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浙江省农业科学院张作法副研究员阐明珊瑚状猴头菌杂多糖HCP-2b的结构表征及其通过调节肠道菌群和PI3K/Akt信号通路的降血糖机制

2026-02-10 03:42:06

本研究从珊瑚状猴头菌（Hericium coralloides）子实体中分离、纯化并表征了一种新型多糖 HCP-2b，同时探究了其降血糖潜力及潜在作用机制。通过生物活性导向分离获得的 HCP-2b，是一种分子量为 9.93 kDa 的无定形杂多糖，主链由→2,6)-α-D - 半乳糖 -(1→、→6)-β-D - 葡萄糖 -(1→、→6)-α-D - 半乳糖 -(1→、→3)-β-D - 葡萄糖 -(1→和→3,6)-β-D - 葡萄糖 -(1→组成。体外实验表明，HCP-2b 能显著抑制 α- 葡萄糖苷酶和 α- 淀粉酶活性，延缓葡萄糖扩散；在胰岛素抵抗（IR）HepG2 细胞中，可促进葡萄糖摄取、减轻氧化应激并抑制线粒体通透性转换孔开放。在 2 型糖尿病（T2DM）斑马鱼模型中，HCP-2b 能有效改善高血糖症状。此外，体外粪便发酵实验显示，HCP-2b 可调节肠道菌群组成，选择性富集拟杆菌属（Bacteroides）和副拟杆菌属（Parabacteroides），同时增加丙酸生成。蛋白质印迹分析表明，HCP-2b 可上调 PI3K/Akt 通路中关键蛋白（Akt、磷酸化 Akt、IRS-1、PI3K、GLUT4）的表达；在斑马鱼模型中，PI3K 和 Akt 抑制剂可显著削弱 HCP-2b 的降血糖作用，证实该通路参与其作用过程。上述结果表明，HCP-2b 可能通过调节肠道菌群、促进代谢产物生成及激活 PI3K/Akt 信号通路发挥抗糖尿病作用，是一种具有潜力的 2 型糖尿病管理多功能制剂。

研究背景

2 型糖尿病（T2DM）是一种因胰岛素抵抗或胰岛素分泌不足导致血糖水平异常升高的慢性代谢性疾病，受生活方式和饮食结构变化影响，其全球发病率正以令人担忧的速度攀升。数十年来，噻唑烷二酮类、双胍类等口服降糖药虽广泛应用于临床降糖治疗，但长期使用易产生不良反应，因此亟需开发更安全的替代方案，天然产物成为研发有效抗糖尿病疗法的热门候选。多糖作为植物和蘑菇的主要生物活性成分，凭借其广谱生物活性、低毒性和少副作用的优势受到广泛关注，已有研究证实天然多糖可通过抑制消化酶活性、调节肝脏糖代谢关键酶、保护修复胰岛细胞、提高胰岛素敏感性等多种机制发挥降糖作用。肠道菌群作为人体代谢调节的关键因素，其失衡与肥胖、糖尿病等代谢疾病的发病机制密切相关，而蘑菇多糖能够抑制致病菌、富集有益菌，在营养保健品和功能性食品开发中具有广阔转化潜力。珊瑚状猴头菌作为猴头菌属成员，在东亚饮食和传统医学中应用已超 2000 年，其提取物在抗癌、抗炎、神经保护等方面的功效已得到证实，但针对其多糖类成分的降血糖活性及作用机制尚未明确，这也成为本研究的核心探索方向。

图文赏析

图 1：基于生物活性导向分离的珊瑚状猴头菌活性多糖纯化过程。(A) 粗多糖 HCP 在 DEAE-52 纤维素柱上的洗脱曲线；(B) DEAE-52 纤维素柱分离得到的不同多糖组分对 α- 葡萄糖苷酶的抑制活性；(C) Sephacryl S-400 HR 凝胶过滤柱的洗脱曲线；(D) Sephacryl S-400 HR 柱分离得到的不同多糖组分对 α- 葡萄糖苷酶的抑制活性。

图 2：珊瑚状猴头菌纯化多糖（HCP-2b）的表征。(A) HCP-2b 的紫外 - 可见全波长扫描图；(B) HCP-2b 的扫描电镜图（SEM）；(C) HCP-2b 的 X 射线衍射（XRD）图谱；(D) HCP-2b 的体积排阻色谱 - 多角度激光光散射 - 示差折光检测（SEC-MALLS-RI）图谱。

图 3：珊瑚状猴头菌纯化多糖（HCP-2b）的核磁共振图谱。(A) ¹H NMR 图谱；(B) ¹³C NMR 图谱；(C) ¹H-¹H COSY 图谱；(D) NOESY 图谱；(E) HSQC 图谱；(F) HMBC 图谱。

图 4：HCP-2b 的推测结构。

图 5：珊瑚状猴头菌纯化多糖（HCP-2b）的降血糖活性。(A) HCP-2b 与阿卡波糖对 α- 葡萄糖苷酶的抑制活性；(B) HCP-2b 与阿卡波糖对 α- 淀粉酶的抑制活性；(C) HCP-2b 对葡萄糖扩散的延缓作用；(D) HCP-2b 对 HepG2 细胞活力的影响；(E) HCP-2b 对 HepG2 细胞葡萄糖摄取、活性氧（ROS）水平及线粒体通透性转换孔（mPTP）的荧光成像图；(F) 不同处理组（对照组、模型组、西格列汀组、三种浓度 HCP-2b 组（62.5 μg・mL⁻¹、125 μg・mL⁻¹、250 μg・mL⁻¹））斑马鱼的血糖含量；(G) 不同处理组 Tg (insulin:GFP) 转基因斑马鱼胰腺 β 细胞的荧光成像图；(H) 不同处理组 Tg (insulin:GFP) 转基因斑马鱼胰腺 β 细胞的荧光强度。

图 6：HCP-2b 和低聚果糖（FOS）对体外发酵模型中粪便微生物产生气体及短链脂肪酸（SCFAs）水平的影响。各发酵组气体产生量：(A) 二氧化碳（CO₂）；(B) 氢气（H₂）；(C) 硫化氢（H₂S）；(D) 氨气（NH₃）；(E) 甲烷（CH₄）。各发酵组短链脂肪酸产生量：(F) 丙酸；(G) 异丁酸；(H) 丁酸；(I) 戊酸；(J) 异戊酸；(K) 乙酸。

图 7：发酵后多组粪便微生物组成的比较分析。(A) 粪便微生物的群落组成；(B) 基于 LEfSe 分析（LDA 得分 > 2）鉴定的四组间差异细菌属；(C) 各组发酵后拟杆菌属（Bacteroides）相对丰度的比较分析；(D) 各组发酵后副拟杆菌属（Parabacteroides）相对丰度的比较分析。

图 8：HCP-2b 对胰岛素抵抗 HepG2 细胞蛋白表达、斑马鱼血糖含量及胰腺 β 细胞的影响。(A) 蛋白质印迹（Western blotting）结果显示 HCP-2b 可上调 Akt、IRS-1、PI3K 和 GLUT4 的蛋白表达；(B–F) 地塞米松（DEX）、二甲双胍（MET）和 HCP-2b 处理后 Akt (B)、磷酸化 Akt（P-Akt）(C)、IRS-1 (D)、PI3K (E) 和 GLUT4 (F) 的相对蛋白表达水平；(G) 不同处理组（对照组、模型组、西格列汀组、HCP-2b 组、HCP-2b+PI3K 抑制剂组、HCP-2b+Akt 抑制剂组）斑马鱼的血糖含量；(H) 不同处理组 Tg (insulin:GFP) 转基因斑马鱼胰腺 β 细胞的荧光成像图；(I) 不同处理组 Tg (insulin:GFP) 转基因斑马鱼胰腺 β 细胞的荧光强度。