天然和改性汉考克石斛（Dendrobium hancockii）多糖与锌（Zn(II)）形成的新型复合物：合成、表征及其生物活性的体外比较分析

《International Journal of Biological Macromolecules》：Novel Zn(II) complexes of native and modified Dendrobium hancockii polysaccharides: Synthesis, characterization, and comparative analysis of biological activities in vitro

Dendrobium hancockii多糖及其Zn(II)复合物（PDH-Zn, CPDH-Zn, DGPDH-Zn）的化学结构、形貌及生物活性首次系统研究。通过化学分析、光谱表征及动力学模型验证，Zn(II)复合物显著增强抗氧化（PDH-Zn）、α-葡萄糖苷酶抑制（PDH-Zn/CPDH-Zn）和抗菌活性（DGPDH-Zn），且呈现非竞争-竞争混合抑制特性。

　　

Kui-Wu Wang|Zhe-Han Zhao|Hai-Jiang Zhang|Yan-Bin Lu|Bin Wu

浙江工商大学食品科学与生物技术学院，中国杭州，310018

摘要

首次合成了含有锌(II)复合物的天然、羧甲基化和降解后的Dendrobium hancockii多糖，分别为PDH-Zn、CPDH-Zn和DGPDH-Zn。通过化学成分分析、柱前衍生化HPLC、FT-IR、XPS、XRD、TGA/DTG、SEM对这三种含锌复合物及其原始多糖进行了表征，并对其生物活性进行了体外测定。结果表明，这些复合物改变了原始多糖的化学成分、糖链构象和表面形态。与原始多糖相比，这些复合物具有不同的抗氧化活性，并显著增强了α-葡萄糖苷酶抑制作用和抗菌活性。动力学分析显示，PDH-Zn和DGPDH-Zn为非竞争性-竞争性混合抑制剂，其K_i/K_is值分别为3.16/1.58和3.18/1.67 mg/mL；CPDH-Zn为竞争性-非竞争性混合抑制剂，K_i/K_is值为4.54/16.14 mg/mL。这些结果表明，PDH-Zn、CPDH-Zn和DGPDH-Zn有望用于功能性食品的开发。

引言

近年来，Dendrobium多糖因其广泛的生物活性而受到关注，例如对抗酒精性肝损伤、缓解酒精引起的胃溃疡[1]、抗衰老[3]、抗氧化[4]、抗肿瘤[6]、免疫调节[7][8][9]、降血糖[10][11]、促进血管生成以及卵泡再生和头发生长[12][13][14]等。我们之前的研究发现，从D. hancockii中分离出的多糖也具有抗氧化和抗菌活性，这表明它们具有进一步研究的价值[4][15]。

多糖金属复合物可以发挥多糖本身的生物特性，并提供人体生理活动所需的微量元素，因此受到了越来越多研究人员的关注。多糖与金属离子之间的协同作用可以增强多糖的生物活性[16]。此外，多糖金属复合物可以用作有效的金属元素补充剂，以克服小分子有机化合物和金属复合物的缺点（例如金属离子的水溶性差和毒性高）。

例如，硒化Artemisia sphaerocephala多糖在体外对三种肿瘤细胞的增殖抑制作用显著增强[17]。新型硫酸化太平洋鲍鱼生殖腺多糖-Fe(III)复合物（AGSP-Fe(III)）比FeCl₃具有更好的铁补充效率和溶解性及稳定性[18]。Astragalus membranaceus多糖-Fe(III)复合物具有抗氧化、抗氧化应激抑制、免疫调节和铁补充作用[19]。锶Astragalus多糖可以有效抑制炎症因子，促进成骨分化并上调骨生长因子[20]。硫酸化鼠李糖多糖与Cr(III)的复合物可显著提高T2DM小鼠的口服葡萄糖耐受性，降低血清胰岛素水平，减少体重增加，并增加组织糖原含量[21]。

Fritillaria ussuriensis多糖-Zn复合物显著增强了抗氧化活性[22]。来自Schizolobium amazonicum的天然半乳甘露聚糖及其钒改性形式的复合物对HepG2细胞具有细胞毒性，并增加了ROS水平[23]。Dictyophora indusiata多糖-Zn复合物具有更高的抗增殖活性[24]。Porphyridium属植物的硫酸化多糖通过与锌离子螯合增强了抗菌活性[25]。硫酸软骨素锌复合物显示出良好的抗菌和伤口愈合性能[26]。

受这些研究结果的启发，本研究首次制备了D. hancockii的天然多糖及其与锌形成的复合物（PDH-Zn、CPDH-Zn、DGPDH-Zn），旨在增强天然多糖的活性并提供锌补充。使用ICP-MS、HPLC、IR、XPS、XRD、SEM、TGA-DTA等方法系统分析了这些复合物及其对应多糖的化学成分、结构和形态特征，并对其抗氧化、α-葡萄糖苷酶抑制和抗菌活性进行了体外评估。还对α-葡萄糖苷酶抑制类型的动力学进行了深入研究。

材料与试剂

D. hancockii多糖（PDH）及其改性化合物（羧甲基化和降解后的PDH，即CPDH和DGPDH）是在我们的实验室制备的[4]。肌醇和单糖标准品来自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。1-苯基-3-甲基-5-吡唑酮（PMP）、三氟乙酸（TFA）、Kojic酸、ZnSO₄·7H₂O、DPPH、羟基自由基（·OH）、4-硝基苯基α-D-半乳吡喃糖苷（PNPG）、Coomassie brilliant blue G-250、牛血清白蛋白（BSA）、α-葡萄糖苷酶和磷酸盐

化学特性分析

三种原始多糖及其相应复合物的化学成分见表1。所有含锌复合物的总糖含量低于相应的多糖样品。所有多糖及其锌复合物的蛋白质含量均低于5.12%。根据我们之前的研究[4]，PDH的乙酰基取代度（DS）为0.85；CPDH的羧甲基取代度为0.45。

结论

成功合成了三种含有锌(II)复合物的天然和改性多糖。对其结构进行了系统表征，并对其抗氧化、α-葡萄糖苷酶抑制和抗菌活性进行了体外测定。结果表明，PDH-Zn、CPDH-Zn和DGPDH-Zn是热稳定的多糖复合物。与原始多糖相比，这些复合物具有不同的抗氧化活性。锌(II)的引入显著增强了其生物活性。

作者贡献声明

Kui-Wu Wang：撰写——审稿与编辑、监督、方法学设计、概念构思。Zhe-Han Zhao：撰写——初稿撰写、数据整理。Hai-Jiang Zhang：验证、资源获取。Yan-Bin Lu：撰写——审稿与编辑、方法学设计、数据整理。Bin Wu：撰写——审稿与编辑、验证、监督。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了江苏省区域特色资源药物转化重点实验室（LPRK202301）和浙江省高层次人才专项计划（编号2022R52036）的资助。