文章信息
英文名称：Extraction of polysaccharides from Polygonum cuspidatum with activity against Type 2 Diabetes via alterations in gut microbiota
中文名称：虎杖多糖调节肠道菌群抗2型糖尿病
发表期刊：Food Chemistry
影响因子：IF= 8.5
发表时间：2024-6-10
三黍服务：多糖相关技术服务
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0308814624016972
糖尿病是一种由于胰岛素分泌不足导致葡萄糖代谢异常的慢性疾病，已成为全球增长最快的健康问题之一，在严重情况下可导致病人死亡。糖尿病主要分为1型、2型及其他类型，其中2型糖尿病患者约占95%。目前的研究结果尚不能完全解释糖尿病的确切病因和发病机制，临床治疗缺乏特异性。
患有多种慢性疾病的患者肠道菌群的组成和特性与正常人存在显著差异。此外，一些与肠道屏障损伤等相关的炎症因子也可能与产生持续低度炎症状态的2型糖尿病的病因有关。因此，通过调节益生菌预防和治疗2型糖尿病成为了新兴研究热点。
蓼科植物虎杖（Polygonum cuspidatum）味苦性寒，在临床上常用与治疗痛风、炎症、糖尿病、病毒感染等其他疾病。文献研究表明多糖有降低血糖的作用，其中虎杖的活性成分多糖可通过抑制α-葡萄糖苷酶活性、降低脂质含量和缓解体内糖脂代谢紊乱达到降低血糖的效果。然而，多糖通过调节肠道菌群影响2型糖尿病中胰岛素抵抗的机制，目前尚未清楚。
近日，河南中医药大学团队在《Food Chemistry》期刊发布题为“Extraction of polysaccharides from Polygonum cuspidatum with activity against Type 2 Diabetes via alterations in gut microbiota”文章。该研究从虎杖中分离出一种具有良好对2型糖尿病活性的多糖（PCPs-I），通过甲基化、扫描电镜、红外光谱、核磁共振等方法检测了多糖的化学成分和多糖结构组成。此外，研究通过高脂饮食小鼠模型测定了PCPs-I对小鼠血糖和肠道菌群的改善调节作用，表明PCPs-I可调节糖尿病小鼠的血糖异常和肠道紊乱。
虎杖多糖（PCPs-I）
虎杖经乙醇沉淀、Sevag法脱蛋白、大孔树脂脱色、冷冻干燥等方法提取PCPs-I后（图1A），采用DEAE-52（2.6 × 30 cm）色谱柱和Sephadex G-200柱纯化制备，多糖提取率约为8.15%（图1 B, C）。理化特性测定结果显示，PCPs-I中碳水化合物、蛋白质和多酚的含量分别为97.21%、未测得和0.79%，Mw峰值出现在23.00至33.00分钟之间。GPC-MALLS数据显示其Mw峰值出现在23.00至33.00分钟之间，其Mw为68.208 kDa，Mn为34.512 kDa。
图1. PCPs-I的纯化和结构表征
高效液相色谱法结果显示PCPs-I由岩藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖组成，其摩尔比为0.30:0.55:0.62:1.91:96.62（图1D和表1）。扫描电子显微镜（SEM）观察发现PCPs-I表面疏松多孔，局部表面有不规则纹理（图2 A）。经傅里叶变换红外光谱（FT-IR）测定，发现PCPs-I吸收峰有典型糖类特征。
表1. PCPs-I的单糖组成
图2. PCPs-I的SEM和傅里叶变换红外（FT-IR）光谱评估图像
此外，研究还对多糖的结构进行了具体表征。甲基化和GC–MS分析结果表明PCPs-I包含Glcp-(1→, →3)-Galp-(1→, →6)-Glcp-(1→, →4)-Glcp-(1→, →3, 4)-Glcp-(1→, →4,6)-Glcp-(1→ 六种糖苷键形式，摩尔百分比分别为17.34:0.90:15.57:59.11:2.69:4.40。综合核磁共振（NMR）光谱评估和甲基化结果，研究推断该多糖主要由→4)-α-D-Glcp-(1→、→6)-α-D-Glcp-(1→以及少量的→4,6)-α-D-Glcp-(1→相互连接形成主链。此外，支链主要由连接到SR → 4,6 O-6位点的β-D-Glcp-(1→)-α-D-Glcp-(1→组成，并假设了潜在多糖链结构（图3）。
图3. PCPs-I结构
60只小鼠随机分为正常饮食组（NC，n=8）和高脂饮食组（HFD，n=52），其中HFD通过注射链脲佐菌素进行2型糖尿病造模（图4A）。2型糖尿病（T2D）模型小鼠分为模型对照组（MC）、PCPs-I高剂量组（PCPs-I-H）、PCPs-I中剂量组（PCPs-I-M）、PCPs-I低剂量组（PCPs-I-L）和二甲双胍组（PC），并在治疗后接受胰岛素耐量试验（ITT）。基于大鼠肾脏的HE染色检查，发现给予PCPs-I后，小鼠的空腹血糖（FBG）显著降低，能够有效降低T2D小鼠的FBG（图4B, C）。此外，接受PCPs-I灌胃的模型小鼠脂质代谢水平降低，总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和游离脂肪酸（FFA）水平升高，而高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平降低（图4D）。从上述结果推测PCPs-I具有降血糖和降血脂作用。
图4. PCPs-I对T2D小鼠葡萄糖稳态和循环脂质浓度的影响
研究采用16S rDNA测序技术评估了小鼠的粪便样本，发现PCPs-I（H）对肠道菌群的影响效果比PCPs-I（M）和PCPs-I（L）更为显著。对NC、MC、PC和经PCPs-I处理的小鼠的粪便样本的16S rRNA基因测序后，研究人员从ace、Chao1、Shannon和Simpson指数角度探索肠道微生物群α多样性，发现各测试组小鼠的微生物种类存在显著差异（图5A-D）。PCPs-I处理组小鼠的菌群组成与NC组小鼠相似，这表明PCPs-I对T2D小鼠的肠道菌群组成具有显著的调节作用（图5F）。具体种属差异检测如图5G-I所示。
图5. PCPs-I对T2D小鼠肠道菌群的影响
本研究从虎杖中分离得到一种具有抗2型糖尿病活性的多糖PCPs-I，经甲基化和核磁共振评估得到其主链和侧链结构。此外，小鼠模型实验表明PCPs-I显著改善了T2D小鼠的血糖和血脂，并调节了肠道菌群，揭示了PCPs-I调节血糖异常和肠道紊乱的作用。这些发现为基于PCPs-I的T2D治疗提供了依据，未来的研究中可记忆布探讨探讨其影响胰岛素抵抗的机制。
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