《Carbohydrate Polymers》：Structural characterization of a pectic polysaccharide from Bombax ceiba L. flowers and its neuroprotective effects via the microbiota–gut–brain axis
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张梓怡|张博雅|于文晨|贾秋霜|朱瑞娇|李梦聪|李俊|王亚芝|卢宇|宋子伟|顾宁|纪晨峰哈尔滨工业大学生命科学与医学学院生命科学技术系，中国哈尔滨 150001摘要从木棉（Bombax ceiba L.）的花朵中分离并纯化出一种新型果胶多糖，命名为BCP-3，其平均分子量为86.
张梓怡|张博雅|于文晨|贾秋霜|朱瑞娇|李梦聪|李俊|王亚芝|卢宇|宋子伟|顾宁|纪晨峰
哈尔滨工业大学生命科学与医学学院生命科学技术系，中国哈尔滨 150001
摘要
从木棉（Bombax ceiba L.）的花朵中分离并纯化出一种新型果胶多糖，命名为BCP-3，其平均分子量为86.9 kDa。结构分析显示，BCP-3是一种酸性杂多糖，主要由GalpA、Galp、Araf、Rhap和Glcp组成，其主链由交替的→4)-α-D-GalpA-(1→)和→2)-α-L-Rhap(1→)单元构成，鼠李糖残基的O-4位置是主要的分支位点。口服BCP-3显著改善了罗腾酮处理小鼠的自发运动能力和运动协调性。16S rRNA测序结果显示，BCP-3增加了产生短链脂肪酸（SCFA）的细菌的数量，包括属于科和属的细菌。进一步分析表明，BCP-3促进了SCFA的产生，增强了肠道屏障的完整性，并缓解了肠道炎症微环境。同时，BCP-3上调了肠道FFAR3/TPH1信号通路，并调节了中枢5-羟色胺（5-HT）信号通路。在黑质中，BCP-3通过激活PI3K/AKT/Nrf2信号通路减轻了氧化应激和神经炎症，从而有助于改善运动障碍。这些发现表明，BCP-3可能作为一种有前景的天然多糖，通过调节微生物群-肠道-大脑轴发挥神经保护作用。
引言
木棉（Bombax ceiba L.）是一种在热带和亚热带地区广泛分布的药用和食用植物，其花朵长期以来被用于传统饮食和民间医学（Das等，2021；Komati等，2020；Yin等，2022）。尽管已有报道指出木棉花朵具有抗炎和抗氧化活性，但其多糖成分的结构特征及其在神经功能调节中的潜在作用尚未得到系统研究（Haque等，2025；Kumari等，2025）。植物多糖由通过不同糖苷键连接的各种单糖组成，其单糖组成、分子量、分支程度和理化性质共同影响其生物活性。许多多糖具有抗氧化、抗炎、免疫调节和调节肠道微生物群的作用（Niu等，2026；Wang, Qin等，2025）。特别是果胶多糖含有特征性的结构区域，如均聚半乳醛酸和鼠李糖半乳醛酸结构域，其中性糖侧链、甲基化/乙酰化程度和分子量与其理化性质和生物功能密切相关（Niu等，2025）。重要的是，大多数植物多糖可以完整地到达结肠，并通过肠道微生物群的作用被利用（Luan等，2021；Wang等，2019）。这一过程不仅调节了微生物组成，还促进了短链脂肪酸（SCFAs）的产生（Koh等，2016）。越来越多的证据表明，SCFAs作为微生物群-肠道-大脑通信的关键介质，可以通过免疫、内分泌和神经机制调节中枢神经系统功能和神经信号通路（Dalile等，2019）。实验研究表明，富含果胶的多糖可以通过重塑肠道微生物群组成和SCFA的产生来影响大脑功能，促进肠嗜铬细胞中5-羟色胺（5-HT）的合成，并通过体液和神经通路调节中枢神经系统活性，从而在多糖介导的神经保护作用中发挥关键信号媒介作用（Church等，2023；Zhu等，2026）。因此，阐明木棉花多糖的结构-活性关系非常重要，特别有助于进一步明确它们通过肠道-大脑轴调节神经系统功能的分子机制。
与氧化应激和神经炎症密切相关的神经退行性疾病（如帕金森病）是重大的公共卫生挑战（Nuzum等，2020；Varesi等，2022；Zhou等，2025）。越来越多的证据表明，这些病理机制引起的中枢神经系统损伤与全身代谢紊乱和胃肠道功能障碍密切相关（Abbasi & Hamidi，2021；Dohnalová等，2022；Ohara & Hsiao，2025；Ou等，2021）。在一些研究中，胃肠道异常通常在典型的运动症状出现之前就已发生，这表明肠道微生物群可能通过肠道-大脑轴调节大脑功能（Cryan等，2019；Loh等，2024；Santos等，2023）。罗腾酮诱导模型被广泛认为是研究肠道-大脑相互作用的有价值实验工具。暴露于环境毒素罗腾酮可导致线粒体功能障碍和氧化还原稳态失衡（Liu, Zhao等，2025），从而引发肠道来源的炎症级联反应并加剧神经元损伤。因此，开发能够针对肠道-大脑轴、恢复稳态并增强内源性抗氧化防御的饮食干预策略已成为缓解神经退行性病变的重要研究方向（Xu & Lu，2025）。
基于此，我们假设木棉花朵含有具有独特但未被充分探索的结构特征的多糖，这些多糖可能调节肠道微生态环境和相关代谢过程，从而参与肠道-大脑轴的调节并缓解神经退行性病理变化。为了验证这一假设，我们从木棉花朵中分离并纯化出了一种新型果胶多糖BCP-3，并通过一系列理化分析对其结构特征进行了表征。随后，利用罗腾酮诱导的小鼠模型、行为测试、组织病理学分析和多组学方法，评估了BCP-3对肠道屏障完整性、肠道微生物组成和代谢改变的影响，以进一步探索潜在的肠道-大脑轴相关机制。本研究旨在展示BCP-3果胶多糖的结构-功能-机制关系，并为其作为调节肠道-大脑轴相关功能障碍的功能性食品成分的应用提供科学基础。
章节摘录
材料
木棉花朵（Bombax ceiba L.）从中国广东省采集，并由三宝制药有限公司进行鉴定。一个凭证标本（编号BC-2023）存放在哈尔滨商业大学药学院标本馆。采集到的花朵经过风干、粉碎后储存以供后续使用。DEAE-52和Sephacryl S-300购自北京博奥拓达科技有限公司（北京）。透析膜（3500 Da）也来自北京
BCP-3的分离与纯化
从Bombax ceiba L.花朵中通过热水提取后，再使用20%、50%和80%（v/v）的乙醇进行逐步沉淀，分别获得了三种多糖组分，提取产率分别为2.10%、1.31%和2.37%。鉴于其相对较高的产率，选择用80%乙醇沉淀的多糖进行进一步纯化和结构分析（图1A）。这种温和的提取方法
结论
总之，从木棉（Bombax ceiba L.）花朵中提取的果胶多糖BCP-3部分改善了罗腾酮诱导的运动功能障碍、胃肠道紊乱和肠道屏障损伤，减轻了炎症反应、氧化应激和类似神经退化的病理特征。BCP-3调节了肠道微生物群的组成，并促进了SCFAs和色氨酸衍生物代谢物的产生。
CRediT作者贡献声明
张梓怡：撰写 - 原稿撰写、实验研究、数据整理。张博雅：撰写 - 审稿与编辑、监督、方法学设计、概念构建。于文晨：数据验证。贾秋霜：数据验证。朱瑞娇：实验研究。李梦聪：实验研究。李俊：资源提供、方法学协助。王亚芝：资源提供、方法学协助。卢宇：实验研究。宋子伟：实验研究。顾宁：监督、资金争取。纪晨峰：撰写 - 审稿与编辑、监督、资金提供
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了黑龙江省春燕科技人才支持计划（编号CYCX24009）、黑龙江省自然科学基金（编号ZD2024H004）、黑龙江省双一流学科协作创新成果项目（编号LJGXCG2023-039）、国家自然科学基金（批准号32502362）、中国博士后科学基金（批准号2024MI764207）的支持。
