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昆明植物所研究團隊揭示臭參多糖的化學結(jié)構(gòu)及其調(diào)節(jié)腸道微生物特性
云南特殊的地理和氣候條件，孕育了眾多獨特的食藥兩用植物資源。臭參是云南極具代表性的特色民間食藥資源之一。臭參，俗稱“臭藥”，為桔?？泣h參屬(Codonopsis)植物的根，因具特殊臭味而得名。將其作為民間滋補品在云南地區(qū)已有悠久的歷史。人們常將臭參鮮品與雞肉、排骨等燉煮，食用后會矢氣頻頻(排氣增多)，具有排除體內(nèi)積氣、潤腸通便的作用，同時兼具補氣生血、健脾益肺等多種功效。多糖是植物中重要的活性物質(zhì)之一，然而臭參多糖的結(jié)構(gòu)特征及其對腸道微生態(tài)的調(diào)節(jié)作用卻一直未被完全闡明。
圖1 分子動力學模擬臭參多糖的超分子自組裝行為
長期以來，中國科學院昆明植物研究所植物化學與天然藥物全國重點實驗室吳明一研究員團隊，面向人民生命健康和地方經(jīng)濟社會發(fā)展的重大需求，致力于云南特色食藥植物和高等真菌等生物資源在生命大健康領(lǐng)域的創(chuàng)新利用。該團隊持續(xù)開展天然多糖的純化制備、結(jié)構(gòu)解析、藥理活性以及成藥性評價等相關(guān)基礎(chǔ)研究，形成了云南特色資源天然多糖功效物質(zhì)基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新技術(shù)體系，以促進天然糖類新藥物的發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)制。
近期，該團隊對云南特色的一種臭參(學名為管鐘黨參，Codonopsis bulleyana)開展了功效活性成分的發(fā)掘研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多糖是其主要的物質(zhì)成分(粗多糖含量高達16%)。研究人員從中純化并解析了三種不同分子量的多糖，證實它們均為同源的、由β-(2→1)糖苷鍵連接的線性菊粉型果聚糖。令人意外的是，這些多糖在水溶液中均能自發(fā)組裝成穩(wěn)定的超分子納米球或圓盤結(jié)構(gòu)。分子動力學模擬證實，這一組裝過程是由分子間氫鍵熱力學驅(qū)動的自發(fā)行為。
圖2 臭參多糖調(diào)節(jié)小鼠腸道微生物的菌群豐度
民間食用臭參后常伴隨明顯的胃腸道反應(yīng)(如矢氣頻頻、改善便秘等)，這提示臭參可能具有調(diào)節(jié)腸道菌群的作用。膳食纖維的功效與其結(jié)構(gòu)異質(zhì)性密切相關(guān)，但多糖鏈長對腸道菌群調(diào)節(jié)的具體影響仍有待深入研究。為此，研究團隊系統(tǒng)探究了不同分子量的臭參多糖對腸道菌群的調(diào)節(jié)作用。研究揭示：臭參多糖對腸道菌群的調(diào)節(jié)具有分子量依賴性，且在體內(nèi)外實驗中表現(xiàn)出截然不同的結(jié)果。
在小鼠體內(nèi)實驗中，相對高分子量的臭參多糖(CBP1)展現(xiàn)出顯著的生理優(yōu)勢：它不僅顯著提升了腸道菌群的多樣性，降低了嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila)等特定腸道微生物的豐度，還有效維持了脂質(zhì)等關(guān)鍵代謝通路的穩(wěn)態(tài)。然而，在人體糞便體外發(fā)酵模型中，低分子量的臭參多糖(CBP3)因結(jié)構(gòu)簡單、易被菌群快速利用，在降低厚壁菌門/擬桿菌門(F/B)比值方面表現(xiàn)出最強的效果。多組學分析支持了以下假設(shè)：較長的糖鏈與超分子結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，使CBP1成為一種天然“緩釋劑”，能夠抵抗前端腸道的快速降解，從而持續(xù)為遠端腸道提供營養(yǎng);相比之下，體外發(fā)酵系統(tǒng)(缺乏完整的生理轉(zhuǎn)運過程)則更青睞結(jié)構(gòu)簡單、易于降解的短鏈多糖。這些發(fā)現(xiàn)表明，在真實復(fù)雜的生理環(huán)境中，腸道轉(zhuǎn)運時間和空間異質(zhì)性等因素使得高分子量多糖具備獨特的生態(tài)優(yōu)勢。CBP1憑借其獨特的“緩釋”與穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)能力，有望成為下一代精準微生態(tài)恢復(fù)劑和功能性食品的候選分子。
圖3 臭參多糖的超分子自組裝與腸道微生物調(diào)節(jié)功能研究
該研究不僅闡釋了云南特色食藥植物臭參發(fā)揮腸道健康調(diào)節(jié)作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，也為其在功能性食品等大健康領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用提供了重要的科學依據(jù)。相關(guān)研究成果以Physicochemical properties and molecular weight-dependent gut microbiota modulation of inulin-type fructans from Codonopsis bulleynana為題發(fā)表在國際權(quán)威期刊Carbohydrate Polymers上(Pu et al., Carbohydr. Polym., 2026, 381, 125217)。普德兵助理研究員、碩士生梁濤和李軒為共同第一作者，吳明一研究員為通訊作者。該研究在多糖的結(jié)構(gòu)鑒定和超分子結(jié)構(gòu)表征方面，得到了昆明植物研究所分析測試中心張亮和戴國鑫工程師，以及植物多維成像及多樣性分析平臺谷志佳工程師和馬雨倩助理工程師的大力支持。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中國科學院B類先導專項、國家自然科學基金、云南省特色植物提取實驗室開放課題等項目的共同資助。
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