引言：

溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种与肠黏膜损伤、免疫失衡和持续性炎症密切相关的慢性肠道疾病。近年来，天然多糖因具有较好的抗炎和免疫调节潜力，逐渐成为结肠炎干预研究的重要方向。已有研究表明，不少天然多糖可通过调节肠道菌群组成、改善菌群失衡及其相关代谢过程，从而促进肠屏障修复、减轻肠道炎症。因此，“调节肠道菌群”也成为解释天然多糖缓解结肠炎作用的常见机制之一。

肠道并不仅仅是微生物定植的场所，肠上皮细胞及其构成的黏膜免疫系统同样参与肠道稳态和炎症反应。对于口服进入肠道的多糖而言，其与肠上皮细胞及黏膜免疫系统之间是否存在直接作用，是理解其生物学效应的另一重要切入点。论文作者此前的研究发现，多花黄精多糖Polygonatum cyrtonema Hua polysaccharide（PCP）能够在胃肠道中保持一定结构稳定性，并与肠上皮细胞发生直接相互作用，由此提出一个值得关注的问题：PCP缓解结肠炎的作用，是否一定要通过肠道菌群实现？

围绕这一问题，本研究从PCP结构鉴定出发，结合DSS诱导的急性结肠炎模型、肠道菌群耗竭模型以及Caco-2/RAW264.7共培养炎症模型，系统考察PCP对疾病表型、肠屏障、炎症免疫反应及肠道菌群的影响，并进一步探索其可能涉及的细胞内信号通路。研究结果为理解天然多糖缓解结肠炎的作用模式提供了不同于单纯“菌群介导”的证据。

图1. PCP可直接调节炎症免疫反应，进而调控肠道菌群

PCP的结构特征：一种菊粉新系列型果聚糖

在研究天然多糖的生物学作用时，首先需要明确其化学结构，因为分子量、单糖组成以及糖苷键连接方式等结构特征，都会影响多糖与肠道环境及宿主细胞之间的相互作用。本研究首先对来源于黄精（Polygonatum cyrtonema Hua）的多糖PCP进行了分离纯化和结构表征，获得了一种较为均一的多糖组分。SEC-MALLS-RI分析显示，PCP的平均分子量约为5.65 kDa，分散系数Mw/Mn为1.04；单糖组成分析进一步表明，果糖和葡萄糖是其主要组成成分。

为了进一步明确PCP的糖链结构，研究人员综合采用了甲基化分析、GC-MS、FT-IR以及¹H NMR、¹³C NMR、COSY、HSQC和HMBC等多种分析方法。从甲基化分析结果来看，PCP中主要存在不同形式的β-D-果糖残基连接，包括（2→1）和（2→6）糖苷键，同时还检测到与果糖残基相连的葡萄糖残基。结合二维核磁共振结果，研究提出PCP主要由（2→1）连接的β-D-果糖残基构成线性主链，并含有（2→6）连接的果糖侧链以及一个内部葡萄糖残基。

基于上述结构证据，作者将PCP归类为菊粉新系列型果聚糖（inulin neoseries-type fructan）。不同来源黄精多糖虽然同属果聚糖，但其分子量、聚合度及糖苷键连接方式可能存在差异，而这些结构差异可能进一步影响其生物学功能。明确PCP的结构特征，不仅是后续开展药效研究的基础，也为理解其与肠道菌群及宿主肠黏膜之间的相互作用提供了重要依据。

图2. PCP的结构表征

PCP能够改善DSS诱导的急性结肠炎

研究通过DSS诱导的小鼠急性结肠炎模型评价其体内保护作用。实验设置50、100和200 mg/kg/day三个PCP剂量组。结果显示，与正常小鼠相比，DSS处理后小鼠出现明显的粪便稀软、肠道出血以及疾病活动指数（DAI）升高等典型结肠炎表现；而PCP干预后，上述症状得到不同程度改善，其中中、高剂量组的DAI显著下降。与此同时，PCP还能够缓解DSS导致的体重下降，并改善小鼠的进食和饮水情况。

结肠形态和组织学结果进一步支持了PCP的保护作用。DSS处理导致小鼠结肠明显缩短，并伴随黏膜水肿、杯状细胞减少、隐窝结构破坏、中性粒细胞浸润及较大范围的溃疡形成。PCP处理后，结肠缩短得到缓解，组织损伤明显减轻，其中高剂量组的改善更为突出。与此同时，AB和PAS染色显示，DSS造成的结肠黏液分泌减少也能够被PCP部分恢复。

从疾病活动、体重变化、结肠形态以及组织病理等多个层面的结果来看，PCP能够明显缓解DSS诱导的急性结肠炎。这些结果首先证明的是PCP具有明确的结肠炎改善效应，至于这种保护作用涉及哪些具体的肠黏膜和免疫机制，还需要结合后续实验进一步解析。

图3. PCP改善DSS诱导的急性结肠炎

PCP改善肠屏障相关蛋白表达

肠屏障是维持肠道稳态的重要组成部分，其完整性不仅依赖于上皮细胞之间的紧密连接，也与黏液层及黏膜免疫防御密切相关。为进一步分析PCP对肠屏障的影响，研究对小鼠结肠组织中的IgA、MUC2以及紧密连接相关蛋白ZO-1和Occludin进行了免疫组织化学分析。结果显示，DSS处理后，结肠组织中IgA、MUC2、ZO-1和Occludin的表达均明显下降，提示急性结肠炎伴随着黏膜保护和上皮屏障功能受损。

DSS组结肠组织中的Ly6G表达明显升高，提示炎症状态下中性粒细胞相关浸润增加。PCP干预后，IgA表达得到恢复，Ly6G信号明显降低；ZO-1、Occludin和MUC2的表达也明显改善。也就是说，PCP对肠黏膜的保护并不局限于单一屏障指标，而是同时涉及黏液屏障、上皮紧密连接以及黏膜免疫相关变化。

结合前述结肠组织病理学结果可以看出，PCP改善DSS诱导结肠炎的同时，也能够减轻炎症相关的肠屏障损伤，为后续进一步探讨PCP如何调节炎症免疫反应提供了重要依据。

图4. PCP改善肠屏障相关蛋白表达

PCP调节炎症免疫反应并恢复Th17/Treg平衡

炎症免疫反应失衡是结肠炎持续发展的重要特征。为进一步明确PCP对免疫炎症状态的影响，研究检测了小鼠结肠组织和血清中的多种炎症细胞因子。结果显示，与正常组相比，DSS处理后IL-6、IL-18、IL-17A、IL-1β、TNF-α和IFN-γ水平均明显升高，而抗炎细胞因子IL-10显著降低。PCP干预后，这些异常变化得到明显改善，高剂量PCP能够降低多种促炎细胞因子，同时提高IL-10水平，提示其能够抑制DSS诱导的过度炎症反应。

除炎症因子外，研究进一步通过流式细胞术分析肠系膜淋巴结中的Th17和Treg细胞。DSS诱导的结肠炎表现为Th17细胞比例升高、Treg细胞比例下降，而PCP处理后，这一变化趋势得到明显逆转，即Th17比例降低、Treg比例升高。与此同时，DSS导致的胸腺萎缩和脾脏肿大也得到一定程度改善。

这些结果表明，PCP不仅能够降低炎症因子水平，还能够调节Th17/Treg细胞平衡，从多个层面改善DSS诱导的异常炎症免疫状态，为其后续的肠屏障保护作用提供了重要依据。

图5. PCP调节炎症免疫反应

PCP改善DSS诱导的肠道菌群紊乱

PCP已被证实能够改善DSS诱导的结肠炎症状、肠屏障损伤及异常炎症免疫反应。考虑到天然多糖常被认为可通过调节肠道菌群发挥作用，研究进一步采用16S rRNA基因测序分析PCP对肠道微生态的影响。结果显示，DSS处理后小鼠肠道菌群的Shannon、Simpson、Chao1和Ace等多项α多样性指标均明显下降，提示结肠炎伴随着菌群丰富度和多样性的降低；而PCP干预后，这些指标均呈恢复趋势。

进一步分析菌群组成发现，DSS导致Bacteroidota相对丰度下降，而Firmicutes和Proteobacteria增加；PCP处理后，Bacteroidota丰度得到提高，同时Proteobacteria水平下降。在属水平上，DSS造成Lactobacillus、Akkermansia、Bacteroides和Blautia等菌属减少，而Helicobacter、Ruminococcus torques group、Escherichia-Shigella和Desulfovibrio等增加，PCP处理则使这些菌群变化出现不同程度的恢复。

因此，PCP不仅能够改善DSS诱导的肠道炎症和屏障损伤，还能够同步纠正部分肠道菌群紊乱。菌群组成的恢复究竟是PCP发挥作用的原因，还是炎症环境改善后的伴随变化，仅凭这一结果尚不能确定，这也为后续的菌群耗竭实验埋下了关键伏笔。

图6. PCP改善DSS诱导的肠道菌群紊乱

PCP缓解结肠炎不依赖肠道菌群

前面的结果显示，PCP能够改善DSS诱导的结肠炎，同时伴随肠道菌群多样性和组成的恢复。但菌群变化是否是PCP发挥保护作用的必要条件，仍需要进一步验证。为此，研究采用万古霉素、氨苄西林、甲硝唑和硫酸新霉素组成的广谱抗生素鸡尾酒预处理小鼠，以显著耗竭肠道菌群，并在此基础上建立DSS结肠炎模型。粪便培养结果显示，抗生素处理组基本未见细菌生长，提示肠道菌群得到有效耗竭。

关键结果随之出现：即使在肠道菌群显著耗竭的情况下，PCP仍能够改善DSS诱导的结肠缩短、疾病活动指数和体重下降，并降低结肠组织及血清中的IL-1β、IL-6和TNF-α水平。与此同时，PCP依然能够减轻结肠组织病理损伤，恢复ZO-1、Occludin和MUC2表达，并进一步降低Th17细胞比例、提高Treg细胞比例。

这些结果表明，PCP缓解DSS诱导结肠炎的作用并不以完整肠道菌群为必要条件。换言之，PCP对炎症、肠屏障和免疫平衡的改善，即使在菌群被显著削弱后仍然存在。由此，研究进一步将关注点从肠道微生物转向宿主细胞，探索PCP是否能够直接调节肠上皮与炎症免疫反应。

图7. PCP以非依赖菌群的方式改善了小鼠的结肠炎

PCP通过调节炎症信号改善肠上皮屏障

为进一步探讨PCP在缺乏肠道菌群参与的条件下如何发挥作用，研究建立了Caco-2/RAW264.7共培养炎症模型，以模拟肠上皮细胞与免疫细胞共同参与的炎症微环境。LPS刺激后，Caco-2细胞和RAW264.7巨噬细胞的多种促炎因子明显升高，而从Caco-2细胞顶端加入PCP后，IL-6、IL-8、TNF-α及IL-1β等炎症因子的释放均受到抑制。

与此同时，炎症刺激导致Caco-2单层中ZO-1、Occludin和MUC2表达下降，并伴随FITC-D4通透性升高，提示肠上皮屏障完整性受到破坏。PCP处理后，ZO-1、Occludin和MUC2表达得到恢复，FITC-D4通透性明显降低，说明PCP能够改善炎症状态下的肠上皮屏障功能。

进一步的机制分析发现，PCP可剂量依赖性抑制巨噬细胞中ERK、JNK和P38的磷酸化，同时减少NF-κB P65向细胞核转位。由此，研究提示PCP可能通过抑制MAPK/NF-κB相关炎症信号，降低炎症介质释放，并进一步减轻炎症对肠上皮屏障的损伤。需要强调的是，具体的上游受体及直接识别机制在本研究中尚未得到进一步验证。

图8. PCP通过调节炎症信号改善肠上皮屏障

参考文献：

Polygonatum cyrtonema Hua polysaccharide alleviates ulcerative colitis via gut microbiota-independent modulation of inflammatory immune response. Carbohydr Polym. 2025;356:123387. doi:10.1016/j.carbpol.2025.123387