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原創(chuàng) 吳周維，邱明華 中國科學院昆明植物研究所

瑪咖（Lepidium meyenii）素有“秘魯人參”之譽，是南美安第斯山脈的著名保健功能植物，自2011年我國批準其為新資源食品以來，云南麗江的瑪咖產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，現(xiàn)在瑪咖已經(jīng)發(fā)展為一個穩(wěn)定的滋補食品產(chǎn)業(yè)。近年在國家自然科學基金項目的支持下，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邱明華研究團隊發(fā)現(xiàn)了瑪咖中系列含硫新穎結構，為了解明瑪咖的功能，研究拓展至占瑪咖干重一半以上的多糖。通過構建系統(tǒng)分離純化技術，近期成功從瑪咖分離多種結構復雜新穎的多糖，并在分子水平上闡明了其免疫調(diào)節(jié)和腸道菌群調(diào)控的活性機制。

邱明華團隊從黃色瑪咖塊莖中分離得到8個均一多糖，并系統(tǒng)解析了MCP-1a和MCP-2b兩種多糖的精細結構。MCP-1a為分子量6.6 kDa的雜多糖，主要由D-葡萄糖組成（90.23%），其主鏈由1,4,6-α-D-葡萄糖單元構成，側(cè)鏈含有末端α-L-阿拉伯糖、1,5-α-L-阿拉伯糖和末端α-D-葡萄糖殘基。MCP-2b是一種分子量達49.4 kDa的阿拉伯半乳聚糖，屬于少見的II型阿拉伯半乳聚糖，其主鏈由1,6-β-D-半乳糖和1,3,6-β-D-半乳糖構成，并含有少量1,3-β-D-葡萄糖醛酸-4-OMe單元。團隊還確定了其他六個新的均一性多糖，包括一種高分子量α-葡聚糖（MCP-3，分子量1950.99 kDa）和五種不同分子量的同型半乳糖醛酸聚糖（MCP-4a、MCP-4b、MCP-4c、MCP-5a、MCP-5b）。有趣的是，首次在瑪咖中發(fā)現(xiàn)了含有α-D-Δ4,5-半乳糖醛酸殘基的果膠多糖MCP-4c。這種不飽和結構此前主要在海洋生物中發(fā)現(xiàn)，其在陸生植物中的存在豐富了對植物多糖結構多樣性的認識。

圖1復雜瑪咖多糖MCP-1a和MCP-2b的結構表征

在闡明結構基礎上，對其多糖免疫活性的分子機制探索，獲得了一系列重要發(fā)現(xiàn)：1）細胞水平的免疫活性：體外細胞實驗顯示，MCP-1a和MCP-2b在50-400 μg/mL濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的細胞相容性，同時能夠有效激活RAW 264.7巨噬細胞。多糖處理顯著增強了細胞的吞噬活性，并促進細胞釋放一氧化氮（NO）等免疫調(diào)節(jié)分子。在400 μg/mL濃度下，MCP-1a和MCP-2b誘導的NO產(chǎn)生率分別達到91.98%和94.26%。2）炎癥因子調(diào)節(jié)作用：研究發(fā)現(xiàn)兩種多糖能夠劑量依賴性地促進巨噬細胞產(chǎn)生多種重要的炎癥介質(zhì)，包括白細胞介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白細胞介素-6（IL-6）等。這些結果表明瑪咖多糖具有調(diào)節(jié)先天免疫功能的潛力。3）信號通路機制探索：WB分析揭示了多糖發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的關鍵分子機制：MCP-1a和MCP-2b能夠激活NF-κB信號通路，顯著上調(diào)該通路中關鍵轉(zhuǎn)錄因子的表達，包括IκB-α、磷酸化IκB-α、p65和磷酸化p65蛋白。這一發(fā)現(xiàn)為揭示瑪咖多糖的免疫調(diào)節(jié)機制提供了重要的分子基礎。

圖2瑪咖多糖（MCP-1a、MCP-2b）免疫調(diào)節(jié)活性

還深入研究了瑪咖多糖對人體腸道微生物的影響，通過體外發(fā)酵實驗系統(tǒng)評價了其益生元特性。發(fā)現(xiàn)：1）短鏈脂肪酸產(chǎn)生能力增強：發(fā)酵實驗證實了MCP-3、MCP-4和MCP-5均能被人體腸道菌群有效利用，轉(zhuǎn)化產(chǎn)生具有重要生理功能的短鏈脂肪酸。其中，MCP-3表現(xiàn)出較強的產(chǎn)酸能力，主要產(chǎn)生乙酸、丙酸和丁酸。隨著發(fā)酵時間的延長，培養(yǎng)體系的pH值逐漸下降，短鏈脂肪酸含量顯著增加。2）菌群結構調(diào)節(jié)效應：16S rRNA高通量測序分析顯示，瑪咖多糖處理對腸道菌群結構產(chǎn)生了顯著影響。與對照組相比，多糖處理顯著增加了有益菌群擬桿菌屬（Bacteroides）的相對豐度，其中MCP-3、MCP-4和MCP-5處理組的擬桿菌相對豐度分別為31.11%、31.07%和28.90%。同時，多糖有效抑制了潛在致病菌大腸桿菌-志賀氏菌（Escherichia-Shigella）的生長。3）微生物多樣性影響：α多樣性分析顯示，MCP-3處理組表現(xiàn)出較高的微生物群落多樣性，Simpson和Shannon指數(shù)均高于其他處理組。β多樣性分析進一步證實了瑪咖多糖對腸道菌群結構的調(diào)節(jié)作用。

圖3瑪咖多糖MCP-4c結構解析與腸道微生態(tài)調(diào)節(jié)機制

研究系統(tǒng)闡明了瑪咖多糖的結構多樣性，特別是發(fā)現(xiàn)了含不飽和殘基的果膠多糖，豐富了植物多糖結構生物學的理論體系。研究成果連續(xù)刊載在國際權威期刊International Journal of Biological Macromolecules（2025,319,145676；2024,269,131761）上，昆明植物研究所博士后吳周維為第一作者，邱明華研究員為通訊作者。這些研究結果從結構特征到免疫調(diào)節(jié)和腸道菌群調(diào)控功能的系統(tǒng)研究，為瑪咖“增強體質(zhì)”的傳統(tǒng)功能提供了現(xiàn)代科學依據(jù)，將有助于推動瑪咖這一傳奇補品從傳統(tǒng)應用向現(xiàn)代健康產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)化。該研究工作得到國家自然科學基金項目（Nos:82373762,31872675）的支持。

文：吳周維，邱明華