《Carbohydrate Polymers》：Fructan PKP-1b from
Polygonatum kingianum attenuates aging and neurodegeneration by inhibiting insulin/IGF-1 signaling
编辑推荐：
抗衰老植物多糖PKP-1b通过抑制胰岛素/IGF-1信号通路增强抗氧化能力，在线虫和小鼠模型中证实可延长寿命、改善运动功能并减少脂褐素沉积和神经退行性病变。
郭海涛|王家辉|袁月英|齐金才|李书琪|陈恒|黄志星|刘浩|余少军|余泽坤|刘庚阳|韩静|马涛|刘永刚
北京中医药大学中药学院，中国北京100029
摘要
Polygonatum kingianum 是一种已知的中草药，具有滋补作用，在中国广泛使用，但其多糖的结构和活性尚未完全阐明。在本研究中，从该植物中分离并纯化出一种均一的果聚糖组分，命名为PKP-1b，并确定其结构为阿加维型果聚糖。在秀丽隐杆线虫和D-半乳糖诱导的衰老小鼠模型中，PKP-1b表现出显著的抗衰老效果，包括延长寿命、改善运动功能、减少脂褐素积累以及缓解神经退行性变化。机制研究表明，PKP-1b通过抑制胰岛素/IGF-1信号通路（IIS）发挥作用，该通路可促进转录因子DAF-16/FOXO向细胞核的转移，上调抗氧化基因的表达，从而增强整体抗氧化能力并减少氧化损伤。这些发现揭示了P. kingianum中PKP-1b的抗衰老机制，并为其在抗衰老产品开发中的应用提供了理论基础。
引言
衰老是一个复杂的生物过程，其特征是生理功能逐渐衰退以及患阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的风险显著增加（Mattson & Arumugam, 2018）。与年龄相关的脑部变化包括灰质体积减少、白质完整性下降和神经元凋亡（Dumitriu et al., 2010）。氧化应激是驱动这一过程的核心分子机制，表现为内源性抗氧化防御系统的减弱（Finkel & Holbrook, 2000）以及线粒体功能障碍导致的活性氧（ROS）积累（Miwa, Kashyap, Chini, & von Zglinicki, 2022）。这会引发神经元和胶质细胞的损伤，加速神经退行性病变（López-Otín, Blasco, Partridge, Serrano, & Kroemer, 2013）。已经确定了几个关键的衰老调控通路，如胰岛素/胰岛素样生长因子-1（IIS）、mTOR、AMPK和SIRT1通路；抑制IIS通路可以激活DAF-16/FOXO转录因子，增强抗氧化防御和神经保护作用（Altintas, Park, & Lee, 2016; Du et al., 2024; Seong, Kim, Byun, Kim, & Kim, 2023; Zia, Farkhondeh, Pourbagher-Shahri, & Samarghandian, 2021）。因此，针对抗氧化剂的抗衰老策略对于对抗与年龄相关的疾病至关重要。
植物多糖因其低毒性和显著的抗氧化及抗炎活性而被视为抗衰老药物开发的重要资源。Polygonatum属（天门冬科）作为中草药，因其“延年益寿”的功效而受到认可（P. Zhao et al., 2020），其主要活性成分包括多糖、皂苷和黄酮类化合物（X. Zhao & Li, 2015）。多糖具有免疫调节（Sun et al., 2020）、抗氧化（Pan et al., 2020）、降血糖（Yan et al., 2017）和神经保护作用（H. Zhang et al., 2015）。特别是在抗氧化活性方面，Polygonatum多糖能够清除自由基，增强超氧化物歧化酶（SOD）的活性，并抑制ROS和丙二醛（MDA）（W. Ma et al., 2021; S. Wang et al., 2022），这支持了它们对抗与年龄相关的神经退行性病变的潜力。
尽管Polygonatum kingianum多糖的结构已最近被阐明（N. Chen et al., 2024; J. Huang et al., 2024），但其抗衰老作用迄今仅在细胞水平上得到验证。值得注意的是，它们对与衰老相关的神经元退化的影响尚未进行系统研究。这些多糖包含果胶、果聚糖和阿拉伯半乳聚糖（D. Liu, Tang, Han, & Nie, 2022），其中果聚糖因其益生元和抗氧化潜力而受到关注。本研究从P. kingianum中分离并纯化出一种低分子量的阿加维型果聚糖（PKP-1b），通过GPC、甲基化分析和NMR对其结构进行了表征。此外，利用秀丽隐杆线虫和D-半乳糖诱导的衰老小鼠模型，评估了PKP-1b对缓解与年龄相关的生理衰退和神经元退化的作用，并初步探讨了其作用机制，涉及IIS通路。
化学分析材料
P. kingianum采自中国云南省楚雄市，并由北京中医药大学中药学院的刘永刚教授鉴定。所使用的单糖包括葡萄糖（Glc）、D-甘露糖（Man）、L-鼠李糖（Rha）、D-半乳糖醛酸（GalA）、D-半乳糖（Gal）、D-葡萄糖醛酸（GlcA）、D-阿拉伯糖（Ara）、D-木糖（Xyl）、L-岩藻糖（Fuc）、D-果糖（Fru）、D-核糖（Rib）、葡萄糖胺盐酸盐（GlcN）和D-甘露糖酸（ManA）。
PKP-1b的纯化及其理化特性
粗多糖（PKP）通过热水提取、乙醇沉淀、脱蛋白和透析从
P. kingianum根中提取（图1a）。通过DEAE-52柱层析对PKP进行分离（图1b），得到三个组分：PKP-1（75.24%）、PKP-2（0.58%）和PKP-3（0.97%），损失了23.21%的物料。由于其高产率和代表性，PKP-1随后在Sephadex G-50柱上进一步纯化（图1c），得到两个组分（PKP-1a和PKP-1b的比例为0.98:1）。
结论
总之，我们成功从P. kingianum中分离并纯化了分子量为2.84 kDa的阿加维型果聚糖PKP-1b。我们的研究证明了其在秀丽隐杆线虫和小鼠模型中的显著抗衰老和神经保护作用，其中IIS信号通路的抑制被确定为关键机制。这项工作为开发新型抗衰老产品奠定了基础。然而，还需要进一步的系统验证以确认其在哺乳动物中的分子靶点。
作者贡献声明
郭海涛：方法学、研究、数据分析、概念构建、初稿撰写。
王家辉：数据可视化、方法学、研究、数据分析。
袁月英：数据可视化、研究、数据分析。
齐金才：方法学、数据分析。
李书琪：研究、数据分析。
陈恒：研究、数据分析。
黄志星：方法学。
刘浩：方法学、概念构建。
余少军：方法学、概念构建。
余泽坤：方法学。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划 [2018YFC1706505]的资助。
