两种党参根及茎叶中多糖结构解析和体外抗氧化活性研究

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多糖作为党参(Radix Codonopisis)的主要活性成分之一,具有免疫调节、抗氧化等多种生物活性。由于党参品种繁多、来源广泛,因此大多数研究仅针对某一品种党参多糖,具有局限性。目前关于党参多糖的研究多集中在根部,而茎叶作为党参的重要组成部分,虽具有丰富的化学组成和生理活性,却鲜有相关研究。鉴于本课题组前期已完成素花党参(Codonopsis pilosula Nannf.var.modesta(Nannf.)L.T.Shen)的相关研究,因此,本课题选取《中国药典》2015版中记载的同属党参三大来源中的党参(C.pilosula(Franch.)Nannf.)、川党参(C.tangshen Oliv.)及其茎叶,通过统一工艺对其多糖提取、分离、纯化,并在此基础上进行结构解析,评价两种党参及其茎叶多糖的抗氧化活性,并探究其构效关系。1两种党参根及茎叶中多糖的提取、分离和纯化经热水浸提及80%醇沉得到党参根部粗多糖(CPP)、川党参根部粗多糖(CTP)、党参茎叶粗多糖(CPSP)和川党参茎叶粗多糖(CTSP),其得率分别为20.3%、22.8%、4.6%及8.5%。将粗多糖通过DEAE琼脂糖凝胶柱进一步分离获得党参根部中性多糖(CPPN)、川党参根部(CTPN)和党参根部酸性多糖(CPP-1)、川党参根部酸性多糖(CTP-1)、党参茎叶酸性多糖(CPSP-1)、川党参茎叶酸性多糖(CTSP-1),其得率分别为44.6%、51.4%、31.3%、30.3%、56.4%及31.6%;经体积排阻色谱法进一步纯化发现其均为均一的纯化组分。结果表明不同来源及部位对于多糖的提取率、纯化得率均有较大影响,其中以川党参及根部的粗多糖及中性多糖得率较高,而党参及茎叶的酸性多糖纯化得率较高。由于来源于茎叶的中性多糖含量极低,无利用价值,因此后续实验不对其进行深入研究。2两种党参根部中性多糖结构解析及抗氧化活性研究通过采用气相色谱(GC)、尿素-盐酸纸层析(Urea-HCl)、气质联用色谱(GC-MS)、分子排阻色谱结合多角度散射检测(Size-exclusion chromatography-Multi-angle laser-light scattering,SEC-MALLS)以及核磁共振(NMR)法检测单糖组成、糖苷键组成和分子量(聚合度)等结构信息,阐明两种党参根部中性多糖基本结构。并采用H2O2对肠上皮细胞IPEC-J2诱导产生氧化应激,通过检测其细胞存活率、丙二醛(MDA)水平、总抗氧化能力(T-AOC)、乳酸脱氢酶(LDH)和抗氧化酶活力包括谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)以评估CPPN和CTPN的抗氧化能力。结果表明,CPPN及CTPN均由大量果糖(Fru)及少量葡萄糖(Glc)组成,是基于β-(2→1)-Fruf为主要骨架连接的菊粉型果聚糖,末端连接少量非还原性Glcp,其分子量分别为2.3 k Da和4.0 k Da,聚合度为19.6和25.2。抗氧化结果表明CPPN和CTPN能显著提升细胞存活率(P<0.05)、增加T-AOC活力和抗氧化酶活力(P<0.05)、并降低细胞内MDA和LDH水平(P<0.05),具有激活细胞氧化防御的作用,且具有较高聚合度的菊糖CTPN表现出更好的抗氧化活性(P<0.05)。3两种党参根及茎叶中酸性多糖结构解析及抗氧化活性研究通过采用GC、Urea-HCl、GC-MS、SEC-MALLS以及NMR法检测单糖组成、糖苷键组成和分子量等结构信息,阐明两种党参及其茎叶酸性多糖基本结构。并采用H2O2对肠上皮细胞IPEC-J2诱导产生氧化应激,通过检测其细胞存活率、活性氧(ROS)含量、MDA水平、T-AOC、LDH和抗氧化酶活力以评估CPP-1、CTP-1、CPSP-1和CTSP-1的抗氧化能力。结果表明,CPP-1、CTP-1、CPSP-1和CTSP-1均是主链为半乳糖醛酸聚糖(HG)的果胶多糖。根部酸性多糖CPP-1和CTP-1分支链以阿拉伯半乳聚糖II型结构(AG-II)为主,并含有较少阿拉伯半乳聚糖I型结构(AG-I),但仅CPP-1含有酯化甲基;茎叶酸性多糖CPSP-1及CTSP-1均含有酯化甲基,但CPSP-1分支链仅为AG-II;CTSP-1分支链虽以AG-II为主,但同样含有较多数量的AG-I。CPP-1,CTP-1,CPSP-1和CTSP-1的分子量分别为21.0、29.5、13.1和23.0 k Da。抗氧化活性结果表明CPP-1、CTP-1、CPSP-1和CTSP-1均能显著提升细胞存活率(P<0.05)、增加T-AOC活力和抗氧化酶活力(P<0.05)、并降低细胞内ROS含量及MDA、LDH水平(P<0.05)。在基因转录水平上,该四种酸性多糖还能显著上调抗氧化酶基因GPXs、SOD1、CAT和紧密连接蛋白ZO-1的表达(P<0.05),并呈一定剂量依赖趋势。其中根部酸性多糖(CPP-1和CTP-1)能上调Nrf2、NQO1和HO-1基因的表达(P<0.05),而茎叶酸性多糖(CPSP-1和CTSP-1)则对核因子E2相关因子2(Nrf2)、醌氧化还原酶1(NQO1)和血红素加氧酶1(HO-1)基因表达无显著影响(P>0.05)。综上所述,两种党参根及茎叶中粗多糖、中性多糖及酸性多糖具有不同的提取率和纯化得率,且来源和部位对于多糖结构和活性的影响较大。经多项结构检测分析表明两种党参根部中性多糖分别为聚合度19.6和25.2的菊粉型果聚糖,两种党参根及茎叶中酸性多糖为具有不同主链长度和分支链数量的果胶多糖,其分支链数量及分子量大小与来源和部位相关。其中,根部中性多糖均具有较好的抗氧化活性,且活性均与聚合度相关。根部及茎叶酸性多糖均有抗氧化活性,但仅根部酸性多糖在转录水平上对Nrf2信号通路具有活化作用,而茎叶酸性多糖则对该通路相关基因无激活作用,二者之间的差异可能与结构相关,但具体活化Nrf2的结构暂无法确定,具体分子机制仍有待研究。这也进一步说明多糖的不同来源及部位是影响其结构、活性及构效关系的重要因素。此外,上述结果还表明两种党参及其茎叶中含有较高活性的多糖,由于茎叶产量丰富且应用较少,因此更具进一步开发利用的价值,但其活性作用机制及构效关系仍需进一步研究。
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