Carbohydr. Polym.丨昆植所吴明一团队合作揭示云南牛肝菌多糖的结构及其肠道益生元活性与可能机制

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来源：枫林糖网

2026-01-23 09:21:03

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核心提示：本研究从两种食用牛肝菌中分离出结构明确的新型半乳聚糖，发现其能有效调节肠道菌群、促进有益代谢物生成，并初步揭示了其被肠道微生物降解的分子机制。

中国科学院昆明植物研究所植物化学与天然药物全国重点实验室的吴明一研究员团队，面向人民生命健康和地方经济社会发展的重大需求，致力于云南植物和高等真菌等特色生物资源在生命大健康领域的创新利用，开展天然多糖的纯化制备、结构解析、药理活性以及成药性评价等相关基础研究，促进天然糖类新药物的发现与创制。

云南被誉为野生菌王国，其中牛肝菌（Boletus）因其独特的风味和健康益处而深受欢迎，为世界公认的四大名贵食用真菌之一。现代药理研究表明，牛肝菌提取物具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗肿瘤等多种生物活性。目前的研究主要集中于活性的小分子，而对其中富含的大分子多糖结构与功能的研究仍具有较大挑战，亟待深入研究。

近日，该团队与塔里木大学万传星教授团队合作在国际学术期刊Carbohydrate Polymers发表了题为“Structural elucidation and effects on gut microbiota of soluble galactans from edible Boletus”的研究论文，报道了两种具有代表性的食用牛肝菌——茶褐新牛肝菌（Neoboletus brunneissimus）（俗称黑牛肝菌）与玫黄黄肉牛肝菌（Butyriboletus roseoflavus）（俗称红葱菌）中分离纯化出两种新型半乳聚糖（NBP 和 BRP），表征了其精细结构和流变性质等化学特征，并探究了其调节肠道菌群的功能与可能机制，为牛肝菌资源作为调节肠道菌群益生元的开发利用提供了理论参考。

该论文首先展示了2种多糖NBP和BRP的制备流程及其理化性质表征结果（图1）。经由热水提取、乙醇沉淀及DEAE-52纤维素柱层析纯化，获得了两个纯化组分；高效液相色谱分析显示，两者均呈现单一对称的洗脱峰。HPGPC测定结果显示，NBP和BRP的重均分子量（Mw）分别为16.1 kDa和14.2 kDa，而GPC-MALS测定的绝对分子量略低，分别为13.8 kDa和11.6 kDa，表明两者均为低分子量多糖。单糖组成分析结果表明，半乳糖是两种多糖的主要构成单元，其中NBP主要由甘露糖、岩藻糖和半乳糖组成（摩尔比1.0:1.2:3.8），而BRP则包含葡萄糖、甘露糖、岩藻糖和半乳糖（摩尔比1.0:3.1:2.8:14.9）；结合甲基化分析（GC-MS）进一步鉴定了糖残基的连接方式，初步推断两者均具有以→6)-Galp-(1→为主链的结构特征，为其后续的精细结构解析提供了化学基础。

图1. NBP和BRP的提取、纯化和结构表征

采用一维与二维 NMR波谱（图2），进一步解析了NBP 与 BRP 的精细结构（图2）。¹H NMR 显示，两者的异头氢信号主要集中在 δH 5.0–5.2 ppm，表明主体糖苷键以 α-构型为主；BRP 额外在 δH4.53–4.54 ppm 出现信号，对应 β-D-Glcp，提示其侧链组成较 NBP 更为复杂。¹³C NMR 中异头碳分布于 δC 100–105 ppm，与 α-D-Galp、α-D-Manp 和 α-L-Fucp 等残基一致，为后续二维谱归属提供依据。HSQC 谱建立了各残基异头氢–碳的对应关系，使 →6)-α-D-Galp、→2,6)-α-D-Galp 及不同末端糖单元得以区分。HMBC 谱中的长程相关峰进一步明确了糖苷键连接方式：两种多糖中 Gal 的 C6 与相邻 Gal 的 H1 之间存在稳定相关，直接证明主链均为 →6)-α-D-Galp-(1→；同时，→2,6)-α-D-Galp 的 C2 与 Fuc、Man（以及 BRP 中的 Glc）异头氢相关，说明侧链连接于 O-2 位点。NBP 中还观察到 →3)-α-L-Fucp 的特征相关，表明其存在有限的分叉；而 BRP 中 →4)-α-D-Manp 及 β-D-Glcp 参与侧链延伸，使其结构更为复杂（图3）。

图2. NBP和BRP的一维与二维 NMR图谱

图3. 牛肝菌多糖NBP（A）和BRP（B）的推测化学结构

运用流变和TEM实验（图4），比较了 NBP 与 BRP 的流变学行为及微观形貌。时间扫描结果显示，在恒定应变和频率条件下，NBP 的储能模量和损耗模量随时间明显波动并逐渐松弛，提示其内部主要由弱而可逆的分子缠结维系，体系结构稳定性有限；相比之下，BRP 的 G′ 与 G″ 在整个测试过程中保持相对恒定，表明其已形成时间上高度稳定的弹性网络。稳态剪切实验进一步揭示两者均呈现典型的剪切变稀假塑性行为，但 BRP 在中高剪切速率下表现出更高的表观黏度，说明其分子间相互作用在外力作用下仍能部分维持，而 NBP 更易被剪切破坏。频率扫描结果表明，两种多糖体系均表现为弱凝胶特征，即低频区以黏性行为占优，高频区弹性响应增强，但 BRP 的模量水平整体显著高于 NBP，且随频率增长更为陡峭，指示其分子网络更致密、缠结程度更高。TEM 结果从微观层面验证了这一差异：NBP 主要呈现分散的线性或轻度分支链段，网络稀疏；而 BRP 则形成明显的三维缠结与局部加粗结构。

图4. NBP和BRP的流变学表征和TEM照片

肠道菌群培养实验结果表明（图5和图6），NBP与BRP在发酵动力学及菌群调控上的显著差异。BRP相比NBP表现出更快的降解速率和更强的代谢响应，显著提升了短链脂肪酸（尤其是丁酸）的产量。在菌群结构上，BRP具有更强的选择性，特异性富集了 Bacteroides 等降解菌及产丁酸功能菌，而NBP的调节作用相对温和。相关性分析显示，BRP通过定向重塑菌群代谢网络，实现了优势菌群与有益代谢产物的高效耦合，展现出更优的益生元特性。

图5. NBP和BRP体外肠道菌群培养中的微生物群落组成和结构

图6. 多糖对益生菌的促生长作用及其降解

接着论文进一步量化了BRP对肠道代谢微环境的调控（图7）。发酵动力学显示，BRP组显著降低了发酵液pH值，形成有利于益生菌生长的酸性环境。代谢产物分析表明，BRP展现出优于菊粉的产酸潜能，其总短链脂肪酸（尤其是丁酸）和乳酸产量分别为菊粉组的1.68倍和1.77倍。上述结果说明，BRP能通过高效激活微生物代谢通路，显著提升有益代谢产物水平，从而改善肠道微生态平衡。

图7. 半乳聚糖发酵过程中pH、SCFAs和乳酸谱的动态变化

最后，该论文整合宏基因组与分子对接数据（图8），揭示了多糖降解的可能分子机制。研究发现，源自拟杆菌科的糖苷水解酶（GHs）是驱动降解的核心酶系（占比>70%），其中GH2和GH1家族丰度最高。分子模拟进一步证实，多糖特定结构片段能通过密集氢键网络精准适配关键酶（如葡萄糖苷酶）的催化口袋，形成稳定的酶-底物复合物。从而，初步构建了“优势菌群—核心酶系—结构精准识别”的完整降解图景，阐释了牛肝菌多糖被肠道有益菌群高效利用的可能分子机制。