苦瓜抗氧化多糖调控血糖及其构效关系研究

The relationship between structrue and activity of polysaccharide refers to the primary structure and senior structure of polysaccharides which affecting its biological activity. In mordern time , it is the focus problem of chemistry and glycobiology . The structure of the polysaccharide decides their biological activity. Studing on structure-activity relationship will provide theoretical guidance for polysaccharide drug screening and molecular modification.The project of our research will apply the supercritical extraction technology to eztract Momordica charantia polysaccharide. To study the antihyperglycemic effect of polysaccharides form Momordica charantia through tetraoxyprimidine induced diabetic mice and activities analysis of key enzyme from glycometabolism. The primary structure and advanced structure are detected by using physical , chemical and biological macromolecules separation method such as HPLC, Smtih degradation , NMR and AFC. Being modified by sulfuric esterification and metal complex with Fe3+, a significant blood glucose control difference will be compared between natural polysaccharides and modified polysaccharides. It will be academically and praticably important for revealing relationship between structure and bioactivity of Momordica charanti , then promoting health of human being.

多糖的构效关系是指多糖的一级结构和高级结构与其生物活性之间的关系，是当今糖化学和糖生物学共同关注的焦点问题。多糖的结构是决定其生物活性的最主要因素，而构效关系的研究将为多糖的目的性筛选和分子修饰提供理论指导。本项目以苦瓜为试验材料，将超临界萃取技术引入苦瓜多糖提取方法。通过饲喂糖尿病模型小鼠对及糖代谢关键酶活性的影响评价苦瓜抗氧化多糖的降血糖效应；利用HPLC、Smtih降解及NMR、AFC等物理和化学及生物大分子分离方法分析多糖一级及高级结构，并利用硫酸酯化、金属络合等化学修饰对多糖功能侧链基团及高级结构进行分子改性及变性，比较天然苦瓜多糖与修饰后苦瓜多糖在动物体内和分子水平上降糖效果的差异。本项目旨在对苦瓜多糖分子修饰及解析苦瓜多糖结构的基础上探讨其结构与调控血糖之间的构效关系，以期为多糖的合理应用和研究提供科学依据,对充分利用苦瓜资源和促进人类健康具有重要的学术意义和应用价值。

本项目以苦瓜为实验材料，利用双酶法、纳米球磨及超临界萃取对抗氧化苦瓜多糖提取工艺进行优化，利用四氧嘧啶构建糖尿病模型小鼠探究苦瓜多糖抗氧化活性与降血糖活性的相关性及量效关系；通过离子交换、质谱及凝胶渗透层析分离鉴定具有降血糖活性的苦瓜多糖分子量为1~4万道尔顿；通过GC-MS、NMR等解析多糖主链为β1→4连接的阿拉伯半乳聚糖；利用金属络合及羧甲基化等化学修饰对多糖功能侧链基团及进行分子改性，选取3T3-L1前脂肪细采用胞激素诱导分化，并建立胰岛素抵抗（IR）细胞模型，比较其降血糖活性差异。在此基础上，利用RNA-eq转录组测序技术从分子水平研究苦瓜多糖调控血糖的分子机制及作用靶点。研究显示，苦瓜多糖主要是通过上调糖酵解和三羧酸循环（TCA）中关键酶的基因，下调糖原降解中酶的基因表达，来促进糖酵解，加速糖酵解产物参与三羧酸循环过程，抑制糖原降解，减少葡萄糖的生成；并调控脂质的利用和去向来调控血脂的水平，改善糖尿病机体脂质代谢紊乱的症状；通过上调胰岛素受体（INR），葡萄糖转运蛋白（GLUT），磷酸肌醇激酶和NADP来激活PI3K/AKT信号通路增强对葡萄糖的转运和利用，减少多余葡萄糖的储存；同时上调表皮生长因子，启动信号级联反应，促进细胞内Ca2+浓度上升，增加糖酵解的进行；增强机体免疫应答，降低机体氧化损伤等途径共同调控二型糖尿病大鼠降低血糖。.苦瓜多糖通过抑制己糖激酶（GK）、磷酸丙酮酸激酶（PK）、磷酸果糖激酶（pfkl）、糖原磷酸化酶（Pygl）、糖原合酶激酶-3（Gsk-3）、糖原脱枝酶（Agl）和乳酸脱氢酶（LDHA）基因的表达，增加磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PEPCK）、葡萄糖-6-磷酸酶（G6pc）、糖原合酶（Gys）、葡萄糖运载体（Glut2）、胰岛素受体（Insr）和腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）基因大表达来促进小鼠肝脏中肝糖原的合成、抑制肝糖原的分解以及促进戊糖磷酸途径，进而调控Ⅰ糖尿病小鼠的血糖；本研究为多糖的合理应用和研究提供科学依据,对充分利用苦瓜资源的和促进人类健康具有重要的学术意义和应用价值。