烟台理工学院发酵黄芪果胶多糖FAPS – C1结构解析与降尿酸活性研究

药食同源生物改性与活性成分开发研究范式

高尿酸血症是嘌呤代谢紊乱引发的慢性代谢性疾病，全球发病率持续攀升，当前临床治疗以黄嘌呤氧化酶抑制剂、尿酸氧化酶制剂及促尿酸排泄药物为主，虽可短期降低尿酸、延缓病程，但常伴随严重过敏反应、肝肾损伤等副作用，亟需开发安全有效、可长期使用的替代干预方案。

黄芪是传统药食同源中药材，多糖为其核心活性成分，具有广泛的药理活性、良好的生物相容性和低毒性。前期研究证实，蝉拟青霉双向固态发酵黄芪可显著降低高尿酸模型大鼠的血尿酸、甘油三酯与肌酐水平，多糖被认为是发酵产物中发挥降尿酸作用的关键物质。目前该领域仍存在明显研究空白：发酵黄芪来源的活性多糖均一组分尚未分离鉴定，其精细结构特征与构效关系不明确；现有高尿酸机制研究多聚焦于尿酸生成与肾尿酸转运体，对氧化应激、线粒体功能紊乱与能量代谢异常在疾病进展中的作用关注不足。

基于此，烟台理工学院孙胜谦团队拟从蝉拟青霉发酵黄芪中筛选分离具有降尿酸活性的果胶多糖FAPS-C1，系统解析其结构特征与理化性质，验证体外降尿酸活性，并从PGC-1α/DRP1介导的线粒体稳态通路探究其保护机制，为高尿酸血症的新型干预方案与黄芪发酵产品开发提供科学依据。

核心痛点

其一，现有主流药物如黄嘌呤氧化酶抑制剂、促尿酸排泄剂虽能快速降低尿酸水平，但易引发严重过敏反应、肝肾损伤等不良反应，缺乏可长期使用的安全替代方案。

其二，发酵黄芪中发挥降尿酸作用的核心多糖成分尚未被分离鉴定，其精细化学结构、体内吸收与分布规律、靶器官富集特征均不明确；同时现有研究多聚焦尿酸生成抑制与肾尿酸转运体调控，忽视了高尿酸血症伴随的线粒体功能紊乱、氧化应激与尿酸排泄障碍的恶性循环，对多糖干预的深层机制解析不够深入。

本技术核心优势

研究基于黄嘌呤氧化酶诱导的HK-2细胞高尿酸模型，对0～28天不同发酵时间的黄芪发酵粗多糖进行活性筛选。结果显示，发酵第23天的粗多糖降尿酸效果最强（p<0.01），最终确定23天为最优发酵时间，用于后续活性多糖的分离纯化。

▲图1 基于HK-2细胞模型的降尿酸活性粗多糖筛选

接下来，团队通过DEAE-52阴离子交换色谱与Sephadex G-100凝胶过滤色谱逐级纯化，从发酵产物中分离得到均一多糖FAPS-C1，结合单糖组成分析、甲基化分析、核磁共振波谱等技术完成结构解析：该多糖分子量为5462 Da，属于以高半乳糖醛酸聚糖（HG）为主、穿插短链鼠李半乳糖醛酸聚糖I（RG-I）的果胶类多糖，主链由→4)-α-GalpA-(1→重复单元构成，侧链包含阿拉伯聚糖与独特的甘露聚糖分支，明确了其精细结构与构效关系基础。

▲图2：多糖的分离纯化流程

图3：均相多糖的活性筛选、理化性质与光谱分析

图4：FAPS-C1的结构解析与分析

发酵得到的FAPS-C1具有比未发酵多糖更稳定有序的手性高级构象，具备良好的热稳定性，可耐受常规食品加工与储存温度，为其后续功能产品开发提供了理化基础支撑。

▲图5：FAPS-C1的空间构象分析

FAPS-C1口服后血药浓度达峰时间为8小时，主要富集于结肠、小肠与肾脏，24小时内大部分随粪便排出。肾脏作为核心靶器官，可富集活性片段。

▲图6：异硫氰酸荧光素（FITC）标记FAPS-C1的工艺验证与结构表征

▲图7：口服给药后0-24 h内荧光标记FAPS-C1的体内分布

高尿酸模型组HK-2细胞中尿酸重吸收转运体URAT1、GLUT9表达显著上调，排泄转运体OAT1、OAT3、ABCG2表达下调，肾小管尿酸转运平衡被打破。FAPS-C1可剂量依赖性地双向调控上述转运体，抑制尿酸重吸收并促进尿酸排泄，其中高剂量组的调控趋势与阳性药苯溴马隆相近。

▲图8：FAPS-C1调控尿酸排泄与重吸收的作用机制

高尿酸环境会诱导HK-2细胞内总ROS与线粒体超氧化物大量累积，引发细胞氧化应激与线粒体氧化损伤。FAPS-C1可剂量依赖性地降低胞内总ROS与线粒体超氧化物水平，其抗氧化损伤效果优于未发酵多糖与苯溴马隆。

▲图9：FAPS-C1改善细胞氧化应激的能力

高尿酸环境会抑制HK-2细胞中线粒体生物发生核心因子PGC-1α及其下游NRF1、TFAM的表达，同时促进线粒体分裂蛋白DRP1过度激活、细胞色素C从线粒体漏出，引发线粒体稳态失衡。FAPS-C1可剂量依赖性地逆转上述蛋白的异常表达，通过调控PGC-1α/DRP1/NRF1/TFAM/Cyt.C信号通路，平衡线粒体分裂与融合过程，维持线粒体结构与功能稳态。

▲图10：HK-2细胞模型中FAPS-C1对线粒体动态调控轴的影响

总结

本研究首次系统证实蝉拟青霉双向固态发酵可显著提升黄芪多糖的降尿酸活性，成功分离鉴定出新型果胶类多糖FAPS-C1，明确了其精细化学结构与空间构象特征。研究验证了FAPS-C1在HK-2细胞模型中的显著降尿酸与肾保护作用，阐明了其“调控尿酸转运体+修复线粒体稳态”的双重作用机制，并清晰揭示了其口服后的体内吸收、分布与排泄规律。

本研究不仅为高尿酸血症的安全干预提供了全新的天然先导化合物，也为药食同源中药材

的生物改性与活性成分开发提供了完整的研究范式，同时从线粒体功能角度深化了对高尿酸血症肾损伤机制的认知，为后续相关功能食品与创新药物的研发奠定了坚实的理论与实验基础。

原文章：

YIN Z, LI J, BI S, et al. Structural characterization of a fermentation-produced pectic polysaccharide from Astragalus membranaceus and its mechanistic role in alleviating hyperuricemia via mitochondrial homeostasis[J/OL]. International Journal of Biological Macromolecules, 2026.