《Food Research International》：Processing-induced structural remodeling enhances the hypoglycemic activity of
Polygonatum cyrtonema Hua polysaccharides via gut microbiota-SCFA-GPR41/43 pathway
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该研究系统比较了生 Polygonatum cyrtonema Hua 多糖（RPCP）和熟 Polygonatum cyrtonema Hua 多糖（PPCP）的结构差异及降血糖机制。通过酶辅助热水提取，发现 PPCP 具有更复杂的分子结构和高乳糖含量。动物实验表明 PPCP 显著优于 RPCP，通过重塑肠道菌群、增强短链脂肪酸（SCFA）生成、激活 GPR41/43-GLP-1/PYY 代谢轴改善血糖和脂代谢紊乱，证实传统蒸制工艺能提升多糖生物活性。
邓楚尧|郑佳欣|徐飞|洪凤仪|詹敏敏|陈琪|彭叶|曹勇|肖杰|廖永成|肖航|宋明月
中国华南农业大学食品科学学院，广东省营养保健品与功能性食品重点实验室，广州
摘要
2型糖尿病（T2DM）是一个重大的健康和社会经济挑战，长期使用传统的降糖药物往往会导致不良副作用，如胃肠道功能受损。天然多糖因其安全性和生物活性而成为有前景的替代品。在本研究中，通过酶辅助热水提取法成功从野生Polygonatum cyrtonema Hua（RPCP）和加工后的Polygonatum cyrtonema Hua（PPCP）中提取了多糖。通过分子量测定、单糖组成分析、FT-IR光谱、甲基化反应和NMR光谱对RPCP（RPCP-P）和PPCP（PPCP-P）的纯化组分进行了结构表征。在高脂饮食和链脲佐菌素诱导的T2DM小鼠模型中评估了它们的降糖效果及其作用机制。RPCP和PPCP均显著降低了空腹血糖，改善了胰岛素敏感性，并改善了脂质代谢紊乱。机制上，这些多糖调节了肠道微生物群组成，促进了短链脂肪酸（SCFA）的产生，上调了结肠GPR41/43的表达，并增加了胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和肽YY（PYY）的分泌，从而改善了血糖稳态。值得注意的是，PPCP的降糖效果优于RPCP，这归因于其更大的分子异质性和富含半乳聚糖的结构，表明传统的蒸制工艺增强了多糖的生物活性。这些发现表明，传统加工方法通过结构依赖性调节肠道微生物群–SCFA–宿主代谢轴，增强了Polygonatum cyrtonema多糖的功能性，为将其开发为功能性食品成分提供了科学依据。
引言
糖尿病是一种慢性代谢性疾病，其特征是持续的高血糖和碳水化合物、脂质及蛋白质代谢紊乱，主要由胰岛素抵抗或胰岛素分泌受损引起（Huang等人，2023年）。它是一个全球性的健康负担，据国际糖尿病联合会（IDF Diabetes Atlas，2024年）预测，全球约有5.89亿人患有糖尿病，到2050年这一数字可能超过8.53亿。T2DM占所有糖尿病病例的90%以上，其并发症（包括心血管疾病、肾病和神经病变）对人类健康构成严重威胁（Wang、Wu等人，2019年）。目前的药物治疗方法（如二甲双胍、磺脲类药物和其他合成降糖药物）虽然有效，但常伴有不良反应，包括胃肠道功能障碍、低血糖、骨质疏松和心血管并发症（Zhang等人，2018年）。这些局限性凸显了迫切需要更安全、更可持续的治疗策略。
多糖来源于多种植物、真菌和海洋生物，数量丰富且具有生物相容性，表现出多样的生物活性（Xie等人，2016年；Xu & Zhang，2025年）。近年来，天然多糖作为糖尿病管理的有希望的替代品受到了越来越多的关注。越来越多的证据表明，来自传统药用植物的多糖不仅能够降低血糖，还能改善胰岛素敏感性、调节脂质代谢，并缓解氧化应激和炎症（Zhang等人，2016年；Zhou等人，2022年）。其降糖机制与其能够重塑肠道微生物群组成和功能密切相关，同时调节微生物代谢产物（Mo等人，2024年；Zhou等人，2020年）。肠道微生物群在营养吸收、免疫调节和能量代谢中起着关键作用，其失衡与T2DM的进展密切相关（Ma等人，2022年；Xia等人，2024年）。肠道微生物可以生成生物活性代谢产物，包括SCFA、次级胆汁酸和吲哚衍生物，这些物质可以调节代谢途径（Zhang & Hu，2020年）。其中，SCFA尤为重要，它们是激活G蛋白偶联受体（GPR41和GPR43）的关键微生物代谢产物，能刺激肠道激素PYY和GLP-1的分泌，最终改善血糖稳态（Li等人，2024年）。
Polygonatum cyrtonema Hua在传统中医中广泛应用，并作为一种功能性食品，富含具有降糖和降脂活性的生物活性多糖（Li等人，2020年；Wang等人，2022年）。然而，野生Polygonatum的根茎具有轻微的毒性和刺激性，因此传统上通过反复蒸制和晒干来改善其药用特性、增强活性成分并降低毒性。尽管越来越多的证据表明加工会影响Polygonatum多糖的理化性质和生物活性，但这些变化的结构基础及其在血糖调节中的作用机制仍不清楚。
为填补这一知识空白，本研究系统地比较了RPCP和PPCP。根茎采自中国湖南省新化县的原产地。我们通过分子量分布、单糖组成分析、FT-IR光谱、甲基化反应和NMR光谱对其结构特征进行了表征。在高脂饮食和链脲佐菌素诱导的T2DM小鼠模型中，通过评估血糖控制、胰岛素敏感性、脂质代谢和肝脏组织病理学来评估它们的降糖效果。此外，还进行了16S rRNA测序和代谢组学分析，以研究它们对肠道微生物群组成、SCFA产生以及GPR41/43–GLP-1/PYY信号通路的影响。本研究提供了关于RPCP和PPCP结构-功能关系的新见解，并强调了它们作为T2DM功能性食品成分或辅助疗法的潜力。
部分内容
Polygonatum多糖的提取与纯化
野生和加工后的Polygonatum cyrtonema Hua根茎由Yipuyuan Polygonatum Technology Ltd.（中国湖南）提供。多糖采用酶辅助热水提取法提取。具体步骤为：样品在60°C下用3.5%（w/v）木瓜蛋白酶处理2.5小时，然后在100°C下热灭活1小时。提取物在60°C下真空浓缩，并用四倍体积的乙醇（≥99.8%）沉淀。在4°C下孵育12小时后，收集沉淀物
分离与纯化
RPCP和PPCP分别通过酶辅助热水提取法从野生和加工后的Polygonatum cyrtonema Hua中提取，提取率分别为23.2%和10.4%。如图1所示，RPCP含有75.58%的总碳水化合物、4.17%的酸性多糖和0.24%的蛋白质，而PPCP含有56.01%的总碳水化合物、13.95%的酸性多糖和1.00%的蛋白质。比较分析显示，RPCP的总碳水化合物含量较高，但酸性多糖含量较低
讨论
本研究系统地研究了RPCP和PPCP的结构特征和降糖机制。结果表明，这两种多糖均显著改善了T2DM小鼠的血糖和脂质代谢，增强了胰岛素敏感性，减少了炎症，并保护了肝脏功能。重要的是，PPCP的效果始终优于RPCP，这表明传统的蒸制工艺不仅降低了毒性，还增强了生物活性。
结论
总之，野生和加工后的Polygonatum cyrtonema Hua多糖均显著改善了T2DM小鼠的高血糖、胰岛素抵抗、血脂异常、肝损伤和炎症。这些益处至少部分是通过重塑肠道微生物群、促进SCFA的产生以及激活GPR41/43介导的肠道激素分泌来实现的。加工过程通过增加结构复杂性和生物活性放大了这些效果，提供了相应的机制解释
作者贡献声明
邓楚尧：方法学研究、数据分析。郑佳欣：初稿撰写、数据管理。徐飞：研究工作。洪凤仪：研究工作。詹敏敏：方法学研究。陈琪：研究工作。彭叶：方法学研究。曹勇：项目监督、资金筹集。肖杰：项目管理、资金筹集。廖永成：资金筹集。肖航：项目监督、项目管理。宋明月：撰写、审稿与编辑、项目监督
资金来源
本研究得到了广东省引进创新与创业团队计划（2019ZT08N291）和广东省营养保健品与功能性食品重点实验室（2023B1212060058）的财政支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
