FSHW | 天然多糖降血糖活性机制及构效关系研究进展

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Introduction

糖尿病是一种常见的多因素疾病，可引起各种并发症，如慢性代谢病等。目前治疗糖尿病的药物是具有不同明确副作用的商业糖尿病药物。然而，多糖主要从自然资源中提取，具有安全性、可获得性和抗糖尿病潜力的优点。本文综述了具有降血糖活性的天然多糖的最新研究，重点是各种细胞和动物模型中的不同药理机制，还详细讨论了结构与降血糖作用的关系。

Results and discussion

多糖降血糖作用机制包括：调节肠道菌群，调解细胞通路，调节酶活，调解胰岛素分泌，调节氧化损伤等。多糖结构与降血糖构效关系：分子量，单糖组成，糖苷键类型，高级结构，结构改性，糖醛酸含量等。

青钱柳多糖（CP）可能通过宿主代谢和肠道菌群组成对糖尿病产生间接影响（图1）。CP治疗可通过改善营养代谢（氨基酸和嘌呤）和能量代谢（TCA循环）来预防糖尿病。由于CP治疗，较高丰度的瘤胃球菌（有益细菌）参与了T2DM的改善过程。这种肠道菌群的变化可以通过增加乙酸和丁酸的产生来调节激素水平（GLP-1）和炎症（Bcl-2、Bax等细胞因子），从而进一步改善胰岛功能β细胞功能障碍，降低高血糖和胰岛素抵抗。

图1 多糖通过调节肠道微生物及其代谢产物缓解2型糖尿病的机制

IRS-1和PI3K磷酸化的激活可导致磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸的产生，从而激活Akt。Akt是一种关键的多效性激酶，可介导胰岛素在葡萄糖代谢中的大部分生物学作用，包括Ser21处GSK-3a的磷酸化和Ser9处GSK-3β对GSK3的激活。一种具有线性（1）的特殊果胶多糖（FPLP）→4） 从无花果果实中提取并纯化了结合1.30%支链己烯醛酸的-α-D-半乳糖醛酸。FPLP治疗可改善C57BL/KsJ db/db小鼠的高血糖和肝糖原代谢。FPLP的治疗机制是激活IRS-1/PI3K/Akt/GSK3β/GS胰岛素信号通路和AMPK/GSK3β/GS信号通路，调节参与肝糖原生成和糖原分解的葡萄糖激酶、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶的表达（图2）。

图2 植物多糖改善db/db小鼠肝糖原代谢机制

从铁杉叶中分离得到一种新的多糖（THDP-3），可调节四氧嘧啶诱导的四只糖尿病小鼠中葡萄糖激酶、腺苷酸活化蛋白激酶、葡萄糖-6-磷酸酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶的表达（图3）。回豆坝多糖的体外抗氧化活性表明，该多糖对α-葡萄糖苷酶具有显著的抑制作用（IC50=0.019 mg/mL，阳性对照阿卡波糖IC50=0.097 mg/mL）。它可以降低血清甘油三酯、总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平，并显著改善口服葡萄糖耐量，表明它可以抑制肥胖和降低胰岛素抵抗。

图3 植物多糖对四氧嘧啶诱导糖尿病小鼠肝脏糖代谢的调节机制

Conclusion

糖尿病是一个严重的世界性健康问题，其发病率和死亡率较高。以前的治疗方式主要集中在抗高血糖药物上，这些药物导致了严重的并发症。因此，从天然产物中开发新的降血糖成分越来越受到重视。从动物、植物和真菌中提取的多糖因其安全性和多种生物活性而受到世界各国的科研工作者所关注。在本文中各种研究表明，多糖的干预可以通过潜在的不同机制降低高血糖，包括抑制α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶活性，改善葡萄糖代谢，增加β-细胞质量，减少氧化应激损伤和调节肠道菌群。本文综述了近年来天然多糖降血糖活性的研究概况，包括其结构特征、药理机制和相关模型；还讨论了其结构与降血糖活性的关系。本综述将促进科研工作者对天然多糖在缓解高血糖症中的应用的认识，并为这些天然产物在功能性食品和医药工业中的开发和应用提供理论依据。

第一作者简介

冀晓龙，主要从事植物多糖（红枣多糖）提取、分离纯化、结构鉴定及功能活性研究，多糖与淀粉互作研究等方面的研究；目前主持河南省自然基金1项，市厅级项目1项，校级项目2项，企业横向3项，已发表SCI论文20篇，参编专著1部。

通信作者简介

闫溢哲，河南省高校科技创新人才，河南省教育厅学术技术带头人，河南省青年托举人才，河南省高等学校青年骨干教师。现任郑州轻工业大学食品与生物工程学院学科秘书，中国轻工业食品低温加工与安全控制重点实验室办公室主任；兼任河南省食品科学技术学会理事，《Frontiers in Nutrition》食品化学部分副编辑，《食品工业科技》青年编委，《Food Hydrocolloids》《Carbohydrate Polymers》等国际知名期刊审稿人。主要从事碳水化合物改性及功能研究，主持国家自然科学基金1项、省厅级项目6项。以第一或通讯作者发表SCI收录论文38篇，其中JCR 1区25篇、ESI高被引论文4篇、热点论文2篇，H因子23；出版学术著作3部；获中国粮油学会科学技术三等奖1项，河南省教育厅科技成果一等奖2项、二等奖1项，河南省自然科学优秀学术论文奖3项；授权国家发明专利10件，已转化2件。

Review on mechanisms and structure-activity relationship of hypoglycemic effects of polysaccharides from natural resources

Xiaolong Jia,b,c, Jianhang Guoa, Tengzheng Caoa, Tingting Zhanga, Yanqi Liua,b,c,*, Yizhe Yana,b,c,d,*

a College of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, China

b Henan Key Laboratory of Cold Chain Food Quality and Safety Control, Zhengzhou 450001, China

c Collaborative Innovation Center of Food Production and Safety, Henan Province, Zhengzhou 450001,China

d Food Laboratory of Zhongyuan, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, China

*Corresponding authors.

Abstract

Diabetes mellitus (DM) is a common multifactorial disease, causing various complications, such as chronic metabolism. The current therapies for diabetes mellitus are commercial diabetic drugs that have different definite side effect. However, polysaccharides mainly extracted from natural resources, have advantages of safety, accessibility, and anti-diabetic potential. We have summarized recent research of natural polysaccharides with hypoglycemic activities, focusing on different pharmacological mechanisms in various cell and animal models. The relationships of structure-hypoglycemic effect are also discussed in detail. This review could provide a comprehensive perspective for better understanding on development and mechanism of natural polysaccharides against diabetes mellitus, which have been required by clinical studies yet.

Reference:

JI X L, GUO J H, CAO T Z, et al. Review on mechanisms and structure-activity relationship of hypoglycemic effects of polysaccharides from natural resources[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(6): 1969-1980. DOI:10.1016/j.fshw.2023.03.017.

文章编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意