瑪咖(Lepidium meyenii)素有“秘魯人參”之譽(yù)，是南美安第斯山脈的著名保健功能植物，自2011年我國(guó)批準(zhǔn)其為新資源食品以來(lái)，云南麗江的瑪咖產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，現(xiàn)在瑪咖已經(jīng)發(fā)展為一個(gè)穩(wěn)定的滋補(bǔ)食品產(chǎn)業(yè)。近年在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持下，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所植物化學(xué)與天然藥物全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室邱明華研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了瑪咖中系列含硫新穎結(jié)構(gòu)，為了解明瑪咖的功能，研究拓展至占瑪咖干重一半以上的多糖。通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)分離純化技術(shù)，近期成功從瑪咖分離多種結(jié)構(gòu)復(fù)雜新穎的多糖，并在分子水平上闡明了其免疫調(diào)節(jié)和腸道菌群調(diào)控的活性機(jī)制。

邱明華團(tuán)隊(duì)從黃色瑪咖塊莖中分離得到8個(gè)均一多糖，并系統(tǒng)解析了MCP-1a和MCP-2b兩種多糖的精細(xì)結(jié)構(gòu)。MCP-1a為分子量6.6 kDa的雜多糖，主要由D-葡萄糖組成(90.23%)，其主鏈由1,4,6-α-D-葡萄糖單元構(gòu)成，側(cè)鏈含有末端α-L-阿拉伯糖、1,5-α-L-阿拉伯糖和末端α-D-葡萄糖殘基。MCP-2b是一種分子量達(dá)49.4 kDa的阿拉伯半乳聚糖，屬于少見的II型阿拉伯半乳聚糖，其主鏈由1,6-β-D-半乳糖和1,3,6-β-D-半乳糖構(gòu)成，并含有少量1,3-β-D-葡萄糖醛酸-4-OMe單元。團(tuán)隊(duì)還確定了其他六個(gè)新的均一性多糖，包括一種高分子量α-葡聚糖(MCP-3，分子量1950.99 kDa)和五種不同分子量的同型半乳糖醛酸聚糖(MCP-4a、MCP-4b、MCP-4c、MCP-5a、MCP-5b)。有趣的是，首次在瑪咖中發(fā)現(xiàn)了含有α-D-Δ4,5-半乳糖醛酸殘基的果膠多糖MCP-4c。這種不飽和結(jié)構(gòu)此前主要在海洋生物中發(fā)現(xiàn)，其在陸生植物中的存在豐富了對(duì)植物多糖結(jié)構(gòu)多樣性的認(rèn)識(shí)。

圖1復(fù)雜瑪咖多糖MCP-1a和MCP-2b的結(jié)構(gòu)表征

細(xì)胞水平的免疫活性：

在闡明結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)其多糖免疫活性的分子機(jī)制探索，獲得了一系列重要發(fā)現(xiàn)：1)體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示，MCP-1a和MCP-2b在50-400 μg/mL濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的細(xì)胞相容性，同時(shí)能夠有效激活RAW 264.7巨噬細(xì)胞。多糖處理顯著增強(qiáng)了細(xì)胞的吞噬活性，并促進(jìn)細(xì)胞釋放一氧化氮(NO)等免疫調(diào)節(jié)分子。在400 μg/mL濃度下，MCP-1a和MCP-2b誘導(dǎo)的NO產(chǎn)生率分別達(dá)到91.98%和94.26%。研究發(fā)現(xiàn)兩種多糖能夠劑量依賴性地促進(jìn)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生多種重要的炎癥介質(zhì)，包括白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細(xì)胞介素-6(IL-6)等。這些結(jié)果表明瑪咖多糖具有調(diào)節(jié)先天免疫功能的潛力。WB分析揭示了多糖發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵分子機(jī)制：MCP-1a和MCP-2b能夠激活NF-κB信號(hào)通路，顯著上調(diào)該通路中關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，包括IκB-α、磷酸化IκB-α、p65和磷酸化p65蛋白。這一發(fā)現(xiàn)為揭示瑪咖多糖的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制提供了重要的分子基礎(chǔ)。

圖2瑪咖多糖(MCP-1a、MCP-2b)免疫調(diào)節(jié)活性

短鏈脂肪酸產(chǎn)生能力

還深入研究了瑪咖多糖對(duì)人體腸道微生物的影響，通過(guò)體外發(fā)酵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)了其益生元特性。發(fā)現(xiàn)：1)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)證實(shí)了MCP-3、MCP-4和MCP-5均能被人體腸道菌群有效利用，轉(zhuǎn)化產(chǎn)生具有重要生理功能的短鏈脂肪酸。其中，MCP-3表現(xiàn)出較強(qiáng)的產(chǎn)酸能力，主要產(chǎn)生乙酸、丙酸和丁酸。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，培養(yǎng)體系的pH值逐漸下降，短鏈脂肪酸含量顯著增加。16S rRNA高通量測(cè)序分析顯示，瑪咖多糖處理對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著影響。與對(duì)照組相比，多糖處理顯著增加了有益菌群擬桿菌屬(Bacteroides)的相對(duì)豐度，其中MCP-3、MCP-4和MCP-5處理組的擬桿菌相對(duì)豐度分別為31.11%、31.07%和28.90%。同時(shí)，多糖有效抑制了潛在致病菌大腸桿菌-志賀氏菌(Escherichia-Shigella)的生長(zhǎng)。α多樣性分析顯示，MCP-3處理組表現(xiàn)出較高的微生物群落多樣性，Simpson和Shannon指數(shù)均高于其他處理組。β多樣性分析進(jìn)一步證實(shí)了瑪咖多糖對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用。

圖3瑪咖多糖MCP-4c結(jié)構(gòu)解析與腸道微生態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制

研究系統(tǒng)闡明了瑪咖多糖的結(jié)構(gòu)多樣性，特別是發(fā)現(xiàn)了含不飽和殘基的果膠多糖，豐富了植物多糖結(jié)構(gòu)生物學(xué)的理論體系。研究成果連續(xù)刊載在國(guó)際權(quán)威期刊International Journal of Biological Macromolecules (2025,319,145676;2024,269,131761)上，昆明植物研究所博士后吳周維為第一作者，邱明華研究員為通訊作者。這些研究結(jié)果從結(jié)構(gòu)特征到免疫調(diào)節(jié)和腸道菌群調(diào)控功能的系統(tǒng)研究，為瑪咖“增強(qiáng)體質(zhì)”的傳統(tǒng)功能提供了現(xiàn)代科學(xué)依據(jù)，將有助于推動(dòng)瑪咖這一傳奇補(bǔ)品從傳統(tǒng)應(yīng)用向現(xiàn)代健康產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)化。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(Nos:82373762,31872675)的支持。