粒毛盘菌胞外多糖及其衍生物对MS的作用及机理研究

Metabolic syndrome (MS) is caused by several metabolic abnormalities that include central obesity, insulin resistance, dyslipidemia, inflammation and many others. Lachnum extracellular polysaccharide (LEP) is a functional compound produced by Lachnum. Our previous researches showed that LEPs possess significant antidiabetic, lipid lowering, liver protection, immune-regulation and many other functions. We also found that chemical modification like sulfation and carboxymethylation could promote related bio-functions of LEP. Herein, we hypothesize that LEP and its derivatives should have ability to alleviate and revert MS related symptoms. In this research project, LEP will be modified by both chemical and enzymatic method to obtain several LEP derivatives with different chemical structure and conformation. Then, anti-oxidant, anti-inflammation and lipid lowering abilities of LEP and its derivatives will be tested using in vitro methods. LEP derivatives with more potential anti-MS ability will be screened and investigated further on MS model rat. Effects of LEP along with screened derivatives on obesity, insulin resistance, adipose cell cytokines, and signal pathways including LKB1/AMPK、PPAR-γ、PI3K/Akt will be analyzed. Through this research, we will clarify the relation between LEP chemical structure, conformation and its bio-functions, and understand the main working mechanism which will provide scientific support to develop LEP and its derivatives as anti-MS natural products.

代谢综合征（MS）是多种代谢异常聚集的一种复合型疾病，主要症状包括腹部肥胖、胰岛素抵抗、炎症反应等。LEP为一类由粒毛盘菌产生的多糖类活性物质，具有显著的降血糖、降脂利肝等作用，且硫酸酯化、羧甲基化等修饰改性可以显著提高LEP的相关活性。因此我们推测LEP及其衍生物将会对MS产生较好的干预调节作用。本项目拟以LEP为研究对象，首先利用化学法和生物酶法对LEP进行修饰改性以获得化学结构和空间构象不同的LEP衍生物；然后采用体外检测快速筛选抗氧化、抗炎症活性及降脂利肝活性优良的LEP衍生物用于研究其对MS模型大鼠的作用效果；最后观察LEP及其衍生物对腹部肥胖、胰岛素抵抗等典型MS症状以及脂肪细胞因子、LKB1/AMPK、PPAR-γ、PI3K/Akt等胰岛素信号通路关键蛋白表达的影响。通过上述研究有望探明LEP及其衍生物对MS的作用以及主要机理，为利用LEP防治MS提供科学依据。

随着人口老龄化和社会生活习惯的变化，目前人口中肥胖、高血糖、高血脂等代谢综合征（MS）的人口比率逐年增加，而通过活性真菌及其代谢产物进行调节，降低血糖血脂以及相关症状成为一种重要的干预方式。本项目主要针对盘菌属真菌粒毛盘菌在深层发酵条件下产生的胞外多糖进行生物活性调查，重点调查其化学结构和降血糖降血脂活性和可能的作用机理，同时在前期研究基础上，还对同属盘菌属的可食用真菌Morchella esculenta的胞外多糖进行了结构解析和体外生物活性研究。结果显示粒毛盘菌胞外多糖是一种甘露聚糖，并有部分分枝，分子量为3.64×104 Da，主要由α 1-3 糖苷键连接而成。胞外多糖可以显著降低模型鼠空腹血糖浓度，表现出显著的降血糖和降血脂活性。对主要的糖代谢信号通路进行WB分析，结果表明胞外多糖可以显著上调肝脏内GK和AMPK信号通路主要蛋白表达量，说明胞外多糖可以通过影响肝脏表面葡萄糖转运蛋白和肝脏内AMPK途径发挥其降血糖和降血脂活性。粒毛盘菌胞外多糖和黑色素还具有显著的肿瘤抑制作用，粒毛盘菌胞外多糖可以显著的抑制体外培养环境中SGC7901, SMMC-7721和 Hela等癌细胞的生长，胞外多糖与环磷酰胺可以协同抑制肿瘤生长，显著降低实体瘤的重量和体积，其抗肿瘤机理涉及到Fas/FasL信号通路和线粒体凋亡途径。而粒毛盘菌黑色素可以提高小鼠免疫力，刺激免疫细胞分泌炎症因子等途径抑制肿瘤组织的生长。我们还对同属盘菌属的Morchella esculenta胞外多糖进行了系统调查。Morchella esculenta胞外多糖主要由3种多糖构成，其中MEP-2所占比例最大，分子量为 1.406×106 Da, 胞外多糖是一种主要由葡萄糖和甘露糖作为单糖成分构成葡聚甘露糖，不存在螺旋空间结构。模拟消化结果显示，胞外多糖在胃液中发生断裂降解，产生4个多糖片段，在小肠中不发生进一步的降解。而SEM说明胞外多糖在经过模拟消化后表观形态发生显著改变。该胞外多糖具有显著的抗氧化和免疫激活活性。上述研究为提高盘菌属相关真菌资源物质的利用提供了重要的科学依据，为代谢综合征的预防和干预治疗提供了重要支持。