《International Journal of Biological Macromolecules》：Pectic polysaccharides from Polygonum cuspidatum: structural characterization and protective effects against DSS-induced colitis
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摘要虎杖的干燥根茎是一种常用的中药，具有治疗胃肠道疾病的作用。不过，目前尚不确定其高分子多糖，尤其是非葡聚糖类多糖，在预防肠道炎症性疾病中是否起着重要作用。本研究从虎杖中分离出一种分子量为134.45 kDa的酸性多糖PCP-I，该多糖由半乳糖A、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、葡萄糖
摘要
虎杖的干燥根茎是一种常用的中药，具有治疗胃肠道疾病的作用。不过，目前尚不确定其高分子多糖，尤其是非葡聚糖类多糖，在预防肠道炎症性疾病中是否起着重要作用。本研究从虎杖中分离出一种分子量为134.45 kDa的酸性多糖PCP-I，该多糖由半乳糖A、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、葡萄糖和半乳糖醛酸按50.4:25.8:14.0:5.9:3.4:0.5的摩尔比组成。经分析，这是一种果胶型多糖，含有44.5%的均聚半乳糖醛酸链以及51.6%的鼠李糖半乳糖醛酸I链，分支度为6.75，HG/RG-I比为0.86，且存在轻度甲基酯化现象。连接在RG-I上的侧链主要为II型阿拉伯半乳聚糖，其次是阿拉伯聚糖和I型阿拉伯半乳聚糖，三者比例约为5:2:1。研究表明，PCP-I能够缓解硫酸葡聚糖诱导的实验性结肠炎症状，通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB通路在转录水平上发挥作用，从而减轻结肠炎症并恢复肠道屏障功能。其优异效果可能源于肠道微生物群组成的改善，因为研究中发现两种具有潜在益生菌作用的菌属——阿利斯蒂普斯菌和阿克曼氏菌的数量有所增加。总体而言，这些研究结果表明，虎杖中的果胶多糖PCP-I可能是其预防结肠炎功能的关键成分，具有作为预防肠道炎症性疾病药物的潜力，值得进一步研究。
引言
溃疡性结肠炎是一种慢性、反复发作的非特异性炎症性肠病，在大多数发达国家和工业化国家中发病率和住院率都在不断上升。其发病机制与肠道微生物群失衡、肠道屏障功能障碍、氧化应激以及炎症密切相关[1]，而紊乱的微生物群生态系统可能导致炎症和黏膜损伤[2]，这可能是该病发病机制中的关键因素之一，也是治疗的靶点。天然产物通过包括肠道-微生物群界面在内的多器官轴调节全身炎症，这一研究领域正在不断发展[3]。与临床实践中单一的抗炎治疗相比，能够同时平衡肠道微生物群、修复肠道屏障并发挥抗炎作用的复合干预措施，或许是治疗或预防溃疡性结肠炎的有效途径。那些在小肠中无法被消化，但可被人体微生物群代谢的益生元，作为一种新型辅助治疗方法，具有多靶点、无毒性且生物安全性高的优点[4]，例如不可消化的寡糖、植物多糖和果胶[4]、[5]、[6]。此外，那些具有多种功能、能调节微生物群的多糖，还能对肠道屏障、免疫功能和抗炎作用产生双重影响，在溃疡性结肠炎的干预治疗中展现出巨大潜力[7]、[8]。
Polygonum cuspidatum Sieb. et Zucc属于蓼科植物，主要分布于中国、朝鲜、韩国、日本以及北美洲[9]。虎杖的干燥根茎在中医中被用作中药，名为“虎杖”，具有利水、退黄、清热解毒、活血止痛的功效[10]。实际上，虎杖还具有治疗胃肠道疾病的作用。研究表明，虎杖可通过灌肠干预恢复脂质性胰腺炎患者的肠道功能并减轻炎症[11]，还能保护大鼠的胃黏膜[12]。此外，虎杖与人参搭配使用，可在动脉粥样硬化和2型糖尿病中显著改善肠道微生物群和肠道屏障功能[13]、[14]。虎杖还能用于缓解多种人类炎症性疾病[9]，如关节炎[15]、胰腺炎[11]和肾炎症[16]。目前已知虎杖中的生物活性成分主要是低分子量的植物化学物质，包括蒽醌类、芪类、黄酮类、香豆素类，这些成分具有抗炎、抗氧化、抗癌以及保护心脏和肝脏的作用[9]。然而，虎杖中的高分子成分——多糖组分（PCP）在虎杖中的含量至少为0.034%，最高可达55%[17]，这一比例远高于黄酮类等其他小分子成分[18]。更重要的是，PCP还具有多种药理活性，如抗肿瘤、抗氧化、免疫调节和降血糖作用[17]、[19]，不过除了罗等人进行的体外生物测定之外[20]，目前尚未太多研究关注其作为抗炎剂的可能性，以及其在虎杖治疗肠道疾病中的作用。
此外，多糖的生物活性差异与其化学结构密切相关。目前已对虎杖中的多糖进行结构鉴定，发现其主要为中性葡聚糖[17]。例如，已有α-葡聚糖PCPs-I被鉴定出来，其主链上存在→4)-α-D-Glcp-(1→和→6)-α-D-Glcp-(1→的连接结构，在O-6位存在分支[14]；还有四种α-(1→4)-葡聚糖PPa-I-1、PPb-I-1、PPb-I-2、PCP-I-I[21]；三种具有不同糖苷键分支点的α-(1→4)-或α-(1→4)-(1→6)-连接的葡聚糖[22]；以及一种未确定糖苷键结构的葡聚糖PCPS[23]。另外，由于先前研究在虎杖的粗多糖组分中检测到了半乳糖醛酸，因此虎杖中很可能也存在以半乳糖醛酸为主要成分的果胶多糖，其在虎杖中的含量在0.0015%到6.90%之间[21]、[22]、[23]，这一现象在其他蓼属植物中也有报道[24]。不过，这类果胶多糖至今尚未被分离出来或进行结构鉴定。
因此，本研究的目的是系统地研究虎杖中果胶的存在情况并对其结构进行鉴定，同时弥补目前关于果胶在硫酸葡聚糖诱导的实验性结肠炎小鼠模型中预防肠道疾病作用的研究证据不足的问题，期望从肠道微生物群、肠道屏障功能及炎症等多个层面揭示果胶的作用机制。
章节要点
植物材料
2020年，我们从中国四川省成都市何花池中药材市场获取了虎杖的根茎，随后由四川农业大学的李霞副教授对其进行了鉴定。对应的凭证标本编号为2020–7-342，已存放在四川农业大学药学系。获取的植物材料经过清洗后，在50℃的通风干燥箱中烘干，随后通过机械手段将其研磨成合适的粉末。
PCP-I的分离、化学组成及分子量
从虎杖干燥根茎的水提取物中得到了粗多糖组分PCP，其含量为1.1±0.05%（质量比）。经过阴离子交换色谱分离后，得到了中性多糖组分PCP-N和酸性多糖组分PCP-A（见图2A），二者在PCP中的占比分别为46.6±6.27%和10.2±1.69%（质量比）。进一步通过尺寸排阻色谱从PCP-A中分离出了PCP-I，其含量为87.5±5.33%（质量比）（见图2B）。由于PCP-N呈现深色，推测其中可能含有淀粉成分。
结论
本研究首次系统地对虎杖根茎中存在的一种低度甲基酯化的果胶多糖PCP-I进行了结构分析，通过甲基化和核磁共振技术阐明了其结构特征，同时发现该多糖具有预防结肠炎的潜力。研究显示，PCP-I对实验性结肠炎小鼠具有剂量依赖性的保护作用，这一效果可能源于其能够抑制TLR4/MyD88/NF-κB信号通路在转录水平上的活性。
作者贡献说明
傅玉平：论文撰写——初稿撰写、可视化处理、结果验证、研究设计、数据整理、概念构思。李晨宇：可视化处理、软件应用、方法设计、数据整理。严红：可视化处理、软件应用、方法设计、数据整理。Kari Tvete Inngjerdingen：论文撰写——审阅与编辑、可视化处理、方法设计、数据整理。Berit Smestad Paulsen：论文撰写——审阅与编辑、方法设计。Frode Rise：方法设计、资金筹集、数据整理。李霞：可视化处理、资源协调。
利益冲突声明
所有作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究部分得到了“国家现代农业产业技术体系四川创新团队——正宗中药材组”（项目编号：SCCXTD-2026-18）、“四川大学跨学科创新基金及四川省科技计划”（项目编号：2025ZNSFSC1057）的支持。此外，本研究还获得了挪威研究委员会通过挪威NMR平台NNP提供的支持（项目编号：226244/F50）。
傅玉平|李晨宇|严红|Kari Tvete Inngjerdingen|Berit Smestad Paulsen|Frode Rise|李霞|王川|邹远峰
