周知，植物来源的多糖的化学组成和生物活性可能因地理来源和栽培条件而异。虽然AOF在广西广泛种植并被认作地区性特色药材，但针对广西种植AOF的多糖的系统研究仍然不足。现有的提取方法普遍产量较低，阻碍了大规模制备和进一步发展[19][21]；多糖组分的结构表征大多处于初步阶段[22]，尚未系统阐明均一多糖的精细结构[23]。此外，其体内生物活性和作用机制也未得到充分阐明[22][23]；特别是，迄今为止尚未有关于广西种植AOF来源的多糖的提取、纯化、结构表征和功能评估的系统研究。
尽管取得了这些进展，但广西种植AOF中的均一多糖对UC管理的贡献仍不明确。与之前关注粗多糖混合物的研究不同，本工作聚焦于一种结构明确的酸性多糖。我们假设AOFP-3通过重塑氨基酸代谢–微生物群–屏障轴来减轻DSS诱导的UC。为了验证这一假设，我们从广西种植的AOF中分离出AOFP-3并进行了结构表征，并在其对DSS诱导的UC小鼠中的保护作用进行了评估。我们还通过非靶向代谢组学、靶向氨基酸分析、16S rRNA测序和免疫组化技术探讨了AOFP-3治疗与肠道氨基酸代谢变化、肠道微生物群组成和屏障完整性改变之间的关系。本研究旨在确定AOFP-3治疗是否与氨基酸代谢–微生物群–屏障轴的重塑相关，从而为这种广西特色药用植物的深入开发和高价值利用提供理论基础，并为基于多糖的天然产物作为UC治疗候选物或功能性食品的开发开辟新的途径。

材料
本研究使用的AOF采自中国广西河池市天峨县（25°0′5.1″ N, 107°10′5.2″ E），鉴定为Alpinia oxyphylla Miq.（姜科）的干燥成熟果实（图1A）。

AOFP-3的制备
将果实清洗、干燥、粉碎并通过60目筛网过滤。取100克样品浸入等体积的无水乙醇中以去除杂质，收集残留物。进行单因素实验以研究提取效果。

AOFP的提取和纯化
通过单因素实验和响应面分析（RSM）优化了AOFP的提取条件（表S2–S5和图S1）。最佳条件为3.7体积的纯净水、82.50°C、100分钟和两次提取。合并滤液浓缩后用无水乙醇沉淀，并冻干得到AOFP，平均产量为5.38%。这一产量足以用于后续的纯化、结构表征和体内实验。

讨论
在本研究中，从广西种植的AOF中分离出一种均一的酸性多糖AOFP-3，并对其结构特征进行了系统表征。利用多组学方法，我们证明了其对DSS诱导的UC的保护作用。AOFP-3治疗与异常积累或耗竭的肠道氨基酸代谢的系统性恢复、肠道微生物群组成的优化以及黏膜屏障完整性的修复相关；这三个方面共同作用...

结论
在本研究中，从广西种植的AOF中分离出一种均一的酸性多糖AOFP-3，并对其结构特征进行了系统表征，为这种地区性药用资源的多糖提供了全面的结构-活性和多组学机制证据。从机制上看，AOFP-3治疗与氨基酸代谢稳态的恢复有关，特别是分支链氨基酸以及丙氨酸和甘氨酸–丝氨酸–苏氨酸代谢轴的调节。

缩写
5-ASA：5-氨基水杨酸
AOF：Alpiniae Oxyphyllae Fructus
AOFP：Alpiniae Oxyphyllae Fructus多糖
Ara：阿拉伯糖
BCAAs：分支链氨基酸
BSA：牛血清白蛋白
COSY：相关性光谱
DSS：硫酸葡聚糖钠
Fuc：岩藻糖
Gal：半乳糖
Gal：半乳醛酸
Glc：葡萄糖
GlcA：葡萄糖醛酸
HMB：异核多核相干
HSQ：异核单量子相干
IL-1β：白细胞介素-1β
IL-10：白细胞介素-10
IL-6：白细胞介素-6
NOESY：核过豪泽效应光谱
Rhamnose：鼠李糖
RSM：响应面分析

作者贡献声明
向一飞：撰写–审稿与编辑、撰写–初稿、验证、方法学、研究、数据分析、概念化。
何春梅：验证、方法学、研究、数据分析、概念化。
袁海丰：方法学、研究。
王二强：方法学、研究。
严泽昊：方法学、研究。
李子阳：方法学、研究。
刘成志：方法学、研究。
张艳文：撰写–审稿与...

出版同意
不适用。

资助
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号U24A20453）、广西科技基地和人才专项（项目编号Gui Ke AD24010031）以及南宁大学科研基金项目（项目编号2026KYJJ017）的共同支持。

利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢
感谢江苏Sanshu科技有限公司在多糖结构表征、16S rRNA测序、非靶向代谢组学和靶向代谢组学方面的帮助。