科研 | 桑葚果胶多糖的结构鉴定及其在肠道菌作用下的生物活性
一 导读
由于肠道微生物的规模及其在维持健康方面突出的作用，肠道微生物被视为人体内的一个“新器官”。但是人类的胃肠道内有数百万个细菌，这些细菌肠道食物流和肠上皮组织之间形成了一个复杂的生态系统。肠道细菌拥有广泛的代谢系统用于获取肠道中营养。我们吃的食物在很大程度上决定了肠道细菌的种类。B.thetaiotaomicron是人类肠道优势菌株中的重要成员，有益于人体远端肠道微生物区系，有利于分解宿主体内食物和多糖。一些报道发现，B.thetaiotaomicron可能会影响人体循环中的氨基酸水平，进而影响人体的肥胖。此外，其他研究也加深了B.thetaiotaomicron对有益人体健康作用的认识。
研究表明，细菌参与多糖的吸收，在细菌的基因上存在大量与降解植物纤维和聚糖有关的基因簇。很明显，细菌的基因组决定了聚糖是否能被肠道菌群吸收利用。不可消化的低聚糖（NDOs）、可溶性发酵纤维和人乳低聚糖(HMOs)都会影响胃肠健康。本研究探讨了桑葚中的果胶多糖的结构与及其在肠道菌作用下的生物活性。
二 论文ID
原名：Structural elucidation of a pectic polysaccharide from Fructus Mori and its bioactivity on intestinal bacteria strains
译名：桑葚果胶多糖的结构鉴定及其在肠道菌作用下的生物活性
期刊：Carbohydrate Polymers
IF：4.811
发表时间：2018年
通讯作者： Saijuan Li
作者单位：遵义医学院、中国科学院
三 实验设计
四 实验结果
1 多糖提取、分子量测定、碳骨架分析
提取桑葚中的粗多糖，使用阴离子交换柱纯化得到4个部分，将主要部分命名为FMP-02。结果显示，从桑椹中分离果胶多糖FMP-6-S2，平均分子量86.83kDa，单糖组成为鼠李糖、半乳糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖（30.86：24.78：28.70：15.61）。三氟乙酸水解与甲基化分析桑葚果胶多糖的碳骨架。结果显示，其结构的主链由1, 4-linked α-GalpA 和 1, 2-linked α-Rhap交替组成；支链取代位点为鼠李糖C-4位，由1, 4-linked β-Galp、terminal (T),1, 3, 6-linked β-Galp、T，1, 5-linked α-Araf组成。
表1 天然多糖FMP-6-S2及其降解产物的连锁分析
2 傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振（NMR）分析多糖的官能团
使用傅里叶变换红外光谱的吸收峰鉴定官能团。结果显示，依据吸收峰可以分析得到O-H、C-H、C=O、C-O等官能团。核磁共振的碳谱和氢谱的化学位移及二位扫描鉴定官能团的连接方式。异核多碳相关谱（HMBC），将1H核和远程耦合的13C核关联起来。通过以上结果显示，FMP-6-S2结构的重复单元为：-α-GalpA-(1→2)-α-Rhap-。桑葚果胶多糖支链的连接方式包括：T-linked、 1, 4-linked 与1, 3, 6-linked、β-Galp、T-linked 与1,5-linked α-Araf。桑葚果胶多糖的整体结构见图4。
图1 FMP-6-S2(A)与 FMP-6-S2-05a(B)的核磁共振氢谱；FMP-6-S2(A)与 FMP-6-S2-05a(B)的核磁共振碳谱
图2 FMP-6-S2 与 FMP-6-S2-05a 的二维光谱图。
注：FMP-6-S2的1H-1H COSY(B)和HSQC(D) 光谱图；FMP-6-S2-05a的1H-1HCOSY(A)和HSQC(C)光谱图
图3 FMP-6-S2 与 FMP-6-S2-05a 的HMBC 光谱图
表2 FMP-6-S2的1H和13CNMR化学位移(ppm)归属
表3 FMP-6-S205a 的1H和13C NMR化学位移(ppm)归属
图 4 FMP-6-S2的推定结构
3 果胶多糖对肠道菌的生长作用
活性测试结果表明，FMP-6-S2和FMP-6-S201a可以被B.thetaiotaomicron降解（图5）。FMP-6-S2与FMP-6-S201a可被人类优势菌利用，并为人体塑造健康的肠道微生物群。
图5 桑葚果胶多糖FMP-6-S2 与 FMP-6-S2-05a对Bacteroidetes生长的影响（n=3）
注：在37℃的厌氧系统中，分别添加多糖FMP-6-S2或FMP-6-S2-01a，培养24-48h左右。用微平板阅读器测定培养菌的OD600值，确定培养密度。（A）2.5 mg/mL的FMP-6-S2诱导菌株的生长。（B）2.5mg/mL的FMP-6-S2-01a诱导菌株生长。（C）5 mg/mL的FMP-6-S2诱导菌株生长。（D）5 mg/mL 的FMP-6-S2-01a诱导菌株生长。
五 研究结论
本研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）及其他化学方法分析桑葚中果胶多糖。并证明多形拟杆菌可降解果胶多糖并促进其生长。 FMP-6-S2及其降解物可通过调节肠道菌群促进健康。
六 点评
本研究使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）及其他化学方法，鉴定桑葚中果胶多糖的化学结构。证明果胶多糖可以被肠道菌吸收，有益于人体健康。证明肠道菌群与人体健康的关系，有助于理解传统中医药如何发挥疗效，起到治疗疾病的作用。揭示了新的观点，以探讨这些复杂的多糖如何对人体健康起作用。
本文由李红霞编译，莫秋芬、江舜尧编辑。