硒基化的Physalis pubescens多糖可延长寿命并激活Nrf2/HO-1介导的抗氧化防御机制：结构解析与多靶点作用机制

《Bioorganic Chemistry》：Selenylated Physalis pubescens polysaccharide extends lifespan and activates Nrf2/HO-1-mediated antioxidant defense: structural elucidation and multi-target mechanism

　　

• •
  Se-PPFP-I 是通过 HNO?–Na?SeO? 方法从新型 P. pubescens 多糖中硒化的。
• •
  在细胞中，Se-PPFP-I 可增强关键的氧化应激指标（SOD、T-AOC）并减少 MDA。
• •
  在体内，Se-PPFP-I 通过 Nrf2/HO-1 介导的抗氧化作用延长了 D. melanogaster 的寿命。
• •
  UPLC-HRMS 鉴定了 D. melanogaster 中 Se-PPFP-I 的 16 种生物活性代谢物。
• •
  网络药理学预测和体内验证揭示了其抗衰老机制。

引言

衰老是一个生理功能逐渐下降的过程，伴随着组织和器官功能的逐渐受损，它与神经退行性疾病、心血管疾病和代谢性疾病的发病密切相关 [1], [2]。氧化应激表现为活性氧（ROS）生成与抗氧化防御之间的动态失衡，被认为是衰老及相关病理过程的主要驱动因素 [3]。天然抗氧化剂，特别是来自植物的抗氧化剂，因能够以最小的副作用预防或延缓氧化损伤而受到广泛关注 [4]。其中，植物多糖因其多样的生物活性（包括抗氧化和神经保护潜力）而被视为潜在的抗氧化剂来源 [5], [6], [7]。从 Physalis 属中分离出的多糖，如 P. alkekengi 的多糖，已被证明在人体内具有有益的作用 [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]。Physalis pubescens L. 常见于中国东北部，被称为“地莓”，其果实富含氨基酸、矿物质和微量营养素，并传统上被用于清热和促进泌尿生殖系统健康 [16], [17]。初步研究表明，从 P. pubescens 果实中分离出的多糖具有优异的抗氧化和神经保护作用 [18]。然而，这些多糖的结构修饰及其潜在机制的系统研究仍然相对缺乏。

硒化（将硒结合到多糖中）已被证明可以增强其生物活性，因为含硒的多糖比天然形式具有更好的抗氧化能力和生物利用度 [4], [19]。氧化应激是衰老和与衰老相关疾病的主要诱因，而 Nrf2/HO-1 途径的激活是对抗这种应激的核心保护机制。与 Se-PPFP-I 的研究结果一致，使用植物皮提取的生物合成硒纳米颗粒具有高度的抗氧化和细胞保护活性，这证明了硒促进氧化还原平衡的能力 [20]。此外，还有一些有前景的抗氧化化合物，例如从 Myrtus communis 植物果实中获得的酚类化合物，也具有显著的抗氧化活性 [21]。此外，天然生物刺激剂可以在非生物胁迫情况下帮助调节生物体的抗氧化防御系统，这意味着这些物质可能被用于促进长寿 [22]。通过多色色谱法从 P. pubescens 果实中分离出一种新的多糖（PPFP-I），并合成了其硒化形式（Se-PPFP-I）。通过 UV、IR、NMR、HPLC、HPGPC、SEM 和 TGA 分析对其结构进行了表征。为了系统评估 Se-PPFP-I 的延长寿命的潜力并阐明其机制，采用了结合体外和体内模型以及代谢物网络药理学的综合策略。体外实验表明 Se-PPFP-I 可激活 SH-SY5Y 细胞中的 Nrf2/HO-1 抗氧化途径。基于这一发现，并考虑到氧化应激与衰老之间的关联，使用公认的衰老研究模型 Drosophila melanogaster 进一步评估了其延长寿命的效果。Se-PPFP-I 显著延长了寿命，尤其是在雌性中效果更为明显。

越来越多的证据表明，多糖在体内通常通过降解为小分子代谢物后发挥其生物活性，这些小分子代谢物与特定靶点相互作用 [23], [24]。为了阐明 Se-PPFP-I 延长寿命效果的物质基础和分子机制，使用了 UPLC-HRMS 来鉴定其代谢片段。进一步结合网络药理学和分子对接技术，构建了代谢物-靶点-途径网络，并评估了关键代谢物与核心靶点之间的结合亲和力。在 D. melanogaster 中的体内验证证实，Se-PPFP-I 上调了 Nrf2 和 HO-1 的转录，增强了 SOD 和 T-AOC 酶的活性，并降低了 MDA 含量。

总而言之，本研究提供了一种来自 P. pubescens 的结构明确的硒化多糖，并系统地阐明了其延长寿命的机制，结合了结构分析、网络药理学和体内验证。这些发现支持将 Se-PPFP-I 作为功能性食品或药物候选物用于延长寿命的应用。

章节摘录

材料和试剂

Physalis Pubescens L. 是从中国黑龙江省鸡西市商业购买的。该果实由沈阳药科大学的 Jia Lingyun 教授鉴定。大孔树脂 AB-8、DEAE-52 和 Sephadex G-200 从北京 Skreda 科技发展有限公司购买；单糖的标准品包括 L-鼠李糖（Rha）、d-葡萄糖（Glc）、D-甘露糖（Man）、d-果糖（Fru）和 D-阿拉伯糖（Ara），MTT 溴化物从 Sigma Chemical 购买。

PPFPs 的分离和纯化

通过热水提取获得的粗 PPFPs 产量为 2.17 g，随后进行了脱蛋白、脱色和乙醇沉淀处理。粗多糖在 DEAE-52 上用 0.2 M NaCl （Fr. 4）进行分离，主要组分再在 Sephadex G-200 上进行分离，得到 PPFP-I（图 S1）。

多糖、蛋白质和硒的成分分析

PPFP-I 在 UV 光谱中 260 至 280 nm 波长范围内没有明显的吸收峰（图 S2），表明不含蛋白质。硒含量测定显示 Se-PPFP-I...

结论

从 P. pubescens 原始多糖中分离出一种新的纯化多糖（PPFP-I）。通过 HPLC-Smith 降解和 1D/2D NMR 的结构分析显示，PPFP-I 的主链由 →4,6)-β-D-Glcp-(1→, →3,6)-β-D-Glcp-(1→, 和 →3)-β-D-Glcp-(1→, 残基组成，具有分支链，包括 T-α-L-Fruf-(2→?2)-α-L-Araf-(1?→?2)-β-L-Rhap-(1?→?6 与 4,6)-β-D-Glcp 连接；T-α-L-Araf-(1?→?6-β-D-Glcp-(1?→?6 与 3,6)-β-D-Glcp 连接；T-α-L-Araf-(1?→?6 与 4,6)-β-D-Glcp 连接；T-β...

CRediT 作者贡献声明

Huanqi Liang：撰写——初稿，可视化。 Yuxin Tan：方法论，数据管理。 Ziwei Wang：实验研究。 Jun Bian：可视化。 Shuangshuang Xu：验证。 Changfeng Liu：形式分析。 Yixing Gao：可视化，方法论。 Danqi Li：验证，资金获取，数据管理。 Xuegui Liu：监督，资源管理，资金获取。 Pinyi Gao：监督，项目管理，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了辽宁省 “兴辽人才计划”（XLYC2007168）的支持，以及辽宁省教育厅的青年和中年科技创新人才项目（LJ212510149022）和辽宁省教育部的支持（RC210148）。

动物实验

本研究遵循了 ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。

本研究获得了沈阳药科大学机构动物护理和使用委员会（IACUC）的批准（批准号 SYPU-IACUC-S2023–0306-020）。

Huanqi Liang|Yuxin Tan|Ziwei Wang|Jun Bian|Shuangshuang Xu|Changfeng Liu|Yixing Gao|Danqi Li|Xuegui Liu|Pinyi Gao