Discovery of a Novel Ginseng Polysaccharide： Structure Characterization， in vitro Fermentability and Anti-oxidative Mechanism of Fermented Product via the Nrf2/HO-1 Pathway on A β -induced-PC12 Cells

doi:10.7503/cjcu20250314

Abstract

Abstract:

In this study， a novel polysaccharide GPA-G2-H was derived from ginseng. Furthermore， the coherent study of its structural characteristics， fermented characteristics in vitro， as well as antioxidant mechanism of fermented product FGPA-G2-H on Aβ_25-35-induced PC12 cells were explored. The structure of GPA-G2-H was determined by means of zeta potential analysis， FTIR， HPLC， XRD， GC-MS and NMR. The backbone of GPA-G2-H was mainly composed of →4）-α-D-Glcp-（1→ with branches substituted at O-3. Notably， GPA-G2-H was degraded by intestinal microbiota in vitro with total sugar content and pH value decreasing， and short-chain fatty acids（SCFAs） increasing. Moreover， GPA-G2-H significantly promoted the proliferation of Lactobacillus， Muribaculaceae and Weissella， thereby making positive alterations in intestinal microbiota composition. Additionally， FGPA-G2-H activated the Nrf2/HO-1 signaling pathway， enhanced HO-1， NQO1， SOD and GSH-Px， while inhabited Keap1， MDA and LDH， which alleviated Aβ-induced oxidative stress in PC12 cells. These provide a solid theoretical basis for the further development of ginseng polysaccharides as functional food and antioxidant drugs.

Key words: Ginseng polysaccharide, Structural characterization, Intestinal microbiota, Fermentability, Oxidative stress

CLC Number:

O636

TrendMD:

DONG Binbin, HOU Zong, ZHENG Zhong, XING Junpeng, LIU Zhiqiang, LIU Shu. Discovery of a Novel Ginseng Polysaccharide： Structure Characterization， in vitro Fermentability and Anti-oxidative Mechanism of Fermented Product via the Nrf2/HO-1 Pathway on A β -induced-PC12 Cells[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(1): 20250314.

Figures/Tables 11

Fig.1 Physicochemical properties of the polysaccharide GPA-G2-H（A） HPLC chromatography；（B） GPC profile；（C） molecular particle size distribution；（D） FTIR spectrum；（E） maximum absorption wavelength of Congo red and Congo red+GPA-G2-H at various concentrations of NaOH solution；（F） XRD spectrum； the SEM images of GPA-G2-H with magnifications of 1000×（G） and 5000×（H）.

Table 1 Particle size and zeta potential of GPA-G2-H

Sample	Zeta⁃Average/nm	Zeta⁃potential/mV
GP	153.30±5.36	-7.94±0.29
GPA⁃G2⁃H	109.69±11.35	-11.23±0.37

Table 2 Methylation analysis of GPA-G2-H using GC-MS

RT	PMMA	Type of linkage	Mass fragments， m/z	Molar ratio （%）
10.345	2，3，5-Me₃-Araf	Araf-（1→	45，71，87，101，117，129，145，161	1.6
16.845	2，3，4，6-Me₄-Glcp	Glcp-（1→	45，71，87，101，117，129，145，161，205	8.7
21.660	2，3，6-Me₃-Glcp	→4）-Glcp-（1→	45，87，99，101，113，117，129，131，161，173，233	53.6
24.411	2，6-Me₂-Glcp	→3，4）-Glcp-（1→	45，87，97，117，159，185	16.0
26.629	2，3-Me₂-Glcp	→4，6）-Glcp-（1→	45，71，85，87，99，101，117，127，159，161，201，261	7.9

Fig.2 NMR spectra of the GPA-G2-H（A） 1H NMR spectrum；（B） 13C NMR spectrum；（C） 1H-13C HSQC spectrum；（D） 1H-1H COSY spectrum in the anomeric region；（E） 1H-13C HMBC spectrum in the anomeric region.

Table 3 Chemical shift of signals of 1H NMR and 13C NMR spectra of GPA-G2-H

5.17

108.93

4.11

83.13

4.14

74.36

4.10

83.83

3.77

61.21

—

α-Glcp-（1→

5.03

98.09

3.56

70.95

3.70

72.05

3.43

69.93

3.67

71.43

3.65

61.21

→4）-α-Glcp-（1→

5.44

99.70

3.48

71.35

3.95

73.96

3.63

76.57

3.79

71.66

3.68

61.43

→3，4）-α-Glcp-（1→

5.22

107.43

3.65

72.05

3.86

75.68

3.59

77.37

3.78

70.15

3.66

60.90

→4，6）-α-Glcp-（1→

5.31

109.82

3.57

71.35

3.92

75.47

3.60

79.42

3.77

71.66

3.64

64.71

Fig.3 Total sugar concentration changes(A), reducing sugar content changes(B), the pH changes of GPA⁃G2⁃H during in vitro digestion(C) and concentrations of SCFAs(D)

Fig.4 Effect of GPA⁃G2⁃H on intestinal microbiota（A） relative abundance at genus level；（B） PCoA based on Bray-Curtis distances；（C） LDA scores with corresponding phylum；（D） correlation between and SCFAs content and the abundance of microbiota at the phylum level. Data were expressed as means ± SD （n = 6）， *P < 0.05， **P < 0.01， ***P < 0.001 vs. AD group.

Fig.5 Effect of FGPA⁃G2⁃H(50, 200, 800 μg/mL) on the Aβ25-35 injured PC12 cells viability(A), levels of LDH(B), MDA(C), SOD(D), GSH⁃Px(E) in Aβ25-35 injured PC12 cells

Fig.6 Effect of FGPA⁃G2⁃H(50, 200, 800 μg/mL) onTNF⁃α(A), IL⁃1β(B) and IL⁃6(C) content in Aβ25-35⁃induced PC12 cells

Fig.7 FGPA⁃G2⁃H activated Nrf2 pathway⁃related protein expression in Aβ25-35⁃induced PC12 cells（A） Western blot assay of Nrf2， Keap1， HO-1 and NQO1， the relative ratio of Nrf2（B）， Keap1（C）， HO-1（D）， and NQO1 proteins（F） was quantified. β-actin served as the internal reference. Data were expressed as mean±SD（n=3）. Differences are statistically significant at # P<0.01， ## P<0.01 vs. Con group without Aβ25-35， *P<0.05， **P<0.01 vs. AD group treated with Aβ25-35 alone.

Fig.8 Pathway illustration of the protective activity of FGPA⁃G2⁃H treatment in Aβ25-35⁃induced PC12 cell injury

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