《食品科学》：四川师范大学马丹炜教授等：西南手参醇提物通过抗氧化途径延缓秀丽隐杆线虫衰老的机制|介导|秀丽隐杆线虫|线粒体|细胞|蛋白|食品科学

兰科手参属（Gymnadenia）植物的块茎因形态酷似手掌而得名，是传统药食同源资源，常被作为药膳食材用于泡酒、煲汤等。其不仅营养丰富、口味鲜美，还具有润肺止咳、安神增智、增强体质等功效。手参属的西南手参（Gymnadenia orchidis Lindl.）为多年生草本植物，产于我国陕西、甘肃、青海、湖北、四川、云南、西藏等地，分布于海拔2 800～4 100 m的山坡林、灌丛和高山草地中。四川省九龙县地处攀西平原与青藏高原的过渡地带，本课题组野外调查发现，西南手参在该县北部海拔3 310～4 260 m的高寒灌丛草甸、针叶林等高海拔生境中分布广泛，药材蕴藏量较大，当地居民常将其块茎作为特色药膳食材，具有明确的食用传统和应用基础。随着全球人口老龄化进程的加速，延缓衰老及降低衰老相关疾病风险已成为食品科学领域的重要研究方向。天然食源性活性物质凭借多靶点调控、低毒副作用等优势，在抗衰老功能食品开发中展现出巨大潜力，而阐明其功效物质基础与作用机制是实现产业化的核心前提。目前，针对西南手参生物活性的研究尚不充分。郑振兴等曾报道西南手参醇提物中含有抗氧化物质天麻素（Gas），提示其可能具备抗氧化与抗衰老潜力，但具体效应及机制有待明确。因此，西南手参醇提物（GoAE）可能通过其含有的Gas在缓解衰老方面发挥作用。

秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）因生命周期短、与人类基因同源性高达65%以上，且衰老相关表型（如寿命、运动能力、摄食功能等）易于观察和量化，同时与衰老相关的信号通路在进化上非常保守，已成为评价食品功能因子抗衰老活性的评估模型。氧化应激是驱动衰老进程的核心环节，过量的活性氧（ROS）会直接攻击生物体内的脂质、核酸和蛋白质等大分子物质，造成氧化损伤并加速秀丽隐杆线虫的衰老进程，缩短其寿命。线粒体是细胞内ROS的主要产生场所，也是ROS攻击的首要靶点，其结构完整性与功能稳定性的异常被普遍认为是衰老的关键反映标志和潜在驱动因素。目前已有研究报道，多种天然活性成分可通过调节相关信号通路发挥抗衰老作用。张进等研究发现，人参皂苷Rg1可能通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）和雷帕霉素机制靶蛋白信号通路，抑制D-半乳糖诱导的脑衰老进程，从而起到延缓衰老作用。吴晶魁等研究证实，三七皂苷R1可激活核因子E2相关因子2和血红素加氧酶-1信号通路，进而上调肾病小鼠的超氧化物歧化酶（SOD）活性并降低丙二醛（MDA）含量，表明其通过抗氧化活性有效改善了肾功能。Feng Shiling等研究证实，三七均一多糖MRP5可显著延长秀丽隐杆线虫寿命。该组分通过清除ROS、降低MDA含量并增强抗氧化酶活性，有效缓解了机体的氧化损伤。尽管本课题组前期研究已发现GoAE具有显著的抗氧化与抗肿瘤活性，但其是否具备抗衰老作用，特别是其是否通过抗氧化与线粒体保护机制介导，目前尚缺乏系统研究。

因此，四川师范大学生命科学学院的陈周雯、任雨敏和马丹炜*等人以四川省九龙县高海拔地区特产的西南手参块茎为原料制备GoAE，首先系统评价GoAE对线虫寿命、运动能力、摄食行为及抗氧化能力的影响；进而通过构建鱼藤酮（RO）诱导的线粒体损伤模型，从分子（异常形成蛋白16（DAF-16）/SOD-3信号通路）、细胞（线粒体功能）及超微结构（线粒体形态）多个层面，深入解析GoAE通过调控线粒体稳态发挥延缓衰老作用的分子机制，旨在为九龙县西南手参这一青藏高原特色药食资源的功能食品开发提供科学理论依据，同时为天然抗衰老活性物质的筛选与机制研究提供参考。

1 GoAE和Gas抗衰老活性分析

GoAE和Gas均有延长线虫寿命的作用（图1）。与对照组相比，较高质量浓度（1.0 mg/mL和2.0 mg/mL）的GoAE可显著延长N2线虫寿命，且效果呈浓度依赖性（图1A）；Gas处理也延长了线虫寿命，但最高处理质量浓度（50.0 μg/mL）仅使平均寿命延长13.02%，显著低于对应的GoAE处理组，其抗衰老活性弱于GoAE（图1B）。

氧化应激实验进一步显示，2.0 mg/mL GoAE与50.0 μg/mL Gas分别将氧化损伤线虫的最长寿命由8 h延长至19 h和11 h，平均寿命分别延长132.76%与37.52%（P＜0.05），表明Gas的抗氧化应激能力亦弱于GoAE（图2）。

由图3可知，GoAE和Gas均有利于提升线虫的咽泵频率、运动能力和生长发育状态，且GoAE的效果优于Gas。与对照组相比，2.0 mg/mL GoAE和50.0 μg/mL Gas处理4 d后，N2线虫的咽泵频率分别增加了23.61%和12.6%（图3A、E），摆动频率分别增加了2.38%和19.84%（图3B、F），GoAE处理组的体长和体宽分别增加12.81%和8.89%（图3C、D），Gas处理组的体长增加了8.75%，但体宽变化不显著（图3G、H）。两个处理组的每天产卵量（图4A、C）和总产卵量（图4B、D）均无显著变化。综上，GoAE和Gas均具有抗衰老活性，其中GoAE在延长寿命、抗氧化应激及改善线虫生理功能方面均优于Gas。推测其原因是GoAE的多成分协同作用。后续实验仅以GoAE为研究对象进行分析。

2 GoAE对线虫氧化应激的缓解效应

与对照组相比，20 μmol/L RO处理显著提高了氧化应激水平，使ROS含量上升89.67%（P＜0.05）（图5），脂质过氧化产物MDA含量从1.74 nmol/mg增至4.48 nmol/mg（P＜0.05）（图6）；SOD活力和CAT活力分别下降了14.37%和81.1%（P＜0.05）（图7）。转基因线虫CF1553的SOD-3蛋白表达量和转基因线虫CL2070的HSP-16.2蛋白表达量分别下降了17.07%和19.71%（图8、9）。进一步研究发现，RO显著抑制了daf-16及其下游相关抗氧化基因的表达，daf-16、sod-1、sod-3和ctl-1分别下调了50.86%、21.82%、14.2%和76.75%（图10）。由于DAF-16/叉头框蛋白O（forkhead box O，FOXO）是调控抗氧化防御的上游枢纽，其表达受抑制可直接导致下游靶基因转录水平减少，从而系统性地削弱抗氧化能力。结果表明，RO可能通过干扰DAF-16/FOXO信号通路削弱线虫的抗氧化防御能力，进而加剧氧化应激损伤。

与RO组相比，经GoAE干预后线虫体内的ROS水平降低47.64%（图5），MDA含量下降40.18%（图6），SOD活力和CAT活力分别升高26.8%和166.93%（图7），sod-1、sod-3、ctl-1、daf-16和hsp-16.2表达量分别上调了35.46%、40.35%、347.37%、36.02%和27.7%（图10），转基因线虫CF1553的SOD-3表达量升高38.96%（图8），转基因线虫CL2070的HSP-16.2表达量升高（图9）。

上述结果表明，RO处理会导致线虫体内ROS爆发，膜脂过氧化加剧，抗氧化酶的基因表达和酶活性降低，线虫受到了明显的氧化损伤。而GoAE可通过激活DAF-16/FOXO通路上调抗氧化基因表达，增强SOD和CAT等抗氧化酶活性，从而有效缓解线虫氧化损伤。

3 GoAE对线虫线粒体氧化损伤的修复作用

与对照组相比，RO处理导致线虫线粒体数量降低了14.32%（P＜0.05）（图11）；线粒体内出现空泡，线粒体形状不规则，外膜呈现弥漫性（图12）；线粒体膜电位降低61.64%（图13）；转基因线虫CB7272的内膜蛋白的绿色荧光蛋白（GFP）荧光强度下降了14.48%（P＜0.05），但红色荧光蛋白（RFP）荧光强度变化不大（图14）；线粒体外膜蛋白线粒体外膜转位酶7（TOM-7）的GFP荧光强度降低了36.67%（P＜0.05）（图15）。内膜复合物相关基因atp-2、clk-1、fzo-1和eat-3的表达量较对照组显著下调，降幅分别为29.71%、7.39%、44.28%、20.5%和27.37%；线粒体融合基因eat-3和fzo-1的表达量分别下调48%和50%，而线粒体分裂基因drp-1基因表达量上调了31%（图16）；自噬相关基因unc-51、atg-7、bec-1、Igg-2和vps-34的表达量分别下调了12.25%、26.46%、23.24%、16.16%和23.49%（图17）。

与RO组相比，RO+GoAE组的线粒体数量增加了8.7%（图11）；线粒体膜形态恢复正常，空泡数量减少（图12）；线虫线粒体膜电位增加了45.36%（图13）；转基因线虫CB7272的GFP相对荧光强度增加了17.33%（图14）；外膜蛋白TOM-7的GFP相对荧光强度增加了29.16%（图15）；线粒体内膜复合物相关基因gas-1、mev-1、clk-1、isp-1和atp-2的表达量分别上调了62.61%、17.47%、23.14%、41.2%和22.85%，eat-3和fzo-1基因的表达量分别上调了10.85%和61.22%，drp-1基因的表达量下调了12%（图16）；线粒体自噬相关基因unc-51、atg-7、bec-1、Igg-2和vps-34的表达量分别上调32.08%、40.73%、49.3%、25.64%和23.96%（图17）。

上述结果表明，RO处理显著损害线粒体功能，表现为线粒体数量减少、结构异常、膜电位下降，并伴随线粒体融合基因（eat-3、fzo-1）和自噬相关基因（如atg-7、bec-1）的下调，以及分裂基因（drp-1）的上调。而GoAE可有效逆转RO诱导的线粒体氧化损伤和功能障碍，通过恢复线粒体动力学平衡并激活自噬通路，拮抗RO诱导的线粒体功能障碍，展现出显著的线粒体保护潜力。

4 讨论

4.1 GoAE具有延缓衰老的活性

寿命是衡量线虫衰老进程的核心指标，其与机体的抗氧化能力密切相关。衰老过程中机体的氧化应激防御系统功能逐渐衰退，因此生物体在氧化应激条件下的抗氧化能力可作为评估抗衰老效果的关键参数。近年来，植物天然产物因其多靶点作用机制和较低的毒副作用在抗衰老研究领域展现出显著优势。例如，银杏籽提取物和金银花提取物均能有效延长秀丽隐杆线虫的寿命。迷迭香的乙醇提取物能增加线虫对氧化应激和热应激的抵抗力，延长线虫寿命。本研究结果表明，GoAE及其活性物质Gas均有效延长了线虫的寿命，2.0 mg/mL GoAE和50.0 μg/mL Gas（相当于GoAE中Gas质量浓度的10倍）分别使线虫的平均寿命延长了16.65%和13.02%；衰老能够引起身体机能的退化，如运动能力、进食能力和生长发育等。线虫在液体中的摆动频率可表征线虫的健康状态；咽泵频率能反映线虫的进食能力；线虫体长和体宽的变化可以反映其发育速度及生理状况。本研究结果表明，经GoAE和Gas处理后，线虫的咽泵次数显著增加，摆动能力显著增强，GoAE明显增加了线虫体长和体宽，Gas增加线虫的体长，表明GoAE和Gas能够改善由衰老带来生理指标变化，但对生殖能力影响不大。

比较发现，GoAE对线虫各项指标的正效应均显著优于Gas，这一差异可能源于GoAE的多组分特性。Gas作为单一成分，虽具有一定抗衰老活性，但其效果受限于单一靶点的作用模式；而GoAE可能通过多成分协同调控多条通路形成“多靶点-多通路”的网络效应，从而更全面地增强机体的抗衰老能力。

4.2 GoAE通过激活DAF-16/FOXO通路构建多层次抗氧化防御网络

氧化应激是衰老的核心驱动因素之一，其作用机制主要表现为ROS的过量积累引发脂质过氧化反应，形成MDA等毒性产物，导致细胞和组织损伤。这一过程不仅会直接破坏生物大分子，还会削弱机体内源性抗氧化防御系统，加速衰老进程。在生物体的抗氧化防御体系中，SOD、CAT等抗氧化酶发挥着关键作用，是清除ROS、维持氧化还原平衡的重要防线。近年研究发现，许多植物天然产物可通过上调抗氧化酶活性或调控相关信号通路等机制发挥抗氧化作用。如苦瓜皂苷和三七醇提物均能调控线虫体内抗氧化酶活性上升，同时降低MDA含量和ROS水平。本研究结果表明，GoAE能有效抑制RO诱导的线虫体内ROS爆发和脂质过氧化反应，该作用与GoAE能显著增加SOD活性、CAT活性及HSPs表达有关。SOD能够将机体产生的超氧阴离子自由基转化为H2O2，而H2O2进一步被CAT分解为H2O和O2，可防止氧化-抗氧化失衡。HSPs表达增加有助于修复氧化应激导致的变性蛋白质，增强细胞的应激耐受能力，从而协同提升线虫的抗氧化防御水平。

胰岛素/胰岛素样生长因子-1信号通路是调控秀丽隐杆线虫寿命的关键通路，其核心转录因子DAF-16/FOXO通过调控下游靶基因的表达，影响机体的应激反应、代谢稳态和寿命。已有研究证明，橙皮苷、人参皂苷、蓝莓多酚等植物活性成分均可通过激活DAF-16/FOXO转录因子发挥抗衰老作用。通过机制比较发现，橙皮苷主要通过DAF-16的胞质-核转位增强SOD-3表达，人参皂苷通过DAF-16与SKN-1的协同作用能够延长寿命约14.02%，蓝莓多酚则依赖DAF-16通路增强氧化应激抵抗；而GoAE不仅能显著逆转RO对daf-16表达的抑制，还能广泛上调sod-1、sod-3和ctl-1的表达，其调控的基因范围更广，对DAF-16通路的激活效率更高，这可能是其延长寿命效果优于多数植物提取物的重要原因。这一调控作用不仅减轻了氧化应激损伤，还通过改善细胞的抗氧化能力延缓了衰老进程，最终表现为线虫寿命的显著延长。

上述结果表明，GoAE可能通过激活DAF-16/FOXO通路，协同调控SOD、CAT和HSPs等关键抗氧化因子，形成多层次的抗氧化防御网络，从而发挥其抗衰老作用（图18）。

4.3 GoAE通过调控线粒体动力学与自噬修复氧化损伤性功能障碍

线粒体是细胞的能量代谢中心和氧化应激的主要靶点，其结构和功能的完整性对维持细胞稳态至关重要。线粒体功能障碍表现为线粒体形态异常，如出现肿胀、断裂、异常融合或聚集等现象，同时伴随着线粒体数量的显著变化（如过度增生或凋亡）。线粒体形态、大小和数量等的改变往往与线粒体膜电位的变化有关。此外，线粒体内膜复合物作为呼吸链的核心组件，当其蛋白结构或编码基因发生突变时，可导致能量代谢障碍、氧化磷酸化效率下降及物质跨膜运输异常。本研究结果表明，在GoAE干预下，RO诱导的线粒体功能障碍得到有效缓解，具体表现为线粒体形态和数量异常得到恢复，线粒体膜电位趋于稳定，蛋白表达水平及复合物I、II、III、V和辅酶Q相关基因的表达下调均被显著逆转。上述结果表明，GoAE可能通过多靶点作用修复了因氧化损伤而引起的线粒体功能障碍。

线粒体动力学是一个高度复杂的网络，涵盖了线粒体沿细胞骨架的运动、线粒体结构的调节以及通过融合与裂变事件介导的连通性。在线粒体动力学调控方面，GoAE展现出相较于已知调节剂的独特优势：虫草素通过AMPK磷酸化单方面抑制drp-1介导的过度分裂，次血红素六肽同时下调drp-1和eat-3的表达但可能导致融合不足；而GoAE能同时下调drp-1表达并上调fzo-1和eat-3表达，这种对分裂与融合过程的精确双向调节，使其在恢复线粒体网络稳定性与功能方面表现更为均衡和彻底。线粒体稳态依赖分裂与融合的动态平衡。分裂通过drp-1基因介导的选择性清除机制清除功能受损线粒体，防止ROS积累；融合则通过fzo-1（外膜）和eat-3（内膜）基因介导，促进细胞器间物质交换以维持功能完整性。本研究发现，GoAE通过这种双向调控机制有效恢复了RO破坏的线粒体功能。

线粒体自噬是一种清除功能障碍或受损线粒体的自我调节过程，主要由PINK1/Parkin和线粒体自噬特异性受体途径调节，自噬过程受到抑制或过度激活，均可能导致线粒体功能障碍加剧。杜仲花提取物主要经DAF-2/DAF-16胰岛素通路间接激活自噬，甜茶多糖通过提升整体自噬流量，灵芝则依赖ATG-8/LC3途径促进自噬体形成；而GoAE可能通过TOM-7/PINK1/Beclin 1轴精确调控自噬：它能够显著提升TOM-7表达，进而恢复PINK1稳定性，促进bec-1与atg-7等核心自噬基因表达，这一上游靶向调控机制相较于其他天然产物的作用路径更为直接与特异。线粒体自噬是清除功能障碍线粒体的关键过程。TOM-7作为线粒体外膜转运酶复合体的关键组分，其表达沉默会通过抑制PINK1/Beclin 1通路削弱自噬功能。本研究发现，GoAE通过上调TOM-7表达及后续自噬相关基因，有效促进了受损线粒体的清除与功能修复（图17）。

5 结论

GoAE及其活性成分Gas具有延长秀丽隐杆线虫寿命的功效，并显著改善运动能力（摆动频率）、进食能力（咽泵频率）及生长发育（体长/体宽）等衰老相关生理指标，但对线虫的生殖能力影响甚微。GoAE的综合效果优于单一成分Gas，提示其多组分可能通过“多靶点-多通路”网络协同发挥抗衰老作用。GoAE的抗衰老活性与其激活DAF-16/FOXO通路，增强SOD、CAT等抗氧化酶活性，同时通过调控drp-1介导的线粒体动力学和PINK1-Beclin 1依赖的自噬途径，修复氧化损伤导致的线粒体功能障碍有关。本研究为天然产物多组分协同干预衰老以及发掘新型线粒体靶向抗衰老剂奠定了理论与实验基础。

作者简介

通信作者：

马丹炜教授

马丹炜，四川师范大学生命科学学院，博士生导师，成都市人民政府参事。1985年毕业于中山大学生物系植物专业获理学学士学位，同年任职于四川师范大学至今，其间先后获得西南师范大学理学硕士学位和四川大学理学博士学位。长期致力于植物资源开发和利用的相关研究，主持和主研国家自然基金面上项目等各级科研课题30余项，主编四川省规划教材6 部，在国内外学术刊物发表论文100余篇。

引文格式：

陈周雯, 任雨敏, 唐鲜, 等. 西南手参醇提物通过抗氧化途径延缓秀丽隐杆线虫衰老的机制[J]. 食品科学, 2026, 47(6): 214-225. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250910-079.

CHEN Zhouwen, REN Yumin, TANG Xian, et al. Mechanism by which alcohol extract from Gymnadenia orchidis delays aging in Caenorhabditis elegans via the antioxidant pathway[J]. Food Science, 2026, 47(6): 214-225. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250910-079.

实习编辑：普怡然；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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