《Food Research International》：Structural characterization and anti-aging mechanism of
Codonopsis pilosula polysaccharides
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人参多糖结构及抗衰老机制研究：通过D-半乳糖诱导衰老小鼠模型，发现CPPS可改善认知功能、抑制海马和肝组织氧化应激及炎症，其机制涉及肠道菌群代谢产物3-吲哚-甘油氧酸（IGA）调控JAK2-STAT3信号通路抑制小胶质细胞活化。
万美琪|韩蓉|包晓艾|孙一正|徐海龙|王彦林|赵爱红|张友波
中国北京100191，北京大学药学院天然药物系，天然与仿生药物国家重点实验室
摘要
本文研究了从Codonopsis pilosula中提取的多糖（CPPS）的结构及其抗衰老活性。结构分析表明，CPPS属于中性杂多糖，数均分子量（Mn）为6.423 kDa，重均分子量（Mw）为8.674 kDa，分散系数Mw/Mn为1.35，主要由果糖（Fru）和葡萄糖（Glc）组成。在D-半乳糖诱导的衰老小鼠模型中，CPPS通过改善认知功能障碍、抑制海马体和肝脏组织中的氧化应激和炎症水平表现出显著的抗衰老作用。16S rRNA分析、非靶向代谢组学、病理学和qRT-PCR分析结果表明，CPPS能够影响肠道微生物代谢物并修复肠道屏障损伤。转录组学分析和BV2细胞验证实验表明，CPPS通过调节JAK2-STAT3信号通路来抑制小胶质细胞的激活，进而影响肠道微生物群中的色氨酸代谢物3-吲哚-乙醛酸（IGA）。本研究为未来开发基于CPPS的功能性食品提供了宝贵的见解。
引言
自21世纪初以来，一些国家经历了显著的人口结构变化，65岁及以上的人口比例约为18%。预计到2050年这一比例将大幅上升至38%（Rudnicka等人，2020年）。衰老过程本质上是不可逆的，其特征是多种生理功能和免疫能力的逐渐下降。这些变化显著增加了患与年龄相关的健康问题的风险，包括神经退行性疾病、心血管疾病和各种癌症（la Torre等人，2023年；孙等人，2023年）。衰老引起的神经退行性疾病的主要特征包括神经元丢失、氧化应激、炎症和线粒体功能障碍（Bustamante-Barrientos等人，2023年；Salminen等人，2012年；Zia等人，2021年）。最近的研究发现了植物中几种具有抗衰老作用的化合物，如黄酮类、皂苷、多糖、生物碱和多酚（Shen等人，2017年；Song & Zhang，2023年），这些化合物可以缓解神经炎症并保护神经细胞。因此，从植物来源中提取抗衰老成分具有重要的研究价值。
Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf.是一种广泛认可的食物和传统草药。作为Codonopsis pilosula（CP）提取物的主要生物活性成分，C. pilosula多糖（CPPS）是结构多样的生物大分子，具有多种药理活性，包括免疫调节（Zou等人，2019年）、抗氧化（Wu等人，2020年）、抗炎（Luan等人，2021年）和神经保护（Zhang等人，2018年）。然而，目前尚不清楚CPPS是否具有抗衰老作用。植物化学领域关于抗衰老特性的研究主要集中在小分子单体上，尤其是黄酮类（Bouyahya等人，2023年；Xiao等人，2024年）。传统中药的服用方法，如煎煮，强调提取水溶性成分，特别是多糖，这些成分是重要的潜在抗衰老物质，值得进一步研究。
肠道是改善老年人健康的重要靶器官（Funk等人，2020年）。肠道微生物群在维持后生动物的长期稳定性方面起着关键作用，它通过保持肠道上皮完整性、调节肠道免疫系统以及抑制有害细菌的增殖来发挥作用（Clemente等人，2012年）。先前的研究表明，多糖可以保护肠道屏障、维持肠道稳态并通过调节肠道微生物群代谢发挥抗炎作用（Chi等人，2024年；Fang等人，2022年；Song等人，2023年；Zhang等人，2025年）。“微生物群-肠道-大脑轴”对人类健康（包括大脑功能和行为）具有重大影响（O'Riordan等人，2025年）。肠道微生物群与大脑通过多种途径进行交流，包括神经连接和化学信号传导，但这些相互作用的具体机制仍有待进一步阐明。尽管已有研究表明多糖具有抗衰老作用（Ji等人，2024年），但由于其高分子量特性，多糖极不可能以完整形式被吸收到全身循环系统中。因此，多糖是否可以通过肠道-大脑轴间接发挥抗衰老作用仍需进一步研究。
先前的研究表明，小胶质细胞的激活受到JAK2-STAT3信号通路的影响（Lee等人，2023年；Xiao等人，2023年）。一旦被激活，小胶质细胞会释放大量促炎细胞因子，包括白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）。这一级联反应会导致持续的炎症和神经毒性，从而加速神经元凋亡并促进衰老（Shi等人，2018年）。因此，抑制JAK2-STAT3信号通路可能是抗衰老的潜在机制。
基于此，本文旨在阐明CPPS的结构及其潜在的抗衰老机制。首先，我们使用FT-IR、SEM、分子量分析、单糖组成分析、NMR和甲基化分析对CPPS进行了结构表征。随后，通过D-半乳糖诱导的衰老小鼠模型和BV2细胞评估了CPPS的抗衰老活性。结合16S rRNA、转录组学和非靶向代谢组学的研究结果，我们发现CPPS可能通过影响肠道微生物群中的色氨酸代谢物3-吲哚-乙醛酸（IGA）来抑制JAK2-STAT3信号通路，从而发挥抗衰老作用。本研究阐明了CPPS的结构细节及其潜在的抗衰老分子机制，为其作为抗衰老功能性食品的开发奠定了基础。
材料与试剂
本研究使用的Codonopsis pilosula根材来自山西省平顺。单糖、维生素E（VE）和D-半乳糖（D-gal）的标准品购自Sigma Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）。去离子水使用Millipore Milli-Q超纯水制备系统制备（美国马萨诸塞州贝德福德）。所有使用的化学试剂均为分析级，购自Thermo Fisher Technology公司（美国新泽西州费尔劳恩）。
CPPS含量和提取率
本研究中从Codonopsis pilosula中提取的多糖提取率为24.27%，样品中的多糖含量为79.90%。
扫描电子显微镜（SEM）
SEM在不同放大倍数（2000×和20,000×）下显示了CPPS的表面形态。CPPS呈现出光滑、不规则的片状结构。在更高放大倍数下，CPPS片段显示出略微不均匀的表面结构，并含有孔洞（图1A）。
分子量
CPPS的分子量通过HPGPC测定，样品在20分钟时显示出一个单一且对称的峰峰。
讨论
许多研究表明，天然多糖具有抗衰老、抗炎和抗氧化作用，这些作用与其结构特征密切相关（Wang等人，2025年；Ying & Hao，2023年）。先前的研究表明，多糖中的高葡萄糖含量以及多孔和片状结构与其显著的抗氧化活性相关（Chen等人，2024年；Ji等人，2024年；Meng等人，2022年）。本研究聚焦于天然多糖CPPS。
结论
综合研究结果表明，CPPS能够缓解D-半乳糖诱导的海马体和肝细胞中的氧化应激和炎症反应，保护肠道屏障，并恢复肠道微生物群稳态。其主要的抗衰老机制可能是通过调节肠道微生物代谢来间接调节JAK2-STAT3信号通路，抑制小胶质细胞激活并减少大脑炎症。本研究为此领域做出了贡献。
作者贡献声明
万美琪：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，数据管理。韩蓉：项目管理。包晓艾：项目管理。孙一正：项目管理。徐海龙：项目管理。王彦林：项目管理。赵爱红：撰写 – 审稿与编辑。张友波：资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2022YFC3501705和2022YFC3501702）的财政支持。
