《International Journal of Biological Macromolecules》：Alterations in the structural properties of polysaccharides in garlic yellow seeds before and after germination and their mechanism for alleviating colitis
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大蒜黄色种子发芽前后多糖结构差异及其抗炎机制研究。通过对比发芽前（GP）和发芽后（GSP）大蒜黄色种子多糖的理化特性，发现发芽导致多糖分子链断裂、分子量降低及结晶性改变，同时GSP通过抑制TLR4/NF-κB通路、增强肠道屏障及调节菌群（减少埃希菌-志贺菌、增加拟杆菌）更有效缓解DSS诱导结肠炎，证实发芽过程显著提升多糖生物活性，为农业废弃物高值化利用提供新思路。
李佩华|高雪|穆彦全|高华静|曲青琳|刘家琪|杨帆|李大鹏|谭新同
山东省农业大学食品科学与工程学院，中国山东省食品营养与活性健康工程研究中心，泰安，271018
摘要
蒜黄是从蒜头在黑暗条件下培育出来的，其蒜瓣作为天然种子。本研究探讨了蒜黄萌发前多糖（GP）与萌发后蒜苗多糖（GSP）的结构差异，并评估了它们对DSS诱导的结肠炎小鼠的影响。结果表明，萌发过程导致GP中的糖苷键断裂，生成了链长短且分子量较低的GSP，其结晶度和溶解性也发生了变化。GP和GSP均通过保护肠道屏障、抑制TLR4/MyD88/NF-κB通路以及调节炎症因子来缓解结肠炎。值得注意的是，GSP能够有效提高IL-10水平，并通过减少大肠杆菌和志贺菌、增加阿克曼菌来调节肠道微生物群，从而在抗炎机制上优于GP。总体而言，我们首次评估了萌发对蒜黄种子中多糖功能特性的影响。此外，虽然蒜黄成熟后剩余的种子通常被视为废弃物，但从中提取的多糖在缓解结肠炎方面具有显著效果。
引言
蒜黄是一种在缺乏光照条件下从蒜头中发育出来的幼苗，它利用自身的内源性营养物质。蒜黄属于葱属植物，这类植物含有多种生物活性化合物，包括多糖、含硫化合物、黄酮类及其他生物活性成分，在中国被广泛种植并作为蔬菜食用[1]。尽管蒜多糖的生理活性（如抗氧化、抗菌和免疫调节作用）已得到广泛研究，但萌发过程中发生的结构变化仍不清楚[2],[3]。在大规模种植蒜黄的过程中，种子中的营养物质被消耗以支持幼苗生长，导致收获后产生大量废弃组织[4]。目前，这些废弃组织的主要处理方式是将其用作肥料或饲料，资源利用率较低[5]。此外，这些废弃组织有时被随意丢弃，造成一定程度的环境污染。值得注意的是，蒜黄种子本身是一个能量储存器官。蒜黄种子的萌发可能伴随着内源性物质（如多糖）的动态变化。在蒜黄发育前期，这些物质以能量储备的形式储存在种子中；成熟后，它们可能发生水解等反应，导致结构重组[6]。这种重组可能影响其功能特性和生物活性[7]。目前，关于蒜黄废弃物的高价值利用以及种子萌发前后多糖潜在生物活性的差异研究仍存在不足。因此，全面探讨蒜黄种子中多糖在萌发前后的变化及其对生物活性的影响，不仅有助于提高农业副产品的综合利用率，也为新型功能性成分的开发提供了理论基础。
炎症性肠病（IBD）主要包括克罗恩病和溃疡性结肠炎两种类型，是一种慢性疾病，其特征是结肠黏膜持续发炎，临床表现包括腹痛、腹泻、便血等症状，严重时可能导致肠穿孔等并发症[8],[9],[10]。IBD的发病机制复杂，涉及遗传易感性、免疫失调、肠道微生物群紊乱等多种环境因素的相互作用[11]。目前的治疗方法（如5-氨基水杨酸、糖皮质激素和生物制剂）能有效缓解症状[12],[13]，但长期使用这些药物可能导致耐药性、代谢紊乱和感染风险增加[14]。因此，从天然植物中提取具有抗炎、抗氧化和黏膜修复特性的活性成分成为预防或缓解IBD的重要研究方向[15]。近年来，植物多糖作为一种天然功能性生物分子，因其低毒性、多靶点调节作用和优异的生物相容性，在肠道疾病干预中显示出明显优势[16]。例如，水溶性蒜多糖（WSGP）可通过抑制IL-6、IL-1β、TNF-α等促炎因子并促进短链脂肪酸的产生来缓解结肠炎[17]；口服蒜寡糖/多糖也能有效缓解DSS诱导的结肠炎症状[18]；此外，陈年蒜还能通过调节肠道微生物群平衡来改善结肠炎症状[19]。研究表明，植物多糖可通过多种机制缓解结肠炎，包括增强紧密连接蛋白表达、加强肠道屏障保护、调节TLR4/NF-κB信号通路和恢复肠道微生物群平衡[20],[21]。因此，我们提出萌发过程是否会导致蒜多糖结构重组，以及这些变化是否会影响其抗炎效果，仍是一个值得探讨的问题。
基于上述背景，我们对蒜黄种子中多糖的萌发效应进行了初步研究。本研究以蒜黄种子为研究对象，比较分析了GP和GSP在结构特征和理化性质上的差异，揭示了萌发前后蒜黄种子来源多糖的变化规律。进一步构建了DSS诱导的结肠炎小鼠模型，评估了其对结肠炎症的缓解机制，重点关注组织病理学、肠道屏障功能、炎症因子水平和肠道微生物情况。
材料
蒜黄样本来自中国山东省济南市莱芜区。实验所用C57BL/6小鼠年龄为6至8周，饲养在12小时光暗循环的受控环境中。标准饲料和小鼠均由济南鹏跃实验动物繁殖有限公司提供。硫酸葡聚糖（DSS，分子量范围36–50 kDa）购自MP Biomedicals有限公司。实验中使用的其他化学试剂均符合质量标准。
蒜黄种子中多糖的结构表征
GP和GSP的基本化学组成及其相应的分子量变化见表S2。结果表明，蒜黄种子来源的多糖在萌发后分子量降低。如图1B所示，GP图像中存在大量形状不规则的颗粒，部分颗粒具有较大的片状结构且表面较为粗糙；而GSP中的颗粒形状较为规则。
讨论
本研究从萌发前后蒜黄种子中提取多糖，并比较了它们的结构变化。结果显示，蒜黄种子中的多糖在萌发过程中发生糖苷键断裂和分子链缩短，形成了可溶性的低分子量多糖，这不仅改变了单糖组成和整体结构，还引发了其他变化。
结论
本研究从萌发前后蒜黄种子中提取多糖，并分析了这些多糖的结构变化，以评估其对DSS诱导的结肠炎的影响。结果表明，萌发后多糖的分子量降低，可能是由于酶解作用。结构变化（如糖苷键断裂）导致形成了可溶性的低分子量多糖，从而影响了它们的生物活性。
作者贡献声明
李佩华：撰写初稿、验证、方法学设计、实验实施、数据分析、概念构思。高雪：方法学设计、概念构思。穆彦全：数据可视化、方法学分析。高华静：数据验证、数据分析。曲青琳：数据验证、数据分析。刘家琪：资源获取、实验实施。杨帆：资源获取、实验实施。李大鹏：项目监督、项目管理、概念构思。谭新同：撰写修订、项目监督、资源协调。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32001793）、山东省自然科学基金（项目编号：ZR2020QC238）和中国博士后科学基金（项目编号：2021M691972）的支持。
