《International Journal of Biological Macromolecules》：Structural characterization and functional evaluation of a heteropolysaccharide from large-fruited hawthorn (
Malus doumeri (bois) Chev.)
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大果海棠多糖（MDPS）通过水提醇沉法提取，分子量110.114 kDa，富含GalA、GlcA等单糖，含典型果胶结构域。电镜及原子力显微镜显示其呈不规则片状结构。体外实验表明MDPS具有显著胆酸结合能力（接近阳性对照胆甾醇树脂），α-葡萄糖苷酶抑制活性为市售海棠多糖的1.6倍及果胶的3.7倍，结构特性与功能活性呈正相关，为开发降脂控糖功能食品提供理论依据。
魏向英|戴晓华|陈静|冉 Luxia|郑凤金|Krishan K. Verma|陈甘霖
广西壮族自治区农业科学院亚热带作物研究所，中国广西南宁市，530001
摘要
本研究探讨了从大果山楂（Malus doumeri (Bois) Chev.）中通过水提取和酒精沉淀方法提取的酸性杂多糖MDPS的结构和功能特性。MDPS的重量平均分子量为110.114 kDa，含有高水平的GalA、GlcA、Man、Xyl、Ara和Gal，其摩尔比为23.46:23.19:14.02:9.66:8.43。结果表明，该多糖可能包含多种典型的果胶结构域，包括同聚半乳糖醛酸和鼠李半乳糖醛酸I。扫描电子显微镜和原子力显微镜观察显示，MDPS呈不规则片状，分子形态聚集，表面相对粗糙。MDPS表现出优异的胆汁酸结合能力，其对牛胆酸的结合效果接近阳性对照物胆石胺。此外，MDPS还显示出强烈的α-葡萄糖苷酶抑制活性。在相同浓度下，MDPS的α-葡萄糖苷酶抑制活性是商业山楂多糖（CHPS）的1.6倍，是商业果胶（CP）的3.7倍。总体而言，MDPS具有独特的化学结构，并表现出优异的生物活性，包括高胆汁酸结合能力和α-葡萄糖苷酶抑制活性，这表明其在调节血脂和血糖方面具有潜力。本研究为Malus doumeri果实资源的利用和开发高附加值的功能性食品成分提供了理论和实践基础。
引言
Malus doumeri (Bois) Chev.（M. doumeri），在中国广西壮族自治区被称为“大果山楂”，具有药用和食用价值。M. doumeri味道酸涩，通常以加工形式食用，如果脯、葡萄酒、醋等。在民间医学中，M. doumeri用于治疗多种疾病，如消化不良、肺炎和中暑，并具有解热、抗氧化和抗炎等药理作用，这些作用归因于其丰富的生物活性成分，包括酚类、黄酮类、多糖和生物碱[1]、[2]、[3]、[4]。
多糖因其内在的结构复杂性和广泛的多功能性而成为重要的研究焦点。目前已知的山楂多糖分子量范围较广，从3.39到1.281 × 105 kDa不等，单糖组成主要包括半乳糖醛酸、甘露糖和阿拉伯糖，还含有半乳糖、鼠李糖、葡萄糖和木糖。主链主要由1,4-连接的α-D-Glcp组成，也有报道主链为→3,5-α-L-Araf-1→的结构[5]。研究表明，植物多糖具有显著的生物活性，包括免疫调节、抗炎作用和甘油脂代谢调节作用，显示出预防慢性代谢疾病的巨大潜力[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]。特别是，山楂多糖不仅具有显著的抗氧化活性，还能缓解非酒精性脂肪肝病（NAFLD）和高脂血症，并对DSS/AOM诱导的结直肠癌具有体内保护作用[12]、[13]、[14]。值得注意的是，本研究中选择的M. doumeri属于蔷薇科（Rosaceae）的Malus属，与传统的山楂在分类上有所不同。其果实直径可达5–8厘米，果肉比例较高。然而，关于M. doumeri多糖的结构特征和生物活性特性的系统研究尚缺乏，这阻碍了其开发和利用。
多糖的结构特征与其生物活性密切相关。乌洛酸的羧基可以作为质子供体清除自由基，其负电荷可以通过静电相互作用进一步增强与胆汁酸的结合。适度的分支可以提高分子链的柔韧性和可接触表面积，有利于自由基捕获和与目标的空间结合。具有松散网络构象的多糖可以暴露更多的功能位点，并具有良好的水合能力和分子渗透性，从而为负载活性成分或介导信号转导提供有利的空间基础。杂多糖的单糖组成比例可以调节分子的亲水-疏水平衡，赋予其结构和功能特异性[15]。据报道，Cyperus esculentus多糖（CEP）在乙酰化后表现出增强的抗氧化活性。在脂多糖（LPS）诱导的RAW 264.7细胞炎症模型中，CEP及其乙酰化衍生物通过改善细胞形态和减少活性氧（ROS）的分泌提供了保护，其抗炎效果显著强于CEP[16]。Hu等人[17]研究了来自蓝莓叶子的三种多糖成分BLP-1、BLP-2和BLP-3，结果表明，分子量最大的BLP-3具有最强的胆汁酸结合能力，而BLP-2和BLP-3由于含有最佳的葡萄糖醛酸含量，表现出更明显的α-淀粉酶抑制活性。甲基化程度（DM）、分子量和半乳糖醛酸（GalA）比例会影响α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性的抑制频率和强度。例如，低甲基化程度导致较强的竞争性抑制，而最佳的DM和分子量以及GalA比例则增强非竞争性抑制，其中DM为54%时抑制效果最强[18]。
来自不同来源和结构的多糖的生物活性差异显著。阐明多糖的结构-功能关系对于充分发挥其在食品和营养补充剂领域的潜力至关重要[19]、[20]。随着健康意识的提高和功能性食品市场的扩展，M. doumeri多糖（MDPS）作为天然产品的开发价值日益突出，需要深入研究的理论和实践应用价值。
研究表明，植物来源的多糖与常规药物相比，具有有限的副作用和更强的调节葡萄糖和脂质代谢的作用机制，包括调节葡萄糖稳态、脂质代谢和肠道微生物群[21]。作为具有药用和食用价值的果实，M. doumeri在中国民间医学中被用于缓解消化不良、调节血脂和血压以及调节甘油脂代谢。作为一种尚未系统研究的天然大分子化合物，其多糖的结构特征仍不清楚。因此，本研究的目的是从M. doumeri (Bois) Chev.中分离多糖，分析其结构特征，并填补其结构与生物活性之间关联的研究空白。通过凝胶渗透色谱（GPC）、液相色谱-质谱（LC-MS）、核磁共振（NMR）、光谱和原子力显微镜（AFM）对其天然结构进行了系统表征。此外，还对MDPS与商业果胶多糖（来自苹果）和山楂多糖进行了多维功能比较，评估了它们的抗氧化能力、胆汁酸结合能力和基于α-淀粉酶/α-葡萄糖苷酶抑制的动力学的降血糖潜力，进一步明确了MDPS结构与生物功能之间的机制关联。本研究为M. doumeri资源的高价值利用提供了科学依据，促进了其在功能性食品、健康产品和药品开发中的应用，并为研究植物多糖的结构-活性关系提供了先进策略。
材料
Malus doumeri (Bois) Chev.果实购自靖西良鹏食品有限公司（采集地点位于中国广西壮族自治区百色市靖西县义树，纬度23°34′N，经度106°28′E，海拔798.8米）。可溶性淀粉、总糖含量和总胆汁酸（TBA）含量检测试剂盒购自北京Solarbio科技有限公司。Bradford蛋白定量试剂盒购自武汉Servicebio生物科技有限公司。
产量、化学性质和分子量
表1总结了MDPS的提取产量、总糖含量、蛋白质含量、乌洛酸含量和酯化程度。从干燥的M. doumeri粉末中获得的MDPS产量为6.38 ± 0.19%，总糖和蛋白质含量分别为90.32 ± 2.00%和0.43 ± 0.02%。MDPS的乌洛酸含量和酯化程度分别为44.05 ± 3.33%和25.65 ± 2.91%，表明大量羧基是自由的，可以离子化形成H+。
结论与未来研究方向
本研究通过水提取和酒精沉淀方法从Malus doumeri (Bois) Chev.中获得了酸性杂多糖（MDPS），并进行了全面的多维结构表征和体外生物活性评估。以CHPS和CP为参考，明确了MDPS的结构特征和功能优势。结果显示，MDPS的分子量为110.114 kDa，PDI为1.447。
CRediT作者贡献声明
魏向英：撰写——原始稿件、可视化、软件、资源、方法学、数据分析、概念化。戴晓华：撰写——原始稿件、资源、方法学、数据分析、概念化。陈静：撰写——审稿与编辑、软件、资源、数据分析、概念化。冉 Luxia：撰写——审稿与编辑、软件、资源、数据分析、概念化。郑凤金：撰写——审稿与编辑、软件。
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研究报告的工作。
致谢
本研究得到了广西科学技术计划（GNK-AB241484003）、中国广西创新团队农业研究系统——特色水果专项基金（nycytxgxcxtd-2024-17）以及广西壮族自治区农业科学院基础研究业务项目（GNK2021YT117、GNK 2025YP145、GNK 2026YP058）的支持。
