穿山龙地上部分酸性果胶多糖组分的结构表征及其肠道健康相关作用

《Food Bioscience》：Structural characterization and gut health-associated effects of an acidic pectic polysaccharide fraction from Cyathula officinalis aerial biomass

　　

摘要

川牛膝（Cyathula officinalis）地上部分因开发不足而未被充分利用，可能为肠道健康提供可持续的食品生物活性物质，然而其多糖组分至今尚未得到充分表征。在本研究中，我们从川牛膝地上部分生物质中分离出一种纯化的酸性多糖组分，命名为COSP-1，并通过单糖组成分析、甲基化连接谱分析以及核磁共振波谱对其进行系统表征。结果表明，COSP-1是一种富含阿拉伯糖半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I）的酸性果胶多糖组分，估算分子量约为45.3 kDa，以→2)-α-L-Rhap-(1→ 和 →4)-α-D-GalpA-(1→ 残基为主要结构特征，并含有O-4支链鼠李糖以及末端阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖和木糖残基。在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中，COSP-1可缓解临床症状、结肠缩短及组织病理学损伤，中剂量组在多项临床和组织病理学指标中表现出显著的 protective 作用。在宿主应答层面，COSP-1处理与上皮屏障相关蛋白表达改善、血清脂多糖及结肠促炎性细胞因子水平降低、应激及炎性体相关信号通路减弱、结肠抗氧化酶活性升高等现象相关。整合微生物组、短链脂肪酸（SCFA）和代谢组学分析进一步表明，COSP-1干预伴随肠道微生物组成的部分变化、乙酸、丙酸、丁酸及戊酸水平升高，以及组氨酸、嘌呤、花生四烯酸和芳香族氨基酸代谢相关通路的变化。这些发现支持COSP-1作为来自开发不足的川牛膝地上部分的富含RG-I的酸性果胶多糖组分，在DSS诱导结肠炎小鼠中具有肠道健康相关作用。微生物组、SCFA及代谢组学发现属于相关性证据，并非选择性发酵或SCFA介导屏障保护作用的直接证明。

引言

溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性复发性炎症性肠病，其全球健康负担持续上升。其发病机制涉及遗传易感性、环境诱因、上皮屏障破坏、肠道微生物失调以及代谢紊乱之间复杂的相互作用（Lamb et al., 2019; Xue et al., 2023; M. Zhu et al., 2023）。特别是黏膜完整性受损和宿主-微生物相互作用失调会加重炎症级联反应并损害黏膜修复（Caballero-Flores et al., 2023; Iliev et al., 2025; Y. Zhang et al., 2023）。然而，目前的标准治疗药物，包括氨基水杨酸盐、皮质类固醇和抗生素，往往仅能提供症状性控制，并可能引起菌群失调和抗菌药物耐药等不良反应（J. Guo et al., 2024; Gupta et al., 2022）。部分患者最终会进展为难治性疾病，需要行结肠切除术，手术存在风险及术后并发症（Oo & Davies, 2023）。这些局限性凸显了对安全膳食生物活性物质的需求，这些物质可能有助于维持肠道屏障功能和黏膜稳态。

膳食来源、植物来源及药食两用多糖因其良好的安全性以及其与"膳食-微生物-免疫"轴相互作用的能力，作为UC管理的食品生物活性候选物日益受到关注（Dilixiati et al., 2024; Y. Guo et al., 2022; Lin et al., 2024）。在UC及肠道健康相关研究中，来自多种植物和食物来源的结构性表征多糖已被报道与炎症信号减弱、上皮紧密连接完整性改善、氧化应激相关保护以及肠道微生物或代谢变化相关（X. Chen et al., 2021; Ren et al., 2023）。例如，来自覆盆子的果胶类多糖与对DSS诱导结肠炎的保护作用相关（Dou et al., 2025），而来自葛（Pueraria lobata）的多糖则与肠道微生物相关的宿主代谢反应相关联（Niu et al., 2026）。此外，针对传统中医药或药食两用植物多糖的研究，如西洋参（Panax quinquefolius，Ren et al., 2023）、黄精（Polygonatum cyrtonema，Lin et al., 2024）、兜兰（Dendrobium huoshanense，Yu et al., 2022）、党参（Codonopsis pilosula，Zou et al., 2020）以及川明参（Chuanminshen violaceum，Zou et al., 2023），提示不同的多糖来源可能表现出涉及上皮屏障修复、炎症细胞因子水平降低、抗氧化反应、SCFA水平变化或肠道微生物变化的不同生物活性谱。这些差异凸显了不仅需要根据生物学终点，还要根据结构特征来比较多糖的必要性。

多糖的生物活性通常是结构依赖性的。最近对Eucheuma spp.中κ-卡拉胶的研究表明，食物来源多糖的分子量及其消化-发酵行为可能与肠道炎症反应相关（Dou et al., 2026）。关于果胶稳定乳液和黑莓多糖纳米硒颗粒的研究进一步强调了多糖基体系的功能性能和生物活性受结构特征、理化性质及分子修饰的影响（Niu et al., 2025; Dou et al., 2024）。单糖组成、糖苷键连接模式、分子量分布、糖醛酸含量及支链架构可能影响微生物的可及性、发酵行为、代谢物产生及下游宿主应答（X. Zhang et al., 2025; L. Zhu et al., 2025）。因此，仅依赖粗提物或表征不足的多糖提取物所进行的研究所提供的机制性见解十分有限。需要一种以结构表征为基础的策略，将多糖特征与微生物-代谢物相关的宿主应答联系起来，以推动基于多糖的肠道健康功能性原料的发展（Wang et al., 2025）。

川牛膝（Cyathula officinalis）是一种传统中草药，主要以其根入药，而其地上部分生物质则未被充分利用，关于其多糖的制备、结构特征及生物活性信息十分有限。近期关于其他根入药植物地上部分的研究表明，茎和叶也可能含有具有肠道健康相关潜力的生物活性果胶多糖（Zou et al., 2023）。在果胶多糖中，富含RG-I的酸性果胶多糖备受关注，因为其GalA/Rha相关主链残基和Ara/Gal含侧链可能提供与微生物可及性及相关发酵代谢物产生相关的结构特征（Beukema et al., 2020; Jin et al., 2021）。然而，关于川牛膝地上部分多糖的结构特征与肠道微生物、微生物代谢物及宿主黏膜应答之间关联的直接证据仍然缺乏。

因此，我们假设川牛膝的地上部分生物质可能含有富含RG-I的酸性果胶多糖组分，在结肠炎中具有肠道健康相关作用。为验证该假设，本研究旨在分离和结构表征从川牛膝地上部分生物质中分离出的主要酸性多糖组分，命名为COSP-1，并评估其在DSS诱导结肠炎模型中的保护作用。宿主屏障相关、炎症和氧化应激指标评估结合16S核糖体RNA（rRNA）基因测序、SCFA定量及非靶向代谢组学，以探索结构相关的微生物-代谢物-宿主应答模式。这些多层数据被解释为生成机制性假设的相关性证据，而非选择性微生物发酵或SCFA介导保护作用的直接证明。

章节片段

材料

本研究使用的川牛膝茎叶采自中国四川省雅安市（30°28'59"N/102°52'5"，海拔1987米）。DSS（分子量36–50 kDa）购自MP Biomedicals（加拿大）。粪便隐血检测试剂盒购自珠海碧索生物科技有限公司（中国珠海）。Pierce二喹啉甲酸（BCA）蛋白质测定试剂盒购自碧云天生物技术公司（中国上海）。靶向闭合环连接蛋白-1（Zonula occludens-1）的抗体

COSP-1的提取与纯化

采用热水提取法从川牛膝地上部分中提取粗多糖组分（图1A），得率约为10.4%。随后通过DEAE-Sepharose Fast Flow阴离子交换色谱对粗多糖组分进一步分离（图1B）。水洗部分获得中性多糖组分，得率为15.0%，而NaCl洗脱的酸性多糖组分，命名为COSP-A，约占粗多糖的67.3%。

讨论

果胶多糖，尤其是富含RG-I的酸性果胶多糖组分，因其结构多样性、微生物可发酵性以及与肠道稳态的相关潜力，作为食品来源的生物活性物质日益受到关注。然而，基于多糖的食品生物活性物质开发通常受到结构表征不足以及多糖结构特征、微生物代谢与宿主之间关联不明确等因素的限制

结论

本研究将COSP-1表征为来自开发不足的川牛膝地上部分生物质的一种富含RG-I的酸性果胶多糖组分。COSP-1表现出RG-I相关结构特征，包括→2)-α-L-Rhap-(1→ 和 →4)-α-D-GalpA-(1→ 残基，以及含Ara、Gal、Rha和Xyl残基的中性糖侧链。在DSS诱导的结肠炎小鼠中，COSP-1缓解了临床症状和组织病理学损伤，并伴随上皮屏障相关指标的改善以及更低的

CRediT作者贡献声明

水士哲（Sizhe Shui）：验证、形式化分析。吴丽娟（Lijuan Wu）：验证、形式化分析。邹元峰（Yuanfeng Zou）：监督、资源、方法论。邱宇杰（Yujie Qiu）：写作—初稿撰写、可视化、调查研究、数据整理。陈书（Shu Chen）：写作—初稿撰写、调查研究、数据整理。蔡程程（Chengcheng Cai）：写作—审阅与编辑、可视化、形式化分析。田孟良（Mengliang Tian）：写作—审阅与编辑、项目管理、资金获取。李瑞（Rui Li）：监督、项目管理。兰海（Hai Lan）：

未引用参考文献

Li et al., 2025; Wang et al., ; Wang et al., 2024; Zhang et al., 2025; Zhang et al., 2025; Zhu et al., 2025a; Zhu et al., 2025b; Zu-Man et al., 2024.

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能对本论文中报告的工作产生影响。

数据可用性

数据将根据要求提供。

利益冲突声明

? 作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能对本论文中报告的工作产生影响。

致谢

本研究得到四川省科技计划（项目编号：2023YFS0341）、国家现代农业产业技术体系：四川地方道地药材创新团队项目（项目编号：SCCXTD-2026-19）以及雅安市科技计划（项目编号：23CGZH0008）资助。

邱宇杰|蔡程程|陈书|吴丽娟|水士哲|邹元峰|李瑞|田孟良|兰海

中国西南玉米生物与遗传改良重点实验室，四川农业大学玉米研究所，成都 611130