瓦松多糖的分离纯化、结构表征及其生物活性研究

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目的:瓦松药材是景天科瓦松属植物瓦松Orostachys fimbriata(Turcz.)Berger的干燥地上部分,具有抗菌、消炎、抗肿瘤等多种药理作用。多糖是影响瓦松生物活性的关键组分之一,但由于瓦松多糖提取、分离和纯化的难度较大,故鲜有对其理化特征和生物活性的研究。本课题旨在对瓦松多糖的提取工艺、结构表征和药理活性进行探索,为瓦松多糖的应用奠定理论基础。方法:1.响应面法优化瓦松多糖的提取工艺。以多糖得率为响应值,选择提取温度、提取时间、超声功率和液料比为影响因素,在单因素实验的基础上,通过Box-Behnken中心组合实验设计对瓦松多糖提取工艺进行优化,并验证模型的有效性。2.瓦松多糖的分离纯化和理化性质分析。通过DEAE-52纤维素离子层析柱和Sephadex G-75葡聚糖凝胶柱对瓦松粗多糖进行分离纯化,最终得到精制多糖OFP(Orostachys fimbriatapolysaccharide)。使用苯酚硫酸法测定OFP的总糖含量,紫外光谱法检测核酸和蛋白质的存在,高效离子色谱分析其单糖组成,高效液相凝胶渗透色谱测得OFP的均一性和分子量。3.瓦松多糖的结构表征。OFP的结构通过红外光谱、甲基化、核磁共振波谱、扫描电子显微镜和原子力显微镜进行解析。红外光谱特征吸收峰指示糖苷键构型和官能团类别,多糖中单糖残基的组成通过甲基化实验进行分析,核磁共振波谱显示单糖残基上C/H原子的化学位移值信号并进行归属,进而推断糖残基的类型、连接顺序和取代位点。扫描电子显微镜和原子力显微镜分析多糖的表面形貌和分子高度。4.瓦松多糖的药理活性分析。对OFP的抗菌、抗炎和抗氧化活性进行了研究。通过微量肉汤稀释法测定OFP对7种细菌的最小抑菌浓度。从细胞和动物水平评价OFP的抗炎活性,使用RAW264.7细胞分析其细胞毒性和对NO释放、细胞因子分泌的影响,以小鼠耳肿胀法检测OFP的体内抗炎作用。以DPPH和ABTS自由基清除率测定OFP的体外抗氧化能力。使用秀丽隐杆线虫为模式生物,验证OFP在热辐射应激和急性氧化应激下条件对线虫寿命和生存率的影响。结果:1.以多糖得率为指标,设计四因素三水平的响应面Box-Behnken优化实验。结果表明,瓦松多糖的最佳提取条件为:液料比27 mL/g;提取温度为84℃;提取时间84min;超声功率175W。在此条件下,瓦松多糖的得率为5.724%±0.13%,和预测得率相符,证明该提取方法的可靠性。2.瓦松粗多糖经过纯化后得到精制多糖组分OFP,苯酚硫酸法测定其总糖含量为98.23%,紫外光谱结果显示OFP中没有蛋白质和核酸存在。单糖分析结果表明OFP由葡萄糖组成,是葡聚糖类多糖。通过高效液相渗透色谱测量OFP的分子量为6.2×103 Da,为均一多糖组分。3.使用红外光谱、甲基化和核磁共振波谱分析OFP的初级结构为:主链由→4)-α-Glcp-(1→和→4,6)-β-Glcp-(1→组成,支链连接在→4,6)-β-Glcp-(1→的 C6 位,由→6)-β-Glcp-(1→,α-Glcp-(1→组成,少部分β-Glcp-(1→与→4)-α-Glcp-(1→相连。通过扫描电子显微镜和原子力显微镜对OFP的高级结构进行了初步的分析,结果表明OFP呈现光滑片状结构,附着有大量的杆状和球状分支。OFP在水溶液中的分子高度为228 nm,糖链相互缠绕聚集。4.在抗菌实验中,瓦松多糖对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度为5 mg/mL,对大肠杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球和肺炎克雷伯菌的最小抑菌浓度为10 mg/mL,对铜绿假单胞菌和福氏志贺菌没有抑菌活性。抗炎活性实验中,OFP在0-100μg/mL的浓度下对RAW264.7细胞的增殖无明显影响,并可降低LPS刺激下的RAW264.7细胞NO的释放,并抑制其白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)等炎性细胞因子的分泌,发挥抗炎作用。在二甲苯致小鼠耳肿胀实验中,相比对照组,OFP给药组耳肿胀程度降低。瓦松多糖具有较好的DPPH和ABTS自由基清除能力,其IC50值分别为0.1663 mg/mL、1.318 mg/mL。OFP减少了秀丽隐杆线虫热辐射应激和急性氧化应激损伤,提高了秀丽隐杆线虫的存活率和生存时间。结论:本课题优化了超声辅助提取瓦松多糖的工艺条件,实验模型可靠,实际得率和预测得率吻合度高。对瓦松粗多糖分离纯化后得到OFP,确定其为葡聚糖类多糖。OFP由主链和支链组成重复单元结构,表面形貌呈光滑片状,在水溶液中糖链分子易聚集成团。OFP具有较好的抗菌活性,对金黄色葡萄球菌的的抑制作用最强;抗炎实验显示瓦松多糖可通过降低NO释放和细胞因子分泌发挥体内外抗炎作用,并可减轻二甲苯导致的小鼠耳肿胀;OFP对DPPH自由基和ABTS自由基具有较高的清除率,且同浓度下对DPPH自由基的清除效果好于ABTS自由基;在热辐射和急性氧化应激环境中,OFP可以提高线虫抗氧化损伤的能力,延长线虫生存时间。本课题以瓦松中的多糖组分为研究对象,对其进行分离纯化、理化分析、结构表征和生物活性研究,为瓦松多糖的利用和开发提供了一定的理论依据和实验基础。
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