《食品科学》：贵州医科大学胡江苗研究员、中国科学院杨柳工程师等：金钗石斛多糖的结构表征及体外降糖活性分析

金钗石斛（Dendrobium nobile Lindl.）是除铁皮石斛、霍山石斛、齿瓣石斛外，目前国内种植最为广泛的石斛药用品种之一。在石斛属植物中，多糖被认为是重要的活性成分之一，其生物活性与结构特征密切相关，包括多糖的化学结构差异性、分子质量分布及单糖组成等。已有研究表明，石斛多糖的结构复杂多样，其中铁皮石斛多糖的结构主要是由→1)-β-D-Manp-(4→和→1)-β-D-Glcp-(4→糖苷键连接构成的葡甘聚糖，其甘露糖（Man）与葡萄糖（Glc）物质的量比约为5.62∶1，且有6.1%～32.3%的乙酰基连接在Man的2号位和3号位；霍山石斛多糖的结构相对复杂，除了常见的葡甘聚糖外，还有比例较高的半乳糖（Gal）、阿拉伯糖（Ara）、木糖（Xyl），其糖苷键连接方式主要有→1)-β-D-Manp-(4→、→1)-β-D-Glcp-(4→、→5)-α-L-Araf-(1→和α-D-Xlyp-(1→等，乙酰基含量约为1.78%；齿瓣石斛主要为以→1)-β-D-Manp-(4→糖苷键连接构成的甘露聚糖，并含有18.8%～50.0%的乙酰基连接在Man的2号位和3号位；金钗石斛多糖结构主要由Ara、Glc、Gal、Man、鼠李糖（Rha）和Xyl等组成，糖苷键连接方式复杂多样，主要有→1)-β-D-Manp-(4→、→1)-β-D-Glcp-(4→、→1)-β-D-Arap-(4→、→1)-β-D-Galp-(6→和→1)-β-D-Xlyp-(3→等。上述研究表明，石斛多糖的结构复杂多变，值得深入挖掘探究其均一多糖的结构类型。

糖尿病是以胰岛素抵抗为特征的慢性代谢性疾病，可导致患者持续性高血糖，并引发许多并发症，严重影响机体健康。根据国际糖尿病联盟报道，目前全球20～79 岁成人糖尿病患者达5.89亿，预计到2050年将上升到8.53亿。然而，除确诊糖尿病患者外，还存在大量仅表现为餐后血糖升高的高危人群。此类人群通常不依赖药物治疗，可以通过中药食疗方式实现血糖控制。在此背景下，结合古籍记载及现代药理学研究表明，中药石斛是较为理想的中药食疗药材之一，其味甘，具有养胃生津、滋阴清热的功效，可用于治疗消渴症、热症津亏、口干、口渴、食少乏力，或病后虚热未清，或阴虚内热。金钗石斛作为传统的石斛中药材来源之一，现收载于2025年版《中华人民共和国药典》。已有研究表明，金钗石斛多糖能增加高糖诱导大鼠胰岛细胞瘤细胞的胰岛素分泌量；可通过下调2型糖尿病大鼠磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶蛋白水平，减少肝脏糖异生，并通过恢复胰岛素信号通路缓解胰岛素抵抗。然而，当前关于金钗石斛多糖降糖活性的研究多聚焦于粗多糖，对均一多糖降糖的构效关系研究鲜有报道。

因此，贵州医科大学药学院的郭兴利、胡江苗*，中国科学院昆明植物研究所的杨柳*等人使用水提醇沉法提取金钗石斛粗多糖，经DEAE-Sepharose、Sephadex和Sephacryl等系列凝胶柱层析分离纯化，通过高效液相色谱（HPLC）分析获取金钗石斛均一多糖（DNP-6、DNP-7）。采用多种方法（分子质量测定、紫外-可见分光光度法、傅里叶变换红外光谱法、核磁共振波谱法）对DNP-6、DNP-7的结构进行表征，采用HepG2细胞通过体外实验研究金钗石斛均一多糖葡萄糖摄取能力和改善胰岛素抵抗能力，分析其降血糖效果，以期为后续金钗石斛在餐后血糖调节药品及食品的开发提供指导意见和奠定研究基础。

1 金钗石斛多糖的提取与分离纯化

金钗石斛经过水提醇沉得到4 个部位的粗多糖，分别是30% DNP、50% DNP、70% DNP和90% DNP，提取率分别为0.57%、1.14%、2.00%、1.71%。其中，70% DNP的提取率最高。所以对70%醇沉部位的粗多糖进行分离纯化。

2 分子质量分析

分子质量是多糖结构解析中重要的参数，影响多糖的理化性质和生物活性。由图1可知，DNP-6、DNP-7的HPGPC-ELSD谱图均呈单一对称峰，表明二者为成分均一的多糖，纯度较高，保留时间分别为8.6 min和9.0 min。将其代入标准曲线方程（y＝—0.183 2x+10.407，R2＝0.992 6），得到DNP-6、DNP-7的分子质量分别为2.70×103 Da和1.23×103 Da。

3 总糖和蛋白含量分析

合如表1所示，DNP-6和DNP-7总糖相对含量分别为90.45%和93.49%，蛋白相对含量分别为2.28%和1.29%，其多糖相对含量高，蛋白相对含量低，表明DNP-6和DNP-7的纯度较高。

4 单糖组成分析

生DNP-6和DNP-7单糖组成结果如图2所示。DNP-6是由Glc和Man组成的葡甘聚糖，Glc与Man的物质的量比为6.76∶1。DNP-7也是由Glc和Man组成的葡甘聚糖，两者的物质的量比为6.63∶1。相比较于铁皮、霍山、齿瓣石斛多糖结构，本研究获得的均一多糖DNP-6和DNP-7同属于葡甘聚糖，但DNP-6和DNP-7的单糖构成中Glc的相对含量分别为87.11%和86.89%，显著区别于上述3 个品种石斛多糖的单糖构成。与代国娜等报道的金钗石斛多糖相比，DNP-6和DNP-7的单糖构成仅为Glc和Man。

5紫外光谱分析

是有研究表明，核酸的特征吸收峰在波长260 nm左右，蛋白质的吸收峰通常在波长280 nm附近。如图3所示，DNP-6、DNP-7在200～600 nm波长范围之间无吸收峰，说明DNP-6、DNP-7均不含有蛋白质和核酸，证明这2 种均一多糖纯度较高。

6红外光谱分析

如图4所示，DNP-6、DNP-7红外吸收峰特征高度相似，均具有多糖的特征峰。在3 420 cm-1附近出现强而宽的吸收带，归属于糖环上羟基的伸缩振动；2 920 cm-1处强烈的吸收峰则源于糖环上CH、CH2和CH3中的C—H伸缩振动；1 640 cm-1处的吸收峰为多糖吸潮所致；而1 460～1 200 cm-1范围内的吸收峰则归因于C—O的伸缩振动和O—H的弯曲振动；在1 000～1 200 cm-1 区域的3 个吸收峰群是由吡喃糖环间的氧桥C—O—C引起；800～1 200 cm-1区域通常被视为多糖的指纹区；950～750 cm-1范围内可判断糖苷键的类型，其中870～840 cm-1处吸收峰对应α型，890 cm-1处吸收峰对应β型，样品分别在905、857 cm-1处出现吸收峰，进一步证实其结构中同时存在β和α构型。

7甲基化分析

甲基化分析是多糖结构解析的一个重要步骤，通过糖残基碎片的断裂方式可以推测多糖链的连接方式。根据图5、6和表2、3可知，DNP-6和DNP-7的m/z碎片推断分别为2,3,4,6-Me4-Glcp、2,3,6-Me4-Manp、2,3,6-Me4-Glcp，对应的连接方式片段分别为T-Glcp、→4)-Manp(1→、→4)-Glcp(1→。结果显示，DNP-6和DNP-7有高度相似的片段。

8核磁共振分析

由图7可知，DNP-6和DNP-7的1H NMR和13C NMR相似度高。二维图谱显示，DNP-6的残基信号分别为A（5.31/99.47）、B（5.13/91.84）、C（4.87/98.40）、D（4.56/95.66），DNP-7的残基信号分别为A（5.25/99.71）、B（5.07/91.85）、C（4.90/101.44）、D（4.49/95.74），二者残基信号相似度高，说明具有相同的重复单元。DNP-7的分子质量较小，因此 本实验采用DNP-7的NMR谱图进行结构解析，结果如 表4、图8所示。

根据1H和13C NMR谱图可以识别异头碳及其构型，研究表明，α-构型糖的异头氢化学位移范围为4.8～5.5，异头碳化学位移范围为98～103；而β-构型糖的异头氢和异头碳化学位移范围分别为4.3～4.8和103～106，据此可判断构型。通过1H NMR、13C NMR和HSQC判断糖残基数量和异头C1/H1的构型和化学位移，通过COSY、TOCSY归属糖残基糖环内C2～6/H2～6的化学位移，最后通过HMBC判断各糖残基之间的连接方式。

由DNP-7的1H-NMR可知，在δ 4.30～5.50区域内有4 个主要的异头氢信号，化学位移分别为5.25、5.07、4.90、4.49，13C NMR显示在δC 90～110区域内的异头碳信号主要为δC 101.44、99.71、95.74、91.85。表明DNP-7至少由4 个糖残基组成，按δH由高到低的顺序分别标记为残基A～D。

残基A的异头氢化学位移为5.25，根据HSQC谱图可知，其异头碳化学位移为99.71。根据COSY中δH 5.25/3.44、3.44/3.81、3.81/3.50、3.50/3.25、3.25/3.69处的相关信号和TOCSY中δH 5.25/3.25、5.25/3.44、5.25/3.50、5.25/3.69、5.25/3.81处的相关信号，确定残基A的δ H2-H6，结合HSQC中的信号对残基A中所有δH和δC进行归属，最终确定糖残基A的信号为A1（5.25，99.71）、A2（3.44，71.69）、A3（3.81，73.38）、A4（3.50，76.70）、A5（3.25，69.28）、A6（3.69，60.35），根据单糖组成和文献确定A为→4)-α-D-Glcp-(1→。

残基B异头氢化学位移为5.07，根据HSQC谱图可知，其异头碳化学位移为91.85。根据COSY中δH 5.07/3.41、3.41/3.51、3.51/3.61、3.61/3.79、3.79/3.66处的相关信号和TOCSY中δH 5.07/3.41、5.07/3.51、5.07/3.66、5.07/3.79处的相关信号确定残基B的δ H2-H6，结合HSQC中的相关信号对残基B中所有δH和δC进行归属。最终确定糖残基B的信号为B1（5.07，91.85）、B2（3.41，71.68）、B3（3.51，72.89）、B4（3.61，76.19）、B5（3.79，73.30）、B6（3.66，60.35）。根据单糖组成和文献 确定B为→4)-α-D-Glcp。

残基C的异头氢化学位移为4.90，根据HSQC谱图可知，其异头碳化学位移为101.44。根据COSY中δH 4.49/3.43、3.43/3.80、3.80/3.68、3.68/3.78、3.78/3.61处的相关信号和TOCSY中δH 4.90/3.43、4.90/3.68、4.90/3.78处的相关信号确定残基C的δ H2-H6，结合HSQC中的相关信号对残基C中所有δH和δC进行归属。最终确定糖残基C的信号为C1（4.90，101.44）、C2（3.43，73.95）、C3（3.80，71.50）、C4（3.68，76.84）、C5（3.78，69.98）、C6（3.61，60.57）。根据单糖组成和文献确定C为→4)-β-D-Manp-(1→。

残基D的异头氢化学位移为4.49，根据HSQC谱图可知，其异头碳化学位移为95.74。根据COSY中δH 4.49/3.11、3.11/3.61、4.49/3.43、3.69/3.74处的相关信号和TOCSY中δH 4.49/3.11、4.49/3.43、4.49/3.69、4.49/3.74处的相关信号确定残基D的δ H2-H6，结合HSQC中的相关信号对残基D中所有δH和δC进行归属。最终确定糖残基D的信号为D1（4.49，95.74）、D2（3.11，73.95）、D3（3.61，72.65）、D4（3.43，76.80）、D5（3.69，71.14）、D6（3.74，60.78）。根据单糖组成和文献确定D为→4)-β-D-Glcp。

利用HMBC可以确定DNP-7糖苷键的连接位置。在HMBC谱图中，δH 5.25（A H-1）和δC 76.84（C C-4）之间的相关性表明，存在→4)-α-D-Glcp-(1→4)-β-D-Manp-(1→的片段；δH 4.49（D H-1）和δC 76.84（C C-4）之间的相关性表明，存在→4)-β-D-Manp-(1→4)-β-D-Glcp的片段。根据单糖组成和甲基化结果推测，DNP-6和DNP-7的结构片段为→4)-α-D-Glcp-(1→4)-α-D-Glcp-(1→4)-α-D-Glcp-(1→4)-α-D-Glcp-(1→4)-α-D-Glcp-(1→4)-β-D-Manp-(1→4)-α-D-Glcp/β-D-Glcp。通过对DNP-6和DNP-7的连接方式及金钗石斛均一多糖主链结构进行比较，可知DNP-6和DNP-7的糖苷键全部由(1→4)糖苷键构成，且无支链结构。

9DNP-6和DNP-7对细胞活力的影响

肝脏在维持动态血糖稳态中起着重要的调控作用。Glc摄取负荷后，1/3的Glc被肝脏吸收，HepG2细胞是人肝母细胞瘤细胞，在体外保持高度的形态分化和功能，广泛用于研究Glc代谢和胰岛素信号通路调控，因此本研究采用HepG2细胞进行降糖相关体外实验。利用MTS法检测DNP-6和DNP-7处理后HepG2细胞的存活率，判断样品对细胞活力的影响。由图9可知，与空白组相比，DNP-6在质量浓度低于400 µg/mL时，HepG2细胞存活率较高，当质量浓度高于400 µg/mL时，细胞存活率显著降低（P＜0.05）；DNP-7在质量浓度低于400 µg/mL时，HepG2细胞存活率较高，当质量浓度高于400 µg/mL时，细胞存活率显著降低（P＜0.001）。结果表明，在不同质量浓度（50～400 µg/mL）条件下，均一多糖对HepG2细胞无显著毒性。因此，选择100、200、400 µg/mL 3 个质量浓度条件进行后续的实验。

10DNP-6和DNP-7对细胞Glc摄取能力的影响

本研究在细胞水平上探究DNP-6和DNP-7是否能促进HepG2细胞对Glc的摄取，向细胞培养基中加入高浓度的Glc后，若细胞能够促进Glc的摄取和分解转化，培养基中的Glc浓度将相应下降，则说明Glc消耗量增加，从而反映出DNP-6和DNP-7的降糖能力。由图10可知，与空白组（（2.41±0.27）mmol/L）相比，DNP-6在3 个质量浓度条件下的Glc摄取量分别为（3.25±0.45）、（3.78±0.58）、（3.92±0.58）mmol/L （P＜0.05、P＜0.001），DNP-7在3 个质量浓度条件下的Glc摄取量分别为（3.11±0.31）、（3.73±0.33）、（3.80±0.35）mmol/L（P＜0.01、P＜0.001），添加均一多糖后的Glc摄取能力均呈剂量依赖性。结果表明，两者均能提高细胞的Glc摄取能力。

11均一多糖对胰岛素抵抗的改善作用

胰岛素抵抗是机体对正常水平的胰岛素不能做出充分反应的病理状态，导致胰岛素不能有效降低血糖水平，进而引发2型糖尿病等一系列代谢性疾病的发生，因此改善胰岛素抵抗至关重要。本研究通过胰岛素抵抗HepG2细胞模型探究DNP-6和DNP-7能否促进细胞对Glc的摄取，进一步评估其降糖能力。根据图11可知，正常组细胞表现出正常的葡萄糖摄取能力，其Glc摄取量为（37.29±4.02）mmol/L；与正常组相比，模型组的Glc摄取能力显著降低（P＜0.001），其Glc摄取量为（13.27±1.68）mmol/L；与模型组相比，给药组可以显著增加HepG2细胞对Glc的摄取量，当DNP-6质量浓度为200、400 µg/mL时Glc摄取量分别为（19.23±2.96）、（25.22±3.55）mmol/L（P＜0.05、P＜0.001），当DNP-7质量浓度为200、400 µg/mL时Glc摄取量分别为（19.06±1.95）、（21.43±3.23）mmol/L（P＜0.01、 P＜0.001）。结果表明，两者均能提高模型组的葡萄糖摄取量，在一定程度改善了胰岛素抵抗。

多糖的生物活性很大程度上取决于其结构特征，主要包括分子质量、单糖组成和糖苷键。已有研究表明，多糖的跨膜能力会因其分子质量过高而受到限制，若分子质量过低，则其在溶液中难以形成稳定有效的活性结构。在本研究中，DNP-6的分子质量高于DNP-7，且其促进葡萄糖摄取与改善胰岛素抵抗的活性显著优于DNP-7，表明高分子质量均一多糖具有降糖优势。有研究表明，Gal、Ara和Glc组成的杂多糖能显著改善胰岛素抵抗并增加Glc摄取能力，其中高含量的Glc是降血糖的主要原因。此外，具有α-Glcp残基的多糖可作为控制高血糖的关键因素。例如Zhang Wenna等从芡实（Euryale ferox Salisb）中分离出α-Glcp，改善了HepG2和3T3-L1细胞的胰岛素抵抗并增加了Glc消耗；来自海参（Stichopus japonicus）的中性多糖，主要由→4)-α-D-Glcp-(1→组成，通过蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3 beta，GSK-3β）信号通路显著改善胰岛素抵抗；从谷物、真菌及其他天然来源提取的β-D-Glcp和带有1→4糖苷键的多糖也显示出降血糖活性。因此，DNP-6和DNP-7具有降糖活性可能与其含有→4)-α-D-Glcp-(1→糖苷键、末端α/β-D-Glcp残基以及高含量的Glc等结构特征有关。

12石斛多糖胰岛素抵抗网络可视化分析

本研究使用Web of Science数据库进行系统性检索，检索关键词为“石斛多糖”“胰岛素抵抗”和“降糖活性”等相关术语，共检索到400余篇相关文献。经过全面的文献回顾，利用VOSviewer软件构建了关键词共现图（图12）。

如图12所示，红色节点与胰岛素抵抗的连线较粗且密集，表明其与多糖具有高强度的直接关联，提示多糖改善胰岛素抵抗的主要通路可能为磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt信号通路。胰岛素是调节糖脂代谢和能量代谢的重要激素，PI3K/Akt信号通路是调节胰岛素敏感性的关键途径之一。当胰岛素与胰岛素受体结合时，其受体β亚基的酪氨酸激酶（PTK）被激活，激活的PTK作用于胰岛素受体底物（IRS）进行磷酸化。磷酸化的IRS与PI3K的调控亚基相互作用，激活其催化亚基并激活Akt。活化的Akt从质膜释放，转移到细胞核、细胞质和线粒体，作用于Glc转运蛋白4（GLUT4）和GSK-3β等底物，通过多种途径参与胰岛素代谢调控。在本研究中，金钗石斛均一多糖虽然能够增强细胞Glc摄取能力和改善胰岛素抵抗，但其深层机制尚不明确，后续将进一步利用细胞实验和动物模型深入研究其在体内的代谢过程、与生物分子的相互作用以及对血糖调节相关信号通路的影响，从而全面解析其降血糖的作用机制，为金钗石斛均一多糖在糖尿病治疗领域的应用提供更坚实的理论依据。

结 论

本研究对金钗石斛多糖进行提取、分离纯化，得到两个均一多糖（DNP-6和DNP-7），其分子质量分别为2.70×103 Da和1.23×103 Da；并采用多种方法对DNP-6和DNP-7的结构进行表征。结果显示，DNP-6和DNP-7的主要结构可能为→4)-α-D-Glcp-(1→4)-α-D-Glcp-(1→4)-α-D-Glcp-(1→4)-α-D-Glcp-(1→4)-α-D-Glcp-(1→4)-β-D-Manp-(1→4)-α-D-Glcp/β-D-Glcp。体外降糖活性研究表明，DNP-6和DNP-7均能增加Glc摄取量和改善胰岛素抵抗，且DNP-6的降糖能力优于DNP-7。这一结果可能与其较高的分子质量、富含Glc的葡甘聚糖结构以及特定的关键糖苷键类型（α-Glcp）有关。本研究分离纯化得到了金钗石斛均一多糖并阐明了其结构特征，证明了金钗石斛在餐后血糖调节方面的潜在药用价值，可为后续产品开发提供技术支持和理论依据。

第一作者

郭兴利，贵州医科大学药学院2023级药学研究生。2019年9月-2023年6月，山西中医药大学药学院，本科；2023年9月-2026年6月在贵州医科大学药学院，硕士。

引文格式：

郭兴利, 王元鹤, 张艳烨, 等. 金钗石斛多糖的结构表征及体外降糖活性分析[J]. 食品科学, 2026, 47(10): 85-96. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251024-177.

GUO Xingli, WANG Yuanhe, ZHANG Yanye, et al. Structural characterization and in vitro hypoglycemic activity of polysaccharides from Dendrobium nobile Lindl.[J]. Food Science, 2026, 47(10): 85-96. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251024-177.

实习编辑：杨琼；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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