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山药多糖铁（Ⅱ）络合物的制备及其降糖活性研究

申报人：马新月 申报日期：2026-03-17

基本情况

2026创新项目
山药多糖铁（Ⅱ）络合物的制备及其降糖活性研究 学生申报
创新训练项目
医学
药学类
学生来源于教师科研项目选题
二年期
糖尿病已经成为威胁人类健康的严重疾病之一，是现代社会的主要健康危害和经济负担。我国食药资源丰富，从中挖掘活性物质并进行开发利用，创制新型营养健康产品具有重要现实意义。山药是一种我国传统的食药两用物质，其主要成分之一就是山药多糖，具有调节免疫、降血糖、抗氧化、抗衰老、抗肿瘤等作用，具有广阔的应用前景。研究发现山药多糖与铁（Ⅱ）络合可以显著提高其生物活性，这为该络合物在降糖方面的研究提供了坚实的理论基础。研究内容主要包括： （1）通过酸法提取、醇沉、除蛋白获得山药多糖； （2）山药多糖与铁（Ⅱ）进行络合，经透析、冻干获得络合物； （3）山药多糖铁（Ⅱ）络合物降糖活性研究，通过体外细胞降糖实验证实山药多糖铁（Ⅱ）络合物体外降糖活性；再通过动物实验（糖尿病小鼠）验证其体内降糖效果，为其他多糖与金属络合物功能的研究提供借鉴意义。
    申请者利用周末和假期时间帮助老师进行一些科研课题与项目，并开展了一些与本课题相关的实验研究，目前已完成本课题所需山药多糖的提取工作，正在山药多糖和二价铁的络合实验，这些工作为本课题的完成打下了坚实的前期基础。
    指导教师现主持山东省自然科学基金青年基金项目1项（ZR2023QB265）、2025年大学生创新训练计划校级项目1项（cx2025184）、2024年大学生创新训练计划校级重点项目1项（cx2024173z）2023年大学生创新训练计划校级重点项目1项（cx2023156z），前期参与国际(地区)合作与交流项目（21961142016）、国基金面上项目（21877073），在寡糖的酶法合成、多糖的提取等方面进行了系统研究，为本课题的顺利进行奠定了坚实的基础。
    指导教师前期的科研项目均是关于寡糖酶法合成及多糖分离纯化方面的研究，并在此基础上进行了相关多糖与金属螯合的工作，与本课题有很大的相关性和延续性，为本课题的顺利开展奠定了良好的基础并提供有力的理论和实验支持。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
马新月 药学院 药物制剂（本科） 2024 总体设计与实施
施清锌 药学院 药物制剂（本科） 2024 山药多糖铁（II）络合物的制备
徐浩茹 药学院 药物制剂（本科） 2024 动物降糖实验
马冬雪 药学院 药物制剂（本科） 2024 降糖体外细胞实验
崔雨晴 药学院 药物制剂（本科） 2024 酸提取山药多糖、除蛋白

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
方文元 药学院 否
刘静 药学院 否

立项依据

 本项目的研究目的主要包括以下几个方面：
（1）利用酸提取法提取山药中的多糖，通过单因素筛选实验确定山药多糖和二价铁的最佳反应条件，以获得山药多糖与二价铁络合物。
（2）通过体外实验细胞确定山药多糖与二价铁络合物的活性，再通过动物实验（糖尿病小鼠）验证其体内降糖效果，为其他多糖与金属螯合提供借鉴意义。
 本项目利用酸提取法制备山药多糖，随后与二价铁离子进行螯合反应，实现山药多糖与二价铁络合物的制备。详细内容如下：
（1）山药多糖的制备
 a）山药多糖的提取：取干燥山药片破碎至粉末状，准确称取20 g山药片粉末于圆底烧瓶中，加入300 mL 0.1M HCI，80 ℃搅拌加热3 h，离心取上清液，离心残渣收集并重复提取2次，合并水相提取液蒸发浓缩至100 mL，加入无水乙醇至乙醇占比为75%，4℃静置过夜，于4000 rpm离心5 min取沉淀，用双蒸水复溶即得到粗提山药多糖。
 b）除蛋白：取100 ml粗山药多糖溶液，加入30 ml的Sevage（二氯甲烷：正丁醇=4:1）溶液，搅拌20 min, 4000 rpm离心10 min取上清，萃取，再脱一次蛋白，萃取，水相旋蒸至40 mL，3500 Da透析两天，旋蒸，冻干得山药多糖。
（2）山药多糖铁（Ⅱ）络合物的制备
山药多糖由本实验室自制，称取1 g干燥的山药多糖，于60 ℃加热溶解于10 mL水中。蒸馏水配制2 M的铁（Ⅱ）溶液和2 M的NaOH溶液备用。
在70 ℃水浴条件下将10 mL山药多糖溶液调节至pH=8，在不出现沉淀的情况下，用胶头滴管缓慢滴加预配制好的2 M的铁（Ⅱ）溶液和2 M的NaOH至山药多糖溶液中，注意维持溶液的pH=7-8。直到溶液中出现絮状沉淀再滴一滴铁（Ⅱ）溶液，保持70 ℃加热2 h。4000 rpm离心5 min取上清液，加入40 mL的95%乙醇，冷却静置离心，收集沉淀，获得山药多糖铁（Ⅱ）络合物粗品。
（3）透析袋处理：用2% NaHCO₃和1 mM的EDTA (pH=8)混合液中煮沸10 min,蒸馏水洗净，再用1 mM的EDTA (pH=8)煮沸10 min,冷却置于4 ℃冰箱备用。透析袋处理需要戴手套，处理后保证透析袋浸没于保存液之内。装入透析袋中夹紧，1L大烧杯加水磁力搅拌透析过夜，透析后样品浓缩冷冻干燥。
（4）山药多糖铁（Ⅱ）络合物降糖活性研究
 a）体外细胞降糖实验：通过体外细胞培养获得足量的实验细胞，随后建立胰岛素抵抗模型，通过分组与给药确定各组葡萄糖的消耗量，以证实山药多糖铁（Ⅱ）络合物体外降糖活性。
 b）动物实验：选取SPF级雄性C57BL/6J小鼠，6-8周龄，体重18-22g。适应性喂养1周。模型的建立通过高脂喂养，链脲佐菌素（STZ）注射、模型的验证等步骤，随后进行分组与给药。一般指标和核心降糖指标的记录与监测。
   植物多糖是一种以α-或β-糖苷键连接多种相同或不同单糖构成的生物大分子，是生物维持生命活动的主要能源物质1。随着国内外学者的不断深入研究发现山药多糖、南瓜多糖以及银耳多糖等多种植物多糖均具有降血糖活性，其降血糖活性机制主要包括促进胰岛素分泌、保护和修复胰岛β细胞、增强胰岛素敏感性、改善糖代谢、抑制葡萄糖吸收以及增强抗氧化能力2-4。胰岛β细胞作为我们体内唯一能分泌胰岛素的细胞，对于维持血糖以及代谢稳态起着关键作用5。抑制胰岛β细胞的凋亡或者保护修复胰岛β细胞，可以促进胰岛β细胞对胰岛素的分泌，进而发挥降血糖的作用。
 1）山药多糖的降血糖作用及机制
   山药是一种我国传统的食药两用物质，在中国有悠久的食用和药用历史。山药多糖（Chineseyam polysaccharide, CYPS）作为山药的主要活性成分之一，因其显著的生物活性而受到广泛关注，如免疫调节、降血糖、降血脂、抗氧化、抗炎和抑菌作用6。体外研究发现CYPS对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶具有显著的抑制作用7。研究表明，CYPS可以提高胰岛素抵抗HepG2细胞的细胞葡萄糖消耗量和晶胞葡萄糖消耗量，增强对胰岛素的敏感性，表明CYPS降血糖活性的一个相应途径是通过提高胰岛素敏感性，来降低血糖水平8。金蕊等9研究表明，CYPS可以提高1型糖尿病大鼠胸腺和脾脏指数，增强血清活性氧水平，降低肝脏丙二醛含量，从而降低模型大鼠血糖和血脂水平。在食用高脂肪饮食的动物或糖尿病遗传大小鼠模型中，CYPS可以降低大小鼠的空腹血糖和葡萄糖耐量，增加胰岛素分泌，也可以改善脂代谢标志物和减少炎症标志物，从而改善糖尿病大小鼠血糖10。此外，CYPS还可以降低高脂饲料喂养的2型糖尿病小鼠的体重，增加肠道菌群的物种多样性及总量，改变菌落群落比例，降低总胆固醇水平，减少内脏脂肪组织中饱和脂肪酸、血清瘦素和白介素-1 β水平的形成以及基质金属蛋白酶-3的表达，表明CYPS可以改善2型糖尿病小鼠肠道微生物群失调和炎症反应，增加胰岛素敏感性，改善的胰岛素抵抗和糖脂代谢紊乱11, 12。以上研究表明，CYPS是山药中预防糖尿病的有效化合物。
   二价铁在人体中处于核心地位，它首先是血红蛋白和肌红蛋白的关键组分，作为氧气的“搬运工”负责全身的氧气运输与储备；同时它也是线粒体中能量代谢酶类的必需辅助因子。此外，二价铁还深度参与大脑神经递质的合成与髓鞘形成以支持认知功能，并通过促进免疫细胞增殖和杀菌作用来维持免疫防御，同时它也是基因表达调控中转录因子的重要组成部分。但是关于山药多糖与铁(Ⅱ)络合物的研究，目前主要是将其作为一种新型、温和的铁元素补充剂13。例如，有研究成功制备了怀山药多糖铁复合物，并对其理化性质、表面结构和稳定性进行了表征。在山药多糖的铁、锌、铜三种络合物中，铁络合物表现出最佳的抗氧化活性14。表明螯合铁不仅能赋予多糖新的功能（作为铁载体），还可能增强其原有的生物活性15，这为探索该络合物在其他领域（包括降糖）的活性提供了坚实的材料基础和实验思路。
   虽然目前尚未有文献报道山药多糖与二价铁螯合在降糖方面的研究，但是现有研究已经分别证实了山药多糖的降糖效果，以及其与铁(Ⅱ)螯合的技术可行性。我们可以做出以下科学推断：将山药多糖与二价铁螯合，有潜力在降糖方面产生“1+1>2”的协同增效作用；基于铁络合物能提升抗氧化活性的先例，可以合理推测，铁离子的引入可对山药多糖的降糖活性产生正向调节，使其效果优于单独的多糖，这种络合物有望成为一种多功能络合物。在发挥山药多糖本身降糖作用的同时，还能为可能伴有贫血风险的糖尿病患者（糖尿病与贫血常共存）温和地补充铁元素，且相较于传统铁剂，对胃肠道的刺激性更小。
   本项目有望实现对多糖与金属络合后其相关活性的研究提供借鉴意义，为其它功能性多糖与金属的络合制备提供新的途径。项目研究具有重要的科学意义，同时也具有广阔的应用前景。
主要参考文献
1. Zheng, Y., et al. Recent advances in plant polysaccharide-mediated nano drug delivery systems. Int. J. Biol. Macromol. 2020, 165, 2668-2683.
2. 陈梦雨, 刘伟, 侴桂新, 王永丽, 山药化学成分与药理活性研究进展.中医药学报, 2020, 48, 62-66.
3. Song, H., et al. Hypolipidaemic and hypoglycaemic properties of pumpkin polysaccharides. 3 Biotech. 2017, 7, 159.
4. Kito, T., et al. Effect of a polysaccharide (TAP) from the fruiting bodies of Tremella aurantia on glucose metabolism in mouse liver. Biosci. Biotechnol. Biochem. 2020, 64, 417-419.
5. Dror, E., et al. Epigenetic dosage identifies two major and functionally distinct β cell subtypes. Cell Metab. 2023, 35, 821-836.e7.
6. Guo, Y., et al. Research progress on the structure, derivatives, pharmacological activity, and drug carrier capacity of Chinese yam polysaccharides: A review. Int. J. Biol. Macromol. 2024, 261, 129853.
7. Liu, Y., et al. Ginsenoside Rk3 ameliorates high-fat-diet/streptozocin induced type 2 diabetes mellitus in mice via the AMPK/Akt signaling pathway. Food Funct. 2019, 10, 2538-2551.
8. 苏瑾, 焦钧, 于莲, 孙维彤, 胡艳秋, 郭宇, 山药多糖对人肝癌HepG2细胞葡萄糖消耗能力及胰岛素抵抗的影响.中国药房, 2015, 26, 458-460.
9. 金蕊, 程银祥, 韩凤梅, 陈勇, 山药多糖对Ⅰ型糖尿病大鼠血糖血脂及肝肾氧化应激的影响.湖北大学学报(自然科学版), 2016, 38, 298-302.
10. Alharazi, W. Z., et al. Could consumption of yam (Dioscorea) or its extract be beneficial in controlling glycaemia: a systematic review. Br. J. Nutr. 2022, 128, 613-624.
11. Cheng, Z., et al. The protective effects of chinese yam polysaccharide against obesity-induced insulin resistance. J. Funct. Foods. 2019, 55, 238-247.
12. Li, S. N., et al. Anti-obesity effects exerted by Dioscorea opposita Thunb. polysaccharides in diet-induced obese mice. Food Sci. Nutr. 2023, 11, 6459-6469.
13. Saini, R. K., et al. Dietary iron supplements and Moringa oleifera leaves influence the liver hepcidin messenger RNA expression and biochemical indices of iron status in rats. Nutr. Res. 2014, 34, 630-638.
14. Madhu, S. V., et al. Effect of iron deficiency anemia and iron supplementation on HbA1c levels-Implications for diagnosis of prediabetes and diabetes mellitus in Asian Indians. Clin. Chim. Acta., 2016, 468, 225-229.
15. Yun, X. M., et al. 1HNMR-based metabolomics approach to investigate the urine samples of collagen-induced arthritis rats and the intervention of tetrandrine. J. Pharm. Biomed. Anal., 2018, 154, 302-311.
  本项目的特色与创新点主要在于以下两个方面：
（1）为解决山药多糖铁（Ⅱ）络合物在降糖方面作用机制尚不清楚的难题，通过酸提取、金属离子螯合快速获得多糖络合物，为其他多糖与金属离子的络合提供借鉴。
（2）本项目通过体外细胞降糖实验证实络合物体外降糖活性；再通过动物实验验证其体内降糖效果，为其他多糖与金属螯合功能的研究提供研究思路。
一、技术路线
本项目的技术路线如下：
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图1 本项目的技术路线
二、拟解决的问题
（1）针对山药多糖铁（Ⅱ）络合物降糖机制尚不清楚的难题，本项目通过快速提取山药多糖、与金属络合制备获得络合物。
（2）通过控制山药多糖与铁（Ⅱ）络合的条件，获得活性最佳的络合物，并进行相关的降糖实验，同时为其他多糖与金属络合提供研究思路。
三、预期结果
发表高质量论文1篇。
1.2026年6月-2026年12月，山药多糖的提取，除蛋白，得糖率的测定等工作。
2.2027年1月-2027年12月，山药多糖铁（Ⅱ）络合物的制备及降糖研究。
3.2028年1月-2028年6月，查缺补漏，整理结果，书写结题报告并发表相关论文，课题结题。
   申报组指导教师一直从事多种复杂寡糖的化学酶法合成及多糖的制备工作，在糖生物学方面积累了丰富经验。在济宁医学院人才引进政策给予的科研启动经费和山东省自然科学基金青年基金项目支持下，对复杂寡糖的化学酶法合成及多糖的制备开展了系统的研究，具有丰富的开展科学研究及指导学生进行科研实验的经验，为本项目的顺利实施提供了有力的保障。
（一）已取得的实验结果
（1）山药多糖总糖量的测定
 a）葡萄糖标准曲线的测定
按照苯酚硫酸法检测用葡萄糖在490 nm吸光度下进行标准曲线的测定。
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图2 葡萄糖标准曲线
 b）总糖含量测定：
将0.5 mg/mL溶液稀释为0.05 mg/mL，平行3组在490 nm下测定吸光度，将测定的吸光度值代入图2标准曲线可得总糖含量为68.17%。
（2）山药多糖蛋白含量的测定
 a）蛋白标准曲线的测定
按照考马氏亮蓝法用BSA在595 nm吸光度下进行标准曲线的测定。
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图3 蛋白标准曲线
 b）蛋白含量测定：
称取0.0020 g山药多糖样品溶于4.0 mLddH2O，涡旋混匀，制成0.5 mg/mL的溶液，平行3组在595 nm下测定吸光度，代入图3蛋白标曲公式可得蛋白含量为6.97%。
（3）山药多糖铁络合物的制备
 a）铁（II）标准曲线的测定：
 铁标准溶液的配：称0.0702 g硫酸亚铁铵用水定容到100 mL。
 醋酸醋酸钠缓冲溶液的配置：称取2.7224 g乙酸钠定容到100 mL，吸取50 mL到烧杯加入30 mL 0.2 M醋酸溶液混匀。
 10%盐酸羟胺的配置：称0.1 g加入1 mL水。
 0.15%邻二氮菲配置：称取0.015 g加0.2 mL乙醇加水定容到10 mL。
 0.2摩尔每升醋酸溶液的配置：吸取冰醋酸0.5715 mL加入水50 mL。
 分别吸取0.005 mL、0.01 mL、0.015 mL、0.02 mL、0.025 mL、0.03 mL标准铁溶液于10 mL的管中，加入0.05 mL的10%盐酸羟胺、0.25 mL的醋酸钠缓冲溶液、0.1 mL的0.15%邻二氮菲定容到5 mL摇匀，静置15 min，平行六组每组吸取200 µL在512 nm下测定吸光度。
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图4 铁（Ⅱ）标准曲线
   申请人所在实验室具备基本的多糖提取、金属络合等实验条件和常规实验设备。单位还配有药理科研平台，基本的设施完全可以满足降糖实验的需要。目前本项目组已经获得山药多糖。基于以上说明，如果本项目获得资助，课题组基本不缺少其他实验条件，现有的实验条件可以保证及时顺利地完成任务。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 20000.00 无 12200.00 7800.00
1. 业务费 10000.00 无 3200.00 6800.00
（1）计算、分析、测试费 4000.00 用于山药多糖的提取等实验 3000.00 1000.00
（2）能源动力费 200.00 购买实验相关材料的交通工具费 200.00 0.00
（3）会议、差旅费 2300.00 无 0.00 2300.00
（4）文献检索费 0.00 无 0.00 0.00
（5）论文出版费 3500.00 用于发表论文的版面费 0.00 3500.00
2. 仪器设备购置费 2000.00 购置少量本实验必需的实验设备 2000.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 无 0.00 0.00
4. 材料费 8000.00 用于购置降糖实验所需的药品、试剂、低值易耗品 7000.00 1000.00
结束

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