FSHW | 在楊梅果實中發現了可改善餐后高血糖的可食用原飛燕草素

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Introduction

餐后高血糖會導致胰島素抵抗、脂質代謝紊亂和氧化應激，是預測或診斷II型糖尿病的主要指標。抑制α-葡萄糖苷酶活性是改善餐后高血糖的有效策略，但臨床α-葡萄糖苷酶抑制劑（如阿卡波糖、伏格列波糖和米格列醇）易引發脹氣、腹瀉等副作用。因此，亟需開發安全有效的新型α-葡萄糖苷酶抑制劑。

近年來，天然產物成為篩選潛在α-葡萄糖苷酶抑制劑的寶庫，包括植物多酚、多糖和多肽等。團隊前期研究表明，與常見多酚相比，楊梅葉原花色素因其特殊結構而具有更強的α-葡萄糖苷酶抑制活性。另外，酸催化降解楊梅葉原花色素后所合成的原飛燕草素B9沒食子酸酯抑酶活性進一步增強，其半抑制濃度為阿卡波糖的千分之一。

研究表明，楊梅果實具有調控血糖作用，其主要活性成分為楊梅素和花色苷。結合前期研究，推斷原花色素可能也是楊梅果實調控血糖的活性成分，但未有相關報道。此外，楊梅果實原花色素結構尚不清楚，其與楊梅葉原花色素的結構差異可能導致更強的降糖效果。若該設想被證實，本研究將首次在楊梅果實中發現可調控餐后血糖的原飛燕草素。

因此，本研究從“荸薺”和“東魁”兩個品種的楊梅果實中提取并分離純化得到原花色素，進行結構表征并探究其調控餐后血糖的構效機制。不僅明確了楊梅果實原花色素的分子結構，而且提出了楊梅果實降糖的新證據，為血糖紊亂的食物療法奠定了基礎。

Results and Discussion

楊梅果實原花色素的提取與結構表征

采用70%丙酮（含0.1%抗壞血酸）浸提、HPD-500大孔樹脂和葡聚糖凝膠LH-20層析柱分離純化，得到“荸薺”和“東魁”種楊梅果實原花色素。通過紫外-可見光譜、傅立葉變換紅外光譜、酸催化降解、HPLC-QTOF-MS和13C NMR等分析楊梅果實原花色素的結構組成。結果表明，“荸薺”和“東魁”種楊梅果實原花色素是結構類似的原飛燕草素，主要結構單元為EGCG，并含有少量的EGC、ECG和EC。各結構單元間主要通過B型黃烷鍵相連，同時含有少量A型黃烷鍵。“荸薺”和“東魁”種楊梅果實原花色素平均聚合度分別為4.25和4.08。然而，楊梅葉原花色素以EGCG和EGC為結構單元，是平均聚合度為6.3的B型原飛燕草素，這與楊梅果實原花色素是截然不同的。

圖1 “荸薺”種楊梅果實原花色素結構表征

楊梅果實原花色素體外α-葡萄糖苷酶抑制活性

如圖2所示，“荸薺”和“東魁”種楊梅果實原飛燕草素劑量依賴型抑制α-葡萄糖苷酶，最大抑制率分別達86.88%和86.74%，半抑制濃度分別為11.91和9.47 μg/mL，均低于已報道的楊梅葉原花色素（IC50＝37.00 μg/mL）。兩種原飛燕草素靜態猝滅α-葡萄糖苷酶，使其空間構象改變。兩者之間通過氫鍵、疏水作用和范德華力自發作用，且僅存在一個結合位點。同時，兩種楊梅果實原飛燕草素也改變了α-葡萄糖苷酶的二級結構，使其結構疏松、活性降低。因此，楊梅果實原飛燕草素是潛在的α-葡萄糖苷酶抑制劑。

圖2 “荸薺”種楊梅果實原飛燕草素體外對α-葡萄糖苷酶活性（A）、Lineweaver-Burk雙倒數曲線（B）、熒光光譜（C）和圓二色譜（D）的影響

楊梅果實原花色素體內調控餐后血糖活性

利用口服蔗糖耐受實驗探究IC50值最低的“東魁”種楊梅果實原飛燕草素對正常ICR小鼠和高脂飲食誘導的Ⅱ型糖尿病小鼠餐后血糖水平的影響。如圖3A和B所示，正常ICR小鼠灌胃蔗糖15 min后血糖濃度增加了50.81%，而200或400 mg/kg“東魁”種楊梅果實原飛燕草素干預后僅增加了46.31%和29.16%，之后血糖水平逐漸趨于穩定并在120 min后恢復正常。該原飛燕草素可延緩但不阻礙小腸吸收碳水化合物，避免餐后血糖急劇上升且沒有副作用，是潛在的臨床α-葡萄糖苷酶抑制劑替代物。如圖3C和D所示，400 mg/kg“東魁”種楊梅果實原飛燕草素使高脂飲食誘導的Ⅱ型糖尿病小鼠血糖曲線下面積顯著降低29.37%（P＜0.0001），改善了Ⅱ型糖尿病小鼠的糖耐量，是治療Ⅱ型糖尿病的潛在藥物。

圖3 “東魁”種楊梅果實原飛燕草素對正常小鼠（A-B）和Ⅱ型糖尿病小鼠（C-D）餐后血糖水平的影響

Conclusion

團隊前期研究表明，楊梅葉原花色素具有強于常見多酚的α-葡萄糖苷酶抑制活性，但不可食性限制了其進一步應用。本研究明確了楊梅果實原花色素的分子結構及其調控餐后血糖活性，不僅為楊梅果實降糖活性提供了新證據，也彌補了楊梅葉原花色素的不足。總的來說，“荸薺”和“東魁”種楊梅果實原花色素是結構類似的原飛燕草素，主要結構單元為EGCG，并含有少量的EGC、ECG和EC，平均聚合度分別為4.25和4.08。各結構單元間主要通過B型黃烷鍵相連，同時含有少量A型黃烷鍵。兩者為α-葡萄糖苷酶非競爭性抑制劑，分別為11.91 μg/mL和9.47 μg/mL，均低于楊梅葉原花色素。正常ICR小鼠和高脂飲食誘導的Ⅱ型糖尿病小鼠口服蔗糖耐受實驗表明，“東魁”種楊梅果實原飛燕草素是潛在的α-葡萄糖苷酶抑制劑。

通信作者

陳士國教授 博士生導師

浙江大學生物系統工程與食品科學學院食品科學與營養系主任；

2018年度教育部青年長江學者，香江學者，國際食品功能因子大會（ICOFF）青年科學家；

研究方向：糖化學與糖生物學、果蔬副產物可持續加工技術、植物多酚質量控制與功能等。

潘海波研究員 碩士生導師

浙江大學農業與生物技術學院茶學系博士；

美國西弗吉尼亞大學，藥學院，訪問學者；

研究方向：天然產物降脂減肥。

Edible prodelphinidins that improve postprandial hyperglycemia were discovered in Chinese bayberry (Myrica rubra Sieb. et Zucc.) fruits

Yi Wanga, Laiming Zhanga, Jiaxiong Wua, Chengxiao Yua, Xingqian Yea,b,c, Haibo Pana,d,*, Shiguo Chena,b,c,d,*

a College of Biosystems Engineering and Food Science, National-Local Joint Engineering Laboratory of Intelligent Food Technology and Equipment, Zhejiang Key Laboratory for Agro-food Processing, Integrated Research Base of Southern Fruit and Vegetable Preservation Technology, Zhejiang International Scientific and Technological Cooperation Base of Health Food Manufacturing and Quality Control, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China

b Ningbo Research Institute, Zhejiang University, Ningbo 315100, China

c Zhejiang University Zhongyuan Institute, Zhengzhou 450000, China

d Innovation Center of Yangtze River Delta, Zhejiang University, Jiaxing 314102, China

*Corresponding author.

Abstract

Plant polyphenols are potential substitutes for clinical α-glucosidase inhibitors. Our previous studies indicated that prodelphinidins from Chinese bayberry leaves (BLPs) have stronger α-glucosidase inhibitory activity than other common polyphenols, but they have no safe history of consumption. There is a reasonable prospect that prodelphinidins from Chinese bayberry fruits (BFPs) can improve postprandial hyperglycemia, though known active components are only myricetin and cyanidin-3-O-glucoside. Hence, the aim of this study was to analyze structure and hypoglycemic effect of BFPs of “Biqi” (BQPs) and “Dongkui” (DKPs) cultivars, and compare their difference with BLPs. The contents of BQPs and DKPs were (221.73 ± 0.60) and (136.82 ± 4.33) mg epicatechin (EC) equivalents/g dry weight, respectively. The most subunits were epigallocatechin gallate along with a small amount of epigallocatechin, epicatechin gallate and EC connected by B-type linkages and a small portion of A-type linkages with mean polymerization degree of 4.25 and 4.08, respectively. Importantly, BQPs and DKPs were α-glucosidase inhibitors with half inhibitory concentration of 11.91 and 9.47 μg/mL respectively, which were significantly stronger than BLPs. DKPs could also improve postprandial hyperglycemia of normal mice and high fat diet-induced type Ⅱ diabetic mice. Therefore, edible prodelphinidins, which have stronger hypoglycemic effect than BLPs, were first found in Chinese bayberry fruits.

Reference:

WANG Y, ZHANG L M, WU J X, et al. Edible prodelphinidins that improve postprandial hyperglycemia were discovered in Chinese bayberry (

Myrica rubra

編譯內容由作者提供

編輯：梁安琪；責任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲創意