FSHW | 在杨梅果实中发现了可改善餐后高血糖的可食用原飞燕草素|原飞燕草素|杨梅|糖苷|花色素|葡萄|高血糖

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Introduction

餐后高血糖会导致胰岛素抵抗、脂质代谢紊乱和氧化应激，是预测或诊断II型糖尿病的主要指标。抑制α-葡萄糖苷酶活性是改善餐后高血糖的有效策略，但临床α-葡萄糖苷酶抑制剂（如阿卡波糖、伏格列波糖和米格列醇）易引发胀气、腹泻等副作用。因此，亟需开发安全有效的新型α-葡萄糖苷酶抑制剂。

近年来，天然产物成为筛选潜在α-葡萄糖苷酶抑制剂的宝库，包括植物多酚、多糖和多肽等。团队前期研究表明，与常见多酚相比，杨梅叶原花色素因其特殊结构而具有更强的α-葡萄糖苷酶抑制活性。另外，酸催化降解杨梅叶原花色素后所合成的原飞燕草素B9没食子酸酯抑酶活性进一步增强，其半抑制浓度为阿卡波糖的千分之一。

研究表明，杨梅果实具有调控血糖作用，其主要活性成分为杨梅素和花色苷。结合前期研究，推断原花色素可能也是杨梅果实调控血糖的活性成分，但未有相关报道。此外，杨梅果实原花色素结构尚不清楚，其与杨梅叶原花色素的结构差异可能导致更强的降糖效果。若该设想被证实，本研究将首次在杨梅果实中发现可调控餐后血糖的原飞燕草素。

因此，本研究从“荸荠”和“东魁”两个品种的杨梅果实中提取并分离纯化得到原花色素，进行结构表征并探究其调控餐后血糖的构效机制。不仅明确了杨梅果实原花色素的分子结构，而且提出了杨梅果实降糖的新证据，为血糖紊乱的食物疗法奠定了基础。

Results and Discussion

杨梅果实原花色素的提取与结构表征

采用70%丙酮（含0.1%抗坏血酸）浸提、HPD-500大孔树脂和葡聚糖凝胶LH-20层析柱分离纯化，得到“荸荠”和“东魁”种杨梅果实原花色素。通过紫外-可见光谱、傅立叶变换红外光谱、酸催化降解、HPLC-QTOF-MS和13C NMR等分析杨梅果实原花色素的结构组成。结果表明，“荸荠”和“东魁”种杨梅果实原花色素是结构类似的原飞燕草素，主要结构单元为EGCG，并含有少量的EGC、ECG和EC。各结构单元间主要通过B型黄烷键相连，同时含有少量A型黄烷键。“荸荠”和“东魁”种杨梅果实原花色素平均聚合度分别为4.25和4.08。然而，杨梅叶原花色素以EGCG和EGC为结构单元，是平均聚合度为6.3的B型原飞燕草素，这与杨梅果实原花色素是截然不同的。

杨梅果实原花色素体外α-葡萄糖苷酶抑制活性

如图2所示，“荸荠”和“东魁”种杨梅果实原飞燕草素剂量依赖型抑制α-葡萄糖苷酶，最大抑制率分别达86.88%和86.74%，半抑制浓度分别为11.91和9.47 μg/mL，均低于已报道的杨梅叶原花色素（IC50＝37.00 μg/mL）。两种原飞燕草素静态猝灭α-葡萄糖苷酶，使其空间构象改变。两者之间通过氢键、疏水作用和范德华力自发作用，且仅存在一个结合位点。同时，两种杨梅果实原飞燕草素也改变了α-葡萄糖苷酶的二级结构，使其结构疏松、活性降低。因此，杨梅果实原飞燕草素是潜在的α-葡萄糖苷酶抑制剂。

图2 “荸荠”种杨梅果实原飞燕草素体外对α-葡萄糖苷酶活性（A）、Lineweaver-Burk双倒数曲线（B）、荧光光谱（C）和圆二色谱（D）的影响

杨梅果实原花色素体内调控餐后血糖活性

利用口服蔗糖耐受实验探究IC50值最低的“东魁”种杨梅果实原飞燕草素对正常ICR小鼠和高脂饮食诱导的Ⅱ型糖尿病小鼠餐后血糖水平的影响。如图3A和B所示，正常ICR小鼠灌胃蔗糖15 min后血糖浓度增加了50.81%，而200或400 mg/kg“东魁”种杨梅果实原飞燕草素干预后仅增加了46.31%和29.16%，之后血糖水平逐渐趋于稳定并在120 min后恢复正常。该原飞燕草素可延缓但不阻碍小肠吸收碳水化合物，避免餐后血糖急剧上升且没有副作用，是潜在的临床α-葡萄糖苷酶抑制剂替代物。如图3C和D所示，400 mg/kg“东魁”种杨梅果实原飞燕草素使高脂饮食诱导的Ⅱ型糖尿病小鼠血糖曲线下面积显著降低29.37%（P＜0.0001），改善了Ⅱ型糖尿病小鼠的糖耐量，是治疗Ⅱ型糖尿病的潜在药物。

图3 “东魁”种杨梅果实原飞燕草素对正常小鼠（A-B）和Ⅱ型糖尿病小鼠（C-D）餐后血糖水平的影响

Conclusion

团队前期研究表明，杨梅叶原花色素具有强于常见多酚的α-葡萄糖苷酶抑制活性，但不可食性限制了其进一步应用。本研究明确了杨梅果实原花色素的分子结构及其调控餐后血糖活性，不仅为杨梅果实降糖活性提供了新证据，也弥补了杨梅叶原花色素的不足。总的来说，“荸荠”和“东魁”种杨梅果实原花色素是结构类似的原飞燕草素，主要结构单元为EGCG，并含有少量的EGC、ECG和EC，平均聚合度分别为4.25和4.08。各结构单元间主要通过B型黄烷键相连，同时含有少量A型黄烷键。两者为α-葡萄糖苷酶非竞争性抑制剂，分别为11.91 μg/mL和9.47 μg/mL，均低于杨梅叶原花色素。正常ICR小鼠和高脂饮食诱导的Ⅱ型糖尿病小鼠口服蔗糖耐受实验表明，“东魁”种杨梅果实原飞燕草素是潜在的α-葡萄糖苷酶抑制剂。

通信作者

陈士国教授博士生导师

浙江大学生物系统工程与食品科学学院食品科学与营养系主任；

2018年度教育部青年长江学者，香江学者，国际食品功能因子大会（ICOFF）青年科学家；

研究方向：糖化学与糖生物学、果蔬副产物可持续加工技术、植物多酚质量控制与功能等。

潘海波研究员硕士生导师

浙江大学农业与生物技术学院茶学系博士；

美国西弗吉尼亚大学，药学院，访问学者；

研究方向：天然产物降脂减肥。

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 (