文章信息
英文名稱：Extraction of polysaccharides from Polygonum cuspidatum with activity against Type 2 Diabetes via alterations in gut microbiota
中文名稱：虎杖多糖調節腸道菌群抗2型糖尿病
發表期刊：Food Chemistry
影響因子：IF= 8.5
發表時間：2024-6-10
三黍服務：多糖相關技術服務
文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0308814624016972
糖尿病是一種由于胰島素分泌不足導致葡萄糖代謝異常的慢性疾病，已成為全球增長最快的健康問題之一，在嚴重情況下可導致病人死亡。糖尿病主要分為1型、2型及其他類型，其中2型糖尿病患者約占95%。目前的研究結果尚不能完全解釋糖尿病的確切病因和發病機制，臨床治療缺乏特異性。
患有多種慢性疾病的患者腸道菌群的組成和特性與正常人存在顯著差異。此外，一些與腸道屏障損傷等相關的炎癥因子也可能與產生持續低度炎癥狀態的2型糖尿病的病因有關。因此，通過調節益生菌預防和治療2型糖尿病成為了新興研究熱點。
蓼科植物虎杖（Polygonum cuspidatum）味苦性寒，在臨床上常用與治療痛風、炎癥、糖尿病、病毒感染等其他疾病。文獻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過抑制α-葡萄糖苷酶活性、降低脂質含量和緩解體內糖脂代謝紊亂達到降低血糖的效果。然而，多糖通過調節腸道菌群影響2型糖尿病中胰島素抵抗的機制，目前尚未清楚。
近日，河南中醫藥大學團隊在《Food Chemistry》期刊發布題為“Extraction of polysaccharides from Polygonum cuspidatum with activity against Type 2 Diabetes via alterations in gut microbiota”文章。該研究從虎杖中分離出一種具有良好對2型糖尿病活性的多糖（PCPs-I），通過甲基化、掃描電鏡、紅外光譜、核磁共振等方法檢測了多糖的化學成分和多糖結構組成。此外，研究通過高脂飲食小鼠模型測定了PCPs-I對小鼠血糖和腸道菌群的改善調節作用，表明PCPs-I可調節糖尿病小鼠的血糖異常和腸道紊亂。
虎杖多糖（PCPs-I）
虎杖經乙醇沉淀、Sevag法脫蛋白、大孔樹脂脫色、冷凍干燥等方法提取PCPs-I后（圖1A），采用DEAE-52（2.6 × 30 cm）色譜柱和Sephadex G-200柱純化制備，多糖提取率約為8.15%（圖1 B, C）。理化特性測定結果顯示，PCPs-I中碳水化合物、蛋白質和多酚的含量分別為97.21%、未測得和0.79%，Mw峰值出現在23.00至33.00分鐘之間。GPC-MALLS數據顯示其Mw峰值出現在23.00至33.00分鐘之間，其Mw為68.208 kDa，Mn為34.512 kDa。
圖1. PCPs-I的純化和結構表征
高效液相色譜法結果顯示PCPs-I由巖藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖組成，其摩爾比為0.30:0.55:0.62:1.91:96.62（圖1D和表1）。掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發現PCPs-I表面疏松多孔，局部表面有不規則紋理（圖2 A）。經傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）測定，發現PCPs-I吸收峰有典型糖類特征。
表1. PCPs-I的單糖組成
圖2. PCPs-I的SEM和傅里葉變換紅外（FT-IR）光譜評估圖像
此外，研究還對多糖的結構進行了具體表征。甲基化和GC–MS分析結果表明PCPs-I包含Glcp-(1→, →3)-Galp-(1→, →6)-Glcp-(1→, →4)-Glcp-(1→, →3, 4)-Glcp-(1→, →4,6)-Glcp-(1→ 六種糖苷鍵形式，摩爾百分比分別為17.34:0.90:15.57:59.11:2.69:4.40。綜合核磁共振（NMR）光譜評估和甲基化結果，研究推斷該多糖主要由→4)-α-D-Glcp-(1→、→6)-α-D-Glcp-(1→以及少量的→4,6)-α-D-Glcp-(1→相互連接形成主鏈。此外，支鏈主要由連接到SR → 4,6 O-6位點的β-D-Glcp-(1→)-α-D-Glcp-(1→組成，并假設了潛在多糖鏈結構（圖3）。
圖3. PCPs-I結構
60只小鼠隨機分為正常飲食組（NC，n=8）和高脂飲食組（HFD，n=52），其中HFD通過注射鏈脲佐菌素進行2型糖尿病造模（圖4A）。2型糖尿病（T2D）模型小鼠分為模型對照組（MC）、PCPs-I高劑量組（PCPs-I-H）、PCPs-I中劑量組（PCPs-I-M）、PCPs-I低劑量組（PCPs-I-L）和二甲雙胍組（PC），并在治療后接受胰島素耐量試驗（ITT）。基于大鼠腎臟的HE染色檢查，發現給予PCPs-I后，小鼠的空腹血糖（FBG）顯著降低，能夠有效降低T2D小鼠的FBG（圖4B, C）。此外，接受PCPs-I灌胃的模型小鼠脂質代謝水平降低，總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）和游離脂肪酸（FFA）水平升高，而高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平降低（圖4D）。從上述結果推測PCPs-I具有降血糖和降血脂作用。
圖4. PCPs-I對T2D小鼠葡萄糖穩態和循環脂質濃度的影響
研究采用16S rDNA測序技術評估了小鼠的糞便樣本，發現PCPs-I（H）對腸道菌群的影響效果比PCPs-I（M）和PCPs-I（L）更為顯著。對NC、MC、PC和經PCPs-I處理的小鼠的糞便樣本的16S rRNA基因測序后，研究人員從ace、Chao1、Shannon和Simpson指數角度探索腸道微生物群α多樣性，發現各測試組小鼠的微生物種類存在顯著差異（圖5A-D）。PCPs-I處理組小鼠的菌群組成與NC組小鼠相似，這表明PCPs-I對T2D小鼠的腸道菌群組成具有顯著的調節作用（圖5F）。具體種屬差異檢測如圖5G-I所示。
圖5. PCPs-I對T2D小鼠腸道菌群的影響
本研究從虎杖中分離得到一種具有抗2型糖尿病活性的多糖PCPs-I，經甲基化和核磁共振評估得到其主鏈和側鏈結構。此外，小鼠模型實驗表明PCPs-I顯著改善了T2D小鼠的血糖和血脂，并調節了腸道菌群，揭示了PCPs-I調節血糖異常和腸道紊亂的作用。這些發現為基于PCPs-I的T2D治療提供了依據，未來的研究中可記憶布探討探討其影響胰島素抵抗的機制。
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