文章题目：Gut-protective efficacy of red algal galactans: The role of structure and molecular weight

发表期刊：Carbohydrate Polymers

影响因子：13.2（2026）

通讯单位：爱沙尼亚塔林大学；韩国庆熙大学

        红藻半乳聚糖是海洋多糖中应用最广泛的一类，包括琼胶糖（agaran）和卡拉胶（carrageenan）两大体系。它们由3-连接的β-D-半乳糖与4-连接的3,6-内醚-α-半乳糖交替构成，但4-连接残基的D/L构型、硫酸基取代位置与甲氧基化程度不同，造就了两类多糖截然不同的流变学行为。海萝聚糖（Funoran）来自海萝属（Gloiopeltis），以G6S–LA二糖单元和高甲氧基化程度为特征；叉红藻胶（furcellaran）来自帚叉藻（Furcellaria lumbricalis），具有κ-/β-卡拉胶杂合骨架。二者都是食品工业中重要的增稠、稳定和凝胶剂，但结构差异如何影响其肠道生物活性，一直缺乏系统研究。

        炎症性肠病以肠上皮屏障破坏、免疫信号失调和肠道菌群紊乱为核心特征。膳食多糖可通过增强紧密连接、抑制促炎因子、促进短链脂肪酸（SCFA）产生菌增殖等途径参与肠道稳态调控，但天然高分子量半乳聚糖难以被宿主直接吸收，其功效高度依赖肠道微生物的降解能力；而过度降解又可能带来屏障通透性升高等风险。因此，“什么样的结构、多大的分子量最有利于肠道健康”成为海洋多糖功能食品开发的关键问题。作者从上述两种红藻中提取funoran和furcellaran，通过控制自水解制备不同分子量片段，并将化学结构、流变学性质与Caco-2细胞屏障模型、DSS结肠炎小鼠模型及肠道菌群分析相结合，系统揭示了结构特征与分子量对肠道保护活性的调控规律。

        首先，研究者采用95 ℃热水提取、乙醇或盐-乙醇沉淀的方法，分别从Gloiopeltis furcata和Furcellaria lumbricalis中获得funoran（Fun）和furcellaran（Fur）。成分分析显示，Fun的硫酸基含量为22.7%，高于Fur的17.4%，且二者取代位置不同—Fun主要位于C-6，Fur主要位于C-4；单糖组成上两者均以半乳糖和3,6-内醚半乳糖为主，摩尔比接近1:1，Fun中还额外检出6-O-甲基半乳糖和2-O-甲基-3,6-内醚半乳糖。如图1A所示，Fun和Fur的重均分子量分别高达3955 kDa和2966 kDa，远高于市售同类产品；经Amberlite IR120酸化至pH 2、60 ℃处理2 h进行控制自水解后，分子量降至130、99、19、10、5、2 kDa等一系列片段，且离子色谱与NMR均证实水解过程中硫酸基没有明显脱落。如图1B所示，原生Fur的多分散性指数高于Fun，反映其κ-/β-杂合骨架带来的组成异质性，而水解后两者的分散度变化方向相反，提示二者经历了不同的断裂模式。

图1 原生与部分水解半乳聚糖的分子量分布特征

        接着，研究者利用核磁共振对两种多糖的一级结构进行了解析。如图2A的¹H NMR谱所示，Fur中可见β-D-半乳糖-4-硫酸酯（G4S）和3,6-内醚-α-D-半乳糖（DA）的特征质子信号，证实其具有κ-/β-卡拉胶杂合骨架，并检出少量γ-卡拉胶前体单元；Fun则呈现琼胶糖型结构的典型信号，包括β-D-半乳糖-6-硫酸酯（G6S）、3,6-内醚-α-L-半乳糖（LA）以及G6M、LA2M等甲氧基化衍生物。如图2B的¹³C NMR谱所示，两种多糖的异头碳区域和硫酸基取代碳的化学位移差异进一步印证了上述结构归属；部分水解后，主要内部二糖单元的信号保持不变，仅出现还原端和非还原端的新信号，说明控制水解只切断糖苷键、不破坏硫酸化主链。

图2 原生及部分水解半乳聚糖的核磁共振谱图

        随后，研究者通过HSQC二维谱对水解产物的精细结构进行了确认。如图3A所示，部分水解funoran（FunH）的谱图中交替的1→3 β-和1→4 α-糖苷键相关峰清晰可见，G6S与LA单元的硫酸基取代位移明确，G6M和LA2M的甲氧基信号集中出现在3.40~3.51 ppm区域；如图3B所示，部分水解furcellaran（FurH）则保留了G4S与DA的特征相关峰，并可见γ-卡拉胶前体单元的弱信号。5.01~5.02 ppm附近的信号归属于3,6-内醚半乳糖还原端的α-糖苷质子，与卡拉二糖和琼胶二糖片段的报道一致；整个水解过程中未检测到硫酸基丢失的信号，从分子水平印证了产物的结构稳定性。

图3 部分水解半乳聚糖的HSQC二维谱

        在体外益生元评价中，水解后的低分子量片段表现出更强的菌群调节潜力。如图4A所示，FunH和FurH促进益生菌Lactiplantibacillus plantarum增殖的效果优于原生高分子量样品，其中FurH比FunH高出约14%，可能与Fur中3,6-内醚半乳糖为D-构型、更易被乳酸菌代谢有关。如图4B所示，对条件致病菌Enterococcus faecium，原生高分子量样品的抑制作用反而更强，推测与其较低的可及性和发酵性有关。所有样品均未下调Caco-2细胞紧密连接蛋白表达，说明在调节菌群的同时不会损害上皮屏障。

图4 半乳聚糖对益生菌与肠道致病菌生长的差异化影响

        随后，研究者利用Caco-2细胞评价了四类多糖的细胞相容性。如图5A~5D所示，在低浓度范围内，Fun、FunH、Fur、FurH均未表现出细胞毒性；在较高浓度下，各组细胞活力反而提升至约130%，其中Fun和FunH略高于Fur和FurH，而低浓度区间与对照无显著差异。如图5E的活死荧光染色所示，各组均未见明显死细胞，进一步确认了良好的细胞相容性，也为后续功能实验的浓度选择提供了依据。

图5 半乳聚糖对Caco-2细胞活力的影响

        在氧化损伤模型中，研究者进一步评价了细胞保护作用。如图6A、6B所示，ATR-FTIR光谱和形态学观察显示，多糖处理未引起细胞大分子谱和形态的明显异常，说明其保护作用并非通过改变细胞基本结构实现。如图6C~6G所示，正常培养条件下Fun和FunH可使细胞内ROS分别降低约18%和12%，Fur与FurH则与对照组相当，而DSS在最高浓度下仅引起约12%的ROS升高。如图6H~6L所示，在1 mM H₂O₂诱导损伤后，四类多糖均能显著降低LDH释放，且未观察到明显的分子量或剂量依赖差异，DSS处理组的LDH水平约为多糖组的1.5倍。如图6M–6Q所示，细胞存活率结果与LDH释放一致，进一步证实了半乳聚糖对H₂O₂诱导细胞毒性的保护作用。

图6 半乳聚糖对Caco-2细胞氧化损伤的保护作用

        随后，研究者采用DSS诱导的急性溃疡性结肠炎小鼠模型评价体内保护效果。如图7A的实验设计所示，小鼠在造模期间接受原生及水解半乳聚糖灌胃。如图7B、7C所示，DSS组出现明显的体重下降和疾病活动指数升高，各多糖干预组均显著缓解；如图7F、7G所示，DSS组结肠明显缩短，而FunH组结肠长度由约4.4 cm恢复至约5.6 cm；如图7H、7I所示，DSS引起的脾脏肿大和脾指数升高也在多糖干预后明显回落。如图7D、7E所示，肝、肾指数在各组间无显著差异，说明多糖未引起肝肾毒性，其作用主要局限于肠道和免疫系统。

图7 半乳聚糖缓解DSS小鼠结肠炎相关病理症状

        炎症指标方面，DSS组结肠组织呈现典型的促炎状态。如图8A~8C所示，TNF-α、IL-1β和IL-6水平显著升高，半乳聚糖干预后三者均明显下降；如图8D所示，抗炎因子IL-10在DSS组降低，各多糖组则得到不同程度恢复，整体向抗炎型细胞因子谱转变；如图8E、8F所示，Th1相关的IL-12和IFN-γ同样在DSS刺激后升高，并被半乳聚糖显著抑制。如图8G所示，髓过氧化物酶（MPO）活性在DSS组大幅升高，其中FurH的抑制效果尤为明显，提示其能更有效地减少中性粒细胞浸润和氧化损伤。

图8 半乳聚糖重塑DSS小鼠结肠细胞因子谱并抑制中性粒细胞浸润

        肠道屏障方面，DSS造成紧密连接和黏膜屏障的双重损伤。如图9A–9C所示，DSS显著降低ZO-1、occludin和claudin-1的mRNA表达；如图9D–9G的蛋白定量与Western blot所示，三种紧密连接蛋白水平同样明显下降，而半乳聚糖干预后均得到恢复，FunH和FurH在ZO-1恢复上更具优势，原生Fun和Fur则保留了较高的occludin水平。如图9H–9K的组织病理与PAS–Alcian Blue染色所示，DSS引起上皮糜烂、隐窝结构紊乱、炎性细胞浸润以及杯状细胞和黏蛋白丢失，半乳聚糖处理后结肠结构、杯状细胞密度和黏蛋白分泌均得到部分修复；其中原生高分子量样品在保留黏蛋白方面优于水解片段，可能与其更高的黏度和持水能力有关，体现出“高分子量护黏膜、低分子量利菌群”的互补格局。

图9 半乳聚糖修复DSS小鼠肠道屏障与黏膜结构

        总之，本研究以funoran和furcellaran为模型，系统阐明了红藻半乳聚糖“结构—流变—肠道生物活性”的构效关系。两种多糖虽同属红藻半乳聚糖，却因硫酸化模式、甲氧基化程度和3,6-内醚半乳糖构型不同，在凝胶行为、益生元活性和屏障保护上表现出明显分工：原生高分子量组分黏度高、持水性强，更有利于维持黏膜水合和黏蛋白屏障；控制水解后的低分子量片段则更易被菌群发酵，在促进益生菌增殖、恢复紧密连接和纠正菌群失调方面更具优势。在DSS结肠炎模型中，所有样品均能减轻体重下降、结肠缩短和脾肿大，降低MPO及TNF-α、IL-1β、IL-6水平，恢复IL-10，并通过抑制NF-κB、差异调控ERK1/2–p38通路发挥抗炎与促修复作用。该研究不仅为红藻半乳聚糖的精准分子量设计提供了依据，也证明“原生+适度降解”的组合可能是功能性肠道健康食品更合理的开发策略。

        原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2026.125609

        本文是对《Gut-protective efficacy of red algal galactans: The role of structure and molecular weight》一文的分享，版权和著作权属于杂志社与作者所有，文中内容不代表本公司观点，原文请查看文末链接。    

作者：付钧

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

 如有侵权，请联系删除