乙酰化与羧甲基化修饰对肠球菌源葡聚糖理化特性及抗结肠癌活性的影响

本研究针对天然多糖功能单一的问题，通过乙酰化(AG)和羧甲基化(CG)化学修饰Enterococcus hirae OL616073菌株产生的葡聚糖EPS。结果表明：CG显著提升水溶性(94.17%)和抗HCT116结肠癌细胞活性(47.04%抑制率)，AG增强乳化稳定性(81.10%)，二者均改善流变特性。该研究为功能性食品和抗肿瘤药物开发提供了新型生物材料。

　　

在追求可持续生物材料的浪潮中，微生物胞外多糖(EPS)因其可降解性和生物相容性成为研究热点。然而，天然多糖往往存在功能单一、生物活性不足等瓶颈问题。以结肠癌为例，作为全球第三大高发恶性肿瘤，传统化疗药物伴随严重副作用，亟需开发天然抗肿瘤制剂。Enterococcus hirae OL616073菌株产生的葡聚糖虽具有(1→6)-α-糖苷键结构，但其原始功能尚不能满足应用需求。

印度旁遮普大学食品科学与技术系的研究团队在《Biotechnology for Sustainable Materials》发表创新成果，通过乙酰化和羧甲基化双重化学修饰策略，系统改造了该葡聚糖的分子特性。研究采用核磁共振(¹H NMR)和傅里叶红外光谱(FTIR)确认取代度(DS分别为0.20和0.88)，结合扫描电镜(SEM)和动态光散射(DLS)揭示CG形成526.4 nm粗糙颗粒而AG呈现365.8 nm团聚体。关键发现包括：羧甲基化使水溶性提升20%，水接触角降至44.13°；乙酰化产物乳化稳定性达81.10%；CG在500μg/mL浓度下对HCT116细胞抑制率较AG提高2.7倍。

主要技术方法

研究通过乙酸酐/N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)体系实现乙酰化，异丙醇/氯乙酸钠体系完成羧甲基化；采用MTT法评估抗肿瘤活性；通过热重分析(TGA-DSC)和X射线衍射(XRD)表征热稳定性与结晶度；结合流变学测试分析乳化性能和水合特性。

结构表征结果

FTIR光谱在AG中检出1648.5 cm^-1特征峰(C=O)，CG在1606 cm^-1出现COO-振动峰。¹H NMR显示AG在1.91 ppm出现乙酰基特征峰。XRD证实两种修饰均保持无定形结构，但CG衍射峰位移至23.45°。

功能特性发现

• 流变特性：CG使压缩指数降至21.81%， Hausner比1.27，改善粉末流动性

• 水合性能：CG水结合力达494.22%，较原始葡聚糖提升50%

• 热稳定性：原始样品在260℃开始降解，AG在150℃即失重20%

• 抗肿瘤活性：CG通过诱导代谢应激，对HCT116细胞抑制率显著高于AG(p<0.05)

讨论与意义

该研究首次揭示羧甲基化可通过引入-COO-基团增强多糖与癌细胞膜相互作用，这与Ganoderma lucidumβ-葡聚糖的促凋亡机制相呼应。乙酰化则通过疏水作用提升界面稳定性，为食品乳液体系提供新选择。值得注意的是，两种衍生物在500μg/mL浓度下仍保持低细胞毒性，符合FDA对食品添加剂DS≤0.2的安全要求。未来研究可进一步解析CG诱导HCT116细胞凋亡的p38/MAPK信号通路机制，并探索其在结肠靶向给药系统的应用潜力。