狭叶香蒲（Typha angustifolia）花粉中乙酰化甘露聚糖的结构特性分析及其乙酰化作用对促进约翰逊乳杆菌（Lactobacillus johnsonii）生长效果的影响

《Carbohydrate Polymers》：Structural characterization of acetylated mannan from Typha angustifolia pollen and the impact of acetylation on its growth-promoting effect toward Lactobacillus johnsonii

　　

徐永斌|刘玉鹏|高伟|刘浩然|杨明宽|朱凌燕|于月|陈杰|施松山|吴建军|王顺春|王慧君

中国中医科学院中药功效成分发现与利用国家重点实验室、中药标准化教育部重点实验室、中药资源与质量评价上海中医药大学重点实验室，中国上海市蔡伦路1200号，201203

摘要

通过热水提取后结合离子交换和尺寸排阻色谱法，从Typha angustifolia花粉中分离得到乙酰化甘露聚糖（PTPS-W-2）。结构表征显示，PTPS-W-2是一种均质多糖，平均分子量约为42 kDa，仅由甘露糖残基组成。其主链主要由→4-β-Manp-(1→4)-β-Manp-(1→4)-连接组成，在C-2和C-3位点有部分的O-酰基取代。值得注意的是，这是首次报道从植物中分离出纯度和结构均一性极高的乙酰化甘露聚糖。体内给药两周的研究表明，PTPS-W-2通过显著富集Lactobacillus johnsonii并增强肠道苯乳酸的产生来调节肠道微生物群落，这一结果在体外单菌培养模型中也得到了验证。此外，去乙酰化的PTPS-W-2对L. johnsonii的生长促进作用明显减弱。比较物理化学分析进一步表明，去乙酰化显著降低了甘露聚糖的水溶性。这些发现表明，与酰基化相关的结构和物理化学特性（特别是与水合性和底物可及性相关的特性）可能影响PTPS-W-2的微生物响应性。总体而言，本研究强调了酰基化相关结构特性在塑造植物来源甘露聚糖的物理化学性质和调节微生物群行为中的潜在重要性，为其结构-性质-功能关系提供了新的见解。

引言

植物来源的多糖因其结构多样性和可调的物理化学性质而受到持续关注。它们在水介质中的表现不仅取决于单糖组成和糖苷键类型，还取决于控制链构象、分子间相互作用和超分子组织的精细结构特征（Guo等人，2025；Pirsa & Hafezi，2023）。阐明这些结构参数如何调节聚合物-聚合物及聚合物-水之间的相互作用仍是碳水化合物聚合物科学的核心问题。

在植物多糖中，甘露聚糖和葡甘露聚糖属于半纤维素聚合物的重要类别（Scheller & Ulvskov，2010）。然而，现有研究主要集中在葡甘露聚糖上，而结构明确的纯甘露聚糖则相对较少受到关注（Shi等人，2020）。这种不平衡并不一定是因为甘露聚糖的科学价值较低，而是因为其固有的物理化学特性。高度规则的β-(1→4)-甘露聚糖主链导致强烈的分子间氢键作用和链堆积，从而引起聚集、水合度降低以及在水环境中的分散性受限（Chokboribal等人，2015；Karimi等人，2025）。相比之下，葡甘露聚糖中的葡萄糖残基引入了主链不规则性，破坏了链堆积，并提高了水的可及性，从而改善了加工性能并便于结构表征。

除了整体物理化学性质外，多糖链的结构紧凑性和聚集情况也影响它们对酶或微生物系统的可及性（Keung等人，2025）。较差的水合性和强烈的分子间相互作用可能阻碍糖苷键的暴露，限制了在水条件下的碳水化合物活性酶的相互作用（Wang等人，2026）。植物细胞壁多糖中存在的天然化学修饰（如O-酰基化）已知可以调节氢键网络、改变链的柔韧性，并影响水-聚合物相互作用（Berglund等人，2020）。然而，天然酰基化是否能够有效减少结构规则纯甘露聚糖的主链聚集从而提高其结构可及性，目前尚不明确。

我们假设纯β-(1→4)-甘露聚糖中的天然酰基会破坏链间氢键并降低主链堆积密度，从而增加水合性，放松超分子组织，并提高甘露聚糖链在水环境中的结构可及性。因此，预期控制去除酰基可以恢复更强的分子间相互作用，降低水合能力并促进聚集。通过系统比较酰基化和去酰基化形式，可以直接评估酰基化对纯甘露聚糖结构-性质关系的贡献。

在本研究中，从Typha angustifolia L.的花粉中分离出乙酰化甘露聚糖（PTPS-W-2），并将其作为结构明确的模型来研究天然酰基如何调节纯甘露聚糖在水介质中的行为。通过全面的结构表征和可控的去酰基化，我们阐明了酰基取代基在调节水合行为、超分子组织和主链可及性方面的作用。这项工作为理解纯甘露聚糖的结构-性质关系提供了机制上的见解，为其作为碳水化合物聚合物的合理利用提供了分子基础。

章节摘要

材料与试剂

Typha angustifolia L.的花粉购自上海康桥药房（中国上海）。单糖标准和分析级试剂购自Sigma–Aldrich（美国密苏里州）。普鲁兰分子量标准品购自Shodex（日本东京）。DEAE Sepharose Fast Flow和Superdex 200由GE Healthcare（瑞典乌普萨拉）提供。人工唾液汁、胃液和肠液购自上海豫研生物科技有限公司。

PTPS-W-2的分离与纯化

整个提取和纯化过程如图1a所示。从Typha angustifolia花粉（3.0 kg）中通过热水提取后加入乙醇沉淀，得到168 g PTPS（5.6%，w/w）。去除不溶性物质后，PTPS进行DEAE–Sepharose Fast Flow阴离子交换色谱分离。用蒸馏水洗脱得到中性多糖组分PTPS-W（图1b），占粗产物的7.6%。

讨论

在当前的碳水化合物聚合物研究中，葡甘露聚糖已经得到了广泛的研究，而结构明确的纯β-(1→4)-甘露聚糖则相对较少（Yang等人，2025；Zhuang等人，2024）。这种差异可能并非由于其科学价值较低，而是因为纯甘露聚糖的固有结构特性。高度规则的β-(1→4)-连接主链促进了密集的链间氢键作用和有序的堆积，从而导致聚集和可及性受限

结论

成功从Typha angustifolia L.的花粉中分离出乙酰化甘露聚糖（PTPS-W-2），并系统地研究了其结构特性、物理化学性质和微生物相互作用。PTPS-W-2被鉴定为一种均质的1,4-连接甘露聚糖，在甘露吡喃糖残基上有部分的O-酰基取代。去酰基化实验表明，酰基在决定PTPS-W-2的物理化学行为中起着关键作用，这体现在……

CRediT作者贡献声明

徐永斌：撰写——初稿、可视化、方法学、研究、资金申请、形式分析。刘玉鹏：撰写——初稿、可视化、研究、形式分析。高伟：可视化、研究、形式分析。刘浩然：研究、形式分析。杨明宽：可视化、数据管理。朱凌燕：可视化、数据管理。于月：可视化、数据管理。陈杰：可视化、数据管理。施松山：研究

利益冲突声明

本手稿的提交不存在利益冲突，所有作者均同意发表该手稿。作者声明所描述的工作是原创研究，尚未在其他地方发表或考虑发表。

致谢

本工作得到了CPSF博士后奖学金计划（GZB20250902）、中国博士后科学基金会（2025M783936）、上海博士后卓越计划（2024528）、上海市自然科学基金（25ZR1402482）、国家自然科学基金（82274078, 82474057）以及上海东方卓越计划（教育平台）青年项目的支持。