基于低分子量多糖结构修饰的制黄精抗衰老活性研究

与现有大多数多糖抗衰老研究主要关注粗多糖或总多糖提取物的整体活性不同，本研究对蒸制黄精中的多糖组分进行了系统的分离纯化，逐级获得了均一的低分子量多糖组分，并深入明确了其发挥抗衰老作用的分子机制，包括调节肠道菌群及减轻Aβ和Tau诱导的神经毒性等。本研究为黄精多糖的功能解析提供了新的见解，深化了对蒸制黄精抗衰老活性物质基础的认识，在黄精多糖研究领域具有重要的意义。

以蒸制黄精为原料，采用水提醇沉法制备粗多糖（PSP）：取100 g蒸制黄精于80°C下水提3次，每次2 h，合并滤液浓缩后加入80%乙醇于4°C沉淀过夜，沉淀溶于400 mL超纯水，经Sevag试剂（氯仿:正丁醇=5:1）脱蛋白，再加入10%（w/v）活性炭吸附纯化，真空过滤后再次醇沉，冻干即得粗多糖PSP，其产率为5.41%（w/w），蛋白含量3.2%，糖含量95.3%。采用DE-52纤维素柱对脱蛋白后的PSP进行分步洗脱，经苯酚-硫酸法监测，获得PSP-1（占PSP 26.0%）、PSP-2（34.65%）和PSP-3（21.3%）三个组分；进一步采用Sephadex G-200凝胶渗透色谱柱对PSP-1和PSP-2进行纯化，分别得到均一组分PSP-1-1、PSP-2-1及PSP-2-2，其中PSP-2-2因产率较低未纳入后续研究。通过CL4176线虫模型评估各组分生物活性，结果显示100 μg/mL PSP-1和150 μg/mL PSP-2均可显著延长线虫麻痹时间，其PT50值较对照组分别增加42.5%和40.6%；进一步研究表明，100 μg/mL PSP-1-1可使平均麻痹时间较对照组延长51.42%，而PSP-2-1仅在300 μg/mL高浓度下表现出显著活性，因此选定100 μg/mL PSP-1-1用于后续机制研究。

图1 蒸制黄精多糖的提取与分离纯化流程。

采用高效凝胶渗透色谱（HPGPC）测定表明，PSP-1-1的平均分子量为2.7 kDa，多分散指数（PDI）为1.3878，为均一性多糖；苯酚-硫酸法与BCA法测定其总糖含量为99.2%，未检出蛋白质。PMP柱前衍生化高效液相色谱（HPLC）分析单糖组成显示，PSP-1-1主要由甘露糖、半乳糖和葡萄糖组成，摩尔百分比分别为2.366%、91.992%和1.407%，半乳糖为优势单糖。甲基化分析结合气相色谱-质谱联用（GC-MS）结果表明，主要连接类型为→4)-Galp-(1→（占比68.4%），提示存在线性1,4-连接半乳聚糖主链，同时检测到少量→6)-Galp-(1→（10.7%）、→3)-Galp-(1→（6.8%）及→4,6)-Galp-(1→（8.4%），表明在O-6位存在分支点，O-3位存在少量取代。核磁共振（NMR）分析（¹H、¹³C、HSQC、HMBC）进一步确认，PSP-1-1主要由→4)-β-D-Galp-(1→连接构成，并在C6位存在分支，且¹³C NMR谱在δ 170–220 ppm范围内无信号，证实其为中性多糖。

图2 PSP-1-1的结构表征分析。

以N2野生型秀丽隐杆线虫为模型评估了PSP-1-1的延寿及健康改善效应。结果显示，100 μg/mL PSP-1-1处理可使线虫的中位寿命较未处理对照组增加29.88%。在健康span参数方面，处理组线虫在第5天的体长和运动距离均显著增加，而产卵率未受到明显影响，表明PSP-1-1能够在延长寿命的同时有效改善线虫的健康状况，且不影响其生殖能力。进一步采用50 mM百草枯构建氧化应激模型，结果显示100 μg/mL PSP-1-1处理可使线虫的平均存活时间延长至46.44小时，显著增强其对氧化应激的抵抗能力。采用H2DCF-DA荧光探针检测细胞内活性氧（ROS）水平，结果显示PSP-1-1处理组线虫的ROS水平较对照组降低21.36%，提示PSP-1-1通过减轻ROS积累发挥延长寿命的作用。

图3 PSP-1-1在秀丽隐杆线虫模型中的抗衰老活性评价。

以表达人源Aβ肽的转基因CL4176线虫为模型，100 μg/mL PSP-1-1处理可使平均麻痹时间较对照组延长51.42%，Western blot结果显示其显著降低了Aβ寡聚体及单体的蛋白水平，表明PSP-1-1能够减轻Aβ诱导的神经毒性并抑制Aβ沉积。在泛神经元表达Aβ的CL2355转基因线虫模型中，PSP-1-1处理显著提高了趋化指数，改善了Aβ引起的趋化行为缺陷，同时5-羟色胺敏感性实验中反应正常的线虫比例由对照组的25.1%±2%提升至47.1%±2%。此外，在以mCherry标记D型运动神经元的PHX3692转基因线虫中，PSP-1-1处理显著增加了D型运动神经元的数量，降低了神经元损伤比例，提示其对神经元完整性具有保护作用。在VH254转基因线虫模型（表现为Tau蛋白过度磷酸化介导的年龄依赖性运动功能障碍）中，100 μg/mL PSP-1-1处理显著提高了线虫的身体摆动频率，有效改善了由Tau病理改变所引发的运动功能障碍。

图4 PSP-1-1的神经保护作用评估。

采用16S rRNA基因测序技术，比较PSP-1-1处理组、菊粉（阳性对照）组与空白对照组对人体肠道菌群的调控作用。结果显示，PSP-1-1组共获得约1670个操作分类单元（OTUs），其微生物群落组成与对照组相比发生显著改变。α多样性分析（Chao指数）表明，PSP-1-1组肠道菌群的物种多样性显著升高。在门水平上，PSP-1-1处理使厚壁菌门相对丰度增加，拟杆菌门与变形菌门相对丰度降低；在属水平上，乳酸杆菌丰度显著上升。此外，PSP-1-1处理还显著提高了短链脂肪酸（SCFAs），包括乙酸、丙酸及丁酸的含量。

图5 PSP-1-1对肠道菌群及短链脂肪酸的调节作用。

KEGG通路富集分析结果表明，PSP-1-1可显著激活次级代谢途径中的“碳水化合物代谢”通路。为进一步验证该通路的变化，采用实时定量PCR技术检测了秀丽隐杆线虫中糖酵解相关关键基因的mRNA表达水平。结果显示，PSP-1-1处理显著上调了pfk-1.1、gpi-1、aldo-1、aldo-2及pyl-1等基因的转录水平。其中，pfk-1.1编码磷酸果糖激酶，是糖酵解途径的限速酶，其表达升高有助于增强糖酵解通量，促进细胞内能量代谢与ATP生成。综上，PSP-1-1可能通过激活糖酵解途径，改善机体能量代谢状态，从而发挥延缓衰老的生物学效应。

图6 PSP-1-1通过糖酵解通路介导抗衰老效应的机制研究。

总结与展望

本研究成功从蒸制黄精中分离纯化获得一种低分子量多糖，命名为PSP-1-1，其结构特征为以1,4-β-D-半乳聚糖为主链的均一多糖。在以秀丽隐杆线虫为模型的体内实验中，PSP-1-1表现出显著的抗衰老活性，具体表现为延长线虫寿命、改善健康生存期（healthspan）、增强抗氧化能力及提高应激耐受性。此外，PSP-1-1能够有效减轻由Aβ和Tau蛋白病理改变所诱导的神经毒性，保护神经元结构完整性，并改善因神经退行性变导致的运动功能障碍。机制研究表明，PSP-1-1的抗衰老作用可能与调节肠道微生物组成有关，包括增加有益菌（如乳酸杆菌）的相对丰度，促进短链脂肪酸（SCFAs）的生成；同时，PSP-1-1还能激活糖酵解代谢通路，增强能量代谢水平。综上所述，PSP-1-1展现出作为天然抗衰老功能因子的潜力，在抗衰老药物、功能性食品及营养保健品开发领域具有广阔的应用前景，并为促进健康衰老及预防年龄相关疾病提供了新的研究思路与实验依据。

参考文献：Zhang C, Lin H, Wei C, et al. Anti-aging effects of low-molecular-weight polysaccharide PSP-1-1 from steamed Polygonatum sibiricum via gut microbiota modulation[J]. Carbohydr Polym, 2026, 381: 125225.