J. Future Foods | 茯苓皮多糖对60Co-γ诱导的体内外氧化损伤具有辐射防护作用

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郑州大学生命科学学院食品生物技术团队的索柯柯博士研究生（第一作者）、鲁吉珂教授、伊娟娟副教授（共同通信作者）等发表了题为“Radioprotective effects of polysaccharides from Poria cocos peels against 60Coγ-induced oxidative damage in vitro and in vivo”的文章，该研究主要对茯苓皮多糖（PCPP）的体内外辐射防护作用进行研究，结果表明PCPP能够通过保护机体造血系统和减轻氧化应激起到辐射防护作用。

Introduction

随着核技术的发展和应用，世界范围内电离辐射（IR）暴露量逐渐增加。高剂量IR在给人们带来便利的同时，也会对机体健康造成不良影响。研究表明，IR可产生多余的活性氧（ROS），对人体健康造成氧化损伤，涉及造血系统、免疫系统、胃肠道等。同时，IR也可直接破坏大分子的结构，产生不同程度的损伤。

近年来，为预防和减轻IR损伤，辐射防护剂的开发已成为研究热点。化学合成辐射防护剂主要含有氨类化合物和巯基类化合物，虽然能达到一定的防护作用，但存在毒副作用大、作用时间短、价格昂贵等缺点。鉴于化学合成辐射防护剂的不足，高效、无毒、适合长期使用的天然辐射防护剂受到了人们的关注。多糖、多酚、生物碱等天然活性物质对IR损伤具有良好的保护作用。因此，这些天然产物可进一步开发和利用作为辐射防护剂。

多糖是一种天然的大分子碳水化合物，是生物体内必需的基础物质之一。来自植物和真菌的天然多糖具有抗氧化、免疫调节和抗辐射活性。大麦β-葡聚糖可通过增加HepG2细胞存活率、减少细胞凋亡和DNA链断裂来保护细胞免受IR诱导的损伤。此外，据报道，来源于酿酒酵母的β-D-葡聚糖可减轻辐射小鼠骨髓DNA损伤，改善骨髓细胞周期进程，降低其ROS水平，从而发挥良好的辐射防护作用。也有研究表明，从元蘑子实体中分离的多糖可阻断60Coγ辐射诱导小鼠脾细胞线粒体凋亡途径。因此，在体内和体外实验中，多糖可通过减少细胞凋亡、调节细胞周期、激活信号通路和维持氧化还原平衡来抑制IR损伤。

茯苓皮是茯苓的干表皮，富含多糖、三萜、蛋白质和有机酸等活性物质。然而，茯苓皮在加工过程中常作为副产品被丢弃，从而导致严重的资源损失。有研究表明，茯苓皮具有降低血脂、增强抗氧化能力的作用，具有较高的研究价值和广阔的应用前景。目前，对茯苓皮有效成分的研究主要集中在三萜类化合物上，而对其多糖结构和生物活性的研究较少。茯苓皮在功能性食品和功能性药品开发方面具有很大的市场应用价值。

本研究对茯苓皮多糖（PCPP）的主要成分、单糖组成、体外抗氧化活性和辐射防护作用进行了研究。同时，利用60Coγ诱导氧化损伤模型，基于其氧化还原调节作用，深入探讨PCPP在体内的辐射防护作用。本研究将为茯苓皮的综合利用和废弃物的开发利用提供理论依据。

Results

PCPP的主要成分及单糖组成

多糖的单糖组成对其生物活性和应用具有重要意义。如表1所示，PCPP中总糖、蛋白质、醛酸、多酚和类黄酮的含量分别为（63.13±3.19）%、（0.37±0.02）%、（1.74±1.67）%、（0.48±0.01）%和（1.77±0.05）%。此外，PCPP的单糖组成主要为甘露糖（Man）、阿拉伯糖（Ara）、葡萄糖醛酸（GlcUA）、半乳糖醛酸（GalUA）、葡萄糖（Glc）、半乳糖（Gal）和岩藻糖（Fuc），摩尔比为104.84∶1.34∶2.83∶1.00∶290.48∶243.30∶79.63，表明葡萄糖是PCPP的主要单糖。

表1 PCPP的单糖组成及总糖、蛋白质、糖醛酸、多酚和黄酮类化合物的含量

PCPP体外抗氧化活性

由图1可知，随着PCPP浓度从1 mg/mL增加至5 mg/mL，PCPP的清除率从（38.03±0.83）%增加至（84.41±0.45）%。结果表明，PCPP具有明显的DPPH自由基清除能力，并呈剂量依赖性。如图1C所示，PCPP的还原能力呈浓度依赖性上升趋势。此外，2 种PCPP在1 mg/mL至5 mg/mL的浓度范围内均具有ABTS自由基清除活性（图1E）。

图1 PCPP体外抗氧化活性分析

PCPP对AML-12细胞的辐射防护作用

如图2所示，PCPP单独处理能显著提高AML-12细胞的活力（P < 0.001）。与对照组相比，60Coγ辐照后AML-12细胞存活率显著降低，表明6 Gy IR可显著诱导细胞损伤。而PCPP浓度在50～400 μg/mL，随着PCPP浓度的增加，AML-12细胞的活力明显增强。当PCCP浓度为400 μg/mL时，细胞存活率达到最大值（111.52±2.72）%。提示PCPP对IR处理下的AML-12细胞具有一定的辐射防护作用。在我们之前的研究中，布拉氏酵母菌发酵的山药多糖在体外也对AML-12细胞具有显著的辐射防护作用，这与本研究的结果一致。然而，PCPP在体内是否也具有良好的辐射防护作用还有待进一步研究。

图2 PCPP对AML-12细胞的辐射防护作用

PCPP对小鼠的辐射防护作用

体质量是反映小鼠身体状态的基本参数。在辐射前，连续30 d给予不同剂量的PCPP（5、10和20 mg/kg），在给药期间每天监测并记录小鼠体质量。如图3所示，随着时间的增加，所有小鼠的体质量逐渐增加。值得强调的是，高剂量（20 mg/kg）的PCPP未对小鼠产生明显的急性毒副作用，表明可以在该安全剂量的PCPP下进行后续研究。

图3 PCPP对小鼠体质量的影响

如图4所示，IR组白细胞（WBC）、红细胞（RBC）、血小板（PLT）数量及HGB水平急剧下降，表明6 Gy 60Coγ辐射可严重损伤小鼠造血系统。WBC方面，PCPP可使WBC数量增加，但与IR组比较无显著差异（P > 0.05，图4A）。然而，随着PCPP处理，RBC和PLT的数量以及HGB的水平都有一定程度的逆转，其中以PCPP-M组的效果最为明显。

图4 PCPP对IR后小鼠（(A)）WBC、（B）RBC、（C）HGB和（D）PLT的影响

如图5所示，IR组骨髓DNA含量较对照组下降66.41%，但PCPP-M和PCPP-M组BM DNA含量显著高于IR组。

图5 PCPP对IR后小鼠骨髓DNA含量的影响

本研究对辐射小鼠血清、肝脏、脾脏中SOD活性及MDA、GSH水平进行分析。与对照组相比，IR组血清、肝脏和脾脏SOD活性分别显著降低23.43%、21.39%和27.13%。PCPP-L组、PCPP-M组和PCPP-H组血清SOD活性分别升高至（351.29±13.08）、（351.75±11.91）、（340.62±11.48）U/mL（图6A）。同样，与IR组相比，PCPP处理可显著提高IR后肝脏和脾脏SOD水平（图6B-C）。如图6D～F所示，IR组大鼠血清和组织中MDA含量明显高于对照组。血清、肝脏、脾脏GSH水平测定结果见图6G～L。与对照组相比，血清和肝脏GSH含量分别显著降低61.22%和46.18%。PCPP处理能显著提高大鼠血清GSH水平，其中以PCPP-M作用最明显，可使大鼠血清和肝脏GSH含量分别恢复至（51.56±3.60）μmol/L和（3.75±0.61）μmol/mg prot。而IR和PCPP处理对小鼠脾脏GSH水平无显著影响。上述结果表明，PCPP可以缓解6 Gy 60Coγ辐射引起的氧化还原系统失衡，从而发挥辐射防护作用。

图6 PCPP对小鼠IR后血清、肝脏和脾脏中SOD、MDA和GSH水平的影响

如图7A、B所示，IR后血清AST、ALT水平明显升高。其中，PCPP-L组、PCPP-M组、PCPP-H组和PC组血清AST水平分别为（50.60±3.61）U/L、（49.47±3.67）、（52.89±5.84、（53.94±2.42）U/L。与IR组比较，PCPP-L组、PCPP-M组和PCPP-H组血清ALT水平分别降低11.86%、8.27%和7.50%。同时，肝内AST和ALT水平在IR和PCPP处理组有相似的变化趋势，提示PCPP可减轻60Coγ辐射引起的肝损伤。

图7 PCPP对IR后小鼠血清和肝脏中AST和ALT水平的影响

如图8所示，对照组小鼠脾淋巴细胞数量众多、排列清晰、脾小体结构完整、无炎症细胞浸润。IR组脾淋巴细胞明显减少、分散。

图8 PCPP对小鼠IR后脾脏组织形态学变化的影响

Conclusion

本研究进一步探究了PCPP的体外抗氧化和辐射防护活性，以及其基于造血系统和氧化应激水平对60Coγ诱导小鼠损伤的辐射防护作用。PCPP的DPPH自由基、ABTS自由基的清除能力和还原能力均呈剂量依赖性增加。同时，在体外60Coγ条件下，PCPP对AML-12细胞具有显著的辐射防护作用。此外，PCPP可通过调节红细胞数量、血小板数量和HGB含量来减轻60Coγ诱导小鼠造血系统的损伤。PCPP还能通过提高小鼠血清、肝脏和脾脏中SOD活性和GSH水平，降低MDA含量，减轻60Coγ引起的氧化应激。我们的研究证明PCPP通过保护造血系统和减轻氧化应激发挥辐射防护作用。这些结果表明，PCPP在辐射防护中具有重要的作用，可以作为一种潜在的天然辐射保护剂。此外，该研究将为茯苓皮的综合利用提供新思路。

第一作者

索柯柯，郑州大学生命科学学院2021级博士研究生，主要从事微生物应激调控及相关机制研究。目前在Journal of Dairy Science、Food Science and Human Wellness、Food & Function、World Journal of Microbiology and Biotechnology和《食品科学》等期刊发表论文6 篇。参加第十一届食品科学国际年会和郑州大学第十七届研究生学术论坛并作口头汇报各1 次。

通信作者

鲁吉珂，教授、博导，河南省优秀教师，河南省高等学校优秀共产党员，河南省教育厅学术技术带头人，河南省优秀青年基金获得者，河南省高校科技创新人才，河南省高等学校青年骨干教师培养对象，曾获教育部全国优秀博士学位论文提名。主要从事特殊环境特种食品开发研究，在Critical Reviews in Food Science and Nutrition、Food Chemistry等期刊共发表论文60余篇，单篇最高被引500次以上。担任Food & Medicine Homology副主编，《食品科学》《食品工业科技》杂志编委，中国菌物学会食用菌采后与加工产业分会常务理事，河南省生物工程学会常务理事。获河南省科学技术进步二等奖1 项（第1名），中国食品工业协会科学技术奖特等奖1 项（第7名）、中国食品科学技术学会技术进步奖一等奖1 项（第5名）、中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖1 项（第4名）。

伊娟娟，副教授、硕士生导师，郑州大学拔尖博士，郑州大学青年骨干教师培养对象。目前主要从事功能食品开发及相关机理研究，以特色天然产物为原料，通过绿色制备及生物转化等手段开发功能食品基料，并从分子水平研究功能食品作用机制。目前主持国家自然科学基金项目1 项，河南省科技攻关项目1 项，完成河南省高等学校重点科研项目1 项，主持郑州大学教授团队助力企业创新驱动发展专项等校级课题6 项。在Food Chemstry、LWT-Food Science and Technology等期刊发表论文40余篇。担任《食品工业科技》青年编委，Food & Function、International Journal of Biological Macromolecules等SCI期刊的审稿专家。获河南省科学技术进步二等奖1 项（第4名）。

Radioprotective effects of polysaccharides from Poria cocos peels against60Co-γ induced oxidative damage in vitro and in vivo

Keke Suo ab1, Chaoqiang Zheng ab1, Zhipeng Li ab, Limin Hao c, Jiaqing Zhu a b, Changcheng Zhao ab, Yanling Shi a b, Juanjuan Yi ab*, Jike Lu ab*

a School of Life Sciences, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China

b Food Laboratory of Zhongyuan, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China

c Systems Engineering Institute, Academy of Military Sciences (AMS), Beijing 100010, China

1 These authors contributed equally to this work.

*Corresponding author.

Abstract

Ionizing radiation (IR) can produce superfluous reactive oxygen species (ROS) and induce oxidative damage to human health. In view of the shortcomings of chemosynthetic radioprotectors, natural radioprotectors have garnered attention due to their effectiveness, safety, and suitability for long-term use. Natural active substances, such as polysaccharides, polyphenols and alkaloids, have been proved exert good radioprotective effect. In the present study, the main components and monosaccharide compositions of the polysaccharides from Poria cocos peels (PCPP) and its radioprotective activities against 60Co-γ induced oxidative damage in vitro and in vivo were evaluated. The results showed that PCPP contained (63.13 ± 3.19)% of total sugar and was composed of mannose, arabinose, glucuronic acid, galacturonic acid, glucose, galactose and fucose in a molar radio of 104.84:1.34:2.83:1.00:290.48:243.30:79.63. Moreover, PCPP exhibited significant antioxidant activity and could significantly reduce the damage of AML-12 cells under IR. Animal experiment results showed that PCPP could effectively reduce IR-induced oxidative damage of spleens and livers in mice, and alleviate the damage to the hematopoietic system. Furthermore, PCPP could greatly increase the activity of superoxide dismutase (SOD) and the content of glutathione (GSH) in serum, livers and spleens of 60Co-γ induced mice, and correspondingly reduce the accumulation of malondialdehyde (MDA), along with the prominent reduction of alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferase (AST) in serum and livers in mice. Above results comprehensively indicated that PCPP exerted significant antioxidant activity and could effectively reduce the 60Co-γ induced damage in vitro and in vivo.

Reference:

SUO K K, ZHENG C Q, LI Z P, et al. Radioprotective effects of polysaccharides from Poria cocos peels against 60Co-γ induced oxidative damage in vitro and in vivo[J]. Journal of Future Foods, 2025, 5(6): 582-590. DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.11.006.

文章翻译由作者团队提供

编辑：龚艺；责任编辑：孙勇

封面图片来源：摄图网

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