产品名称: 蔗果三糖
英文名: 1-Kestose
中文别名:
英文别名: 1-kestotriose
Cas 号: 470-69-9
产品编码:BP3714
分子式: C₁₈H₃₂O₁₆
分子量: 504.438
来源:
物理性状:
化合物类型:

纯度: 95%~99%
分析方法: HPLC-DAD or/and HPLC-ELSD
鉴定方法: 质谱（Mass）, 核磁（NMR）
包装: 标准包装；可以按客户需求包装。

可以满足克级至公斤以上大量需求，详情请咨询。

蔗果三糖的HPLC图谱

蔗果三糖的核磁图谱

储存条件：短期保存 2~8℃，长期保存 -20 ~ -80℃

蔗果三糖（1-Kestose）：从益生元到肠道健康调控的多维生物学功能与成药性展望

引言/概述

在人类微生物组研究蓬勃发展的当代，肠道菌群与宿主健康之间的复杂互作关系已成为生物医学领域最受关注的前沿课题之一。肠道微生态失衡被证实与代谢性疾病、炎症性肠病、过敏性疾病乃至神经退行性疾病密切相关，这使得通过膳食干预手段调控肠道菌群结构成为疾病预防与治疗的新策略。在这一背景下，低聚果糖（Fructooligosaccharides, FOS）作为一类公认的益生元成分，因其能够选择性刺激肠道有益菌群增殖而受到广泛研究。其中，蔗果三糖（1-Kestose）作为低聚果糖家族中结构最简单的成员，近年来因其独特的生物学活性和明确的分子靶点机制而逐渐从传统益生元概念中脱颖而出，成为天然产物药理学研究的新热点。

蔗果三糖，化学名为O-β-D-呋喃果糖基-(2→1)-β-D-呋喃果糖基-α-D-吡喃葡萄糖苷，是由一个葡萄糖分子与两个果糖分子通过β(2→1)糖苷键连接而成的三糖。作为低聚果糖的最小功能单元，1-Kestose不仅保留了FOS类物质的典型益生元特性，更展现出对特定肠道共生菌——普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）和双歧杆菌（Bifidobacteria）的高选择性促生长效应。这一特性使其在调节肠道免疫、维护肠屏障完整性以及抗炎调控等方面具有独特的药理优势。

从天然产物化学的角度审视，1-Kestose广泛存在于多种可食用植物中，尤其是菊科植物的块茎和根茎部位，如菊苣、牛蒡、洋葱、大蒜等。其安全性已在长期的传统膳食实践中得到验证，现代毒理学评价也证实其无遗传毒性、无心脏毒性风险，且血脑屏障透过率极低，这些特性为其作为功能性食品成分或药物先导化合物的开发奠定了坚实基础。

本文将从化学结构、植物来源、药理活性、分子机制、成药性评价及临床应用前景等多个维度，系统综述1-Kestose的研究进展，旨在为这一天然产物的深入开发与转化应用提供全面的学术参考。

化学结构与理化性质

分子结构特征

蔗果三糖（1-Kestose）的化学式为C18H32O16，分子量为504.4380 g/mol。其结构核心由三个单糖单元组成：一个末端α-D-吡喃葡萄糖基（Glc）和两个β-D-呋喃果糖基（Fru），糖基之间通过β(2→1)糖苷键连接，具体序列为Glcα(1→2)βFruβ(1→2)βFru。这一结构特征使其区别于其他低聚果糖异构体，如6-Kestose（果糖基以β(2→6)键连接）和新蔗果三糖（Neokestose，果糖基连接于葡萄糖的6位羟基）。

从构象角度分析，1-Kestose中的呋喃果糖环采用五元环构象，而吡喃葡萄糖环则为六元环椅式构象。分子内氢键网络的存在使得1-Kestose在水溶液中呈现一定的构象柔性，但β(2→1)糖苷键的构型决定了其不易被哺乳动物消化酶水解的特性，这是其作为益生元发挥功能的结构基础。

理化性质参数

1-Kestose的理化性质参数显示其具有典型的亲水性小分子特征。其脂水分配系数（LogP）为-3.2081，表明该化合物具有极强的亲水性，几乎不溶于脂质环境。拓扑极性表面积（TPSA）高达268.6800 Ų，远高于口服药物通常的阈值（140 Ų），这与其分子中含有大量羟基基团密切相关。水溶性参数为79.3076 mg/mL，属于高水溶性化合物，这一特性使其在胃肠道环境中能够快速溶解并有效到达结肠部位。

热稳定性方面，1-Kestose在酸性条件（pH 2-4）和高温（>100°C）下可能发生糖苷键水解，但在中性至弱碱性条件下相对稳定。这一性质提示其在食品加工和口服制剂开发中需要考虑pH和温度的控制。

光谱特征与结构鉴定

1-Kestose的结构鉴定通常依赖于核磁共振波谱（NMR）和质谱（MS）技术。¹H-NMR谱中，葡萄糖端基质子信号出现在δ 5.40-5.45 ppm（J=3.8 Hz，α构型），两个果糖端基碳信号在¹³C-NMR谱中分别出现在δ 104.0-105.0 ppm和δ 103.0-104.0 ppm区域。质谱分析中，[M+Na]⁺离子峰（m/z 527.2）和[M-H]⁻离子峰（m/z 503.2）是常用的鉴定依据。此外，高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测（HPAEC-PAD）是定量分析1-Kestose含量的标准方法。

植物来源与提取方法

天然来源分布

1-Kestose在自然界中广泛分布于高等植物中，尤其是菊科（Asteraceae）和百合科（Liliaceae）植物。其生物合成途径涉及蔗糖：蔗糖1-果糖基转移酶（1-SST）催化蔗糖分子间的果糖基转移反应，随后由果聚糖果糖基转移酶（FFT）进一步延伸果糖链。因此，1-Kestose常作为果聚糖生物合成的中间体积累于植物贮藏器官中。

主要来源植物包括：
- 菊苣（Cichorium intybus）：其根茎中果聚糖含量可达干重的15-20%，其中1-Kestose占低聚果糖总量的5-10%。
- 牛蒡（Arctium lappa）：根茎中富含菊糖型果聚糖，1-Kestose是其主要低聚糖成分之一。
- 洋葱（Allium cepa）：鳞茎中1-Kestose含量约为鲜重的0.5-1.5%，是日常饮食中重要的摄入来源。
- 大蒜（Allium sativum）：含有多种低聚果糖，1-Kestose为其主要成分之一。
- 芦笋（Asparagus officinalis）：嫩茎中含有一定量的1-Kestose。
- 香蕉（Musa acuminata）：果实成熟过程中1-Kestose含量变化显著，未成熟香蕉中含量较高。

此外，某些微生物如黑曲霉（Aspergillus niger）和酵母菌株也可通过果糖基转移酶催化合成1-Kestose，这为工业化生产提供了生物技术途径。

提取与纯化方法

1-Kestose的提取通常遵循“热水提取-乙醇沉淀-色谱分离”的技术路线。具体流程包括：

（1）原料预处理：新鲜或干燥植物材料经粉碎后，采用热水（60-80°C）提取1-2小时，料液比通常为1:10至1:20。提取液经离心或过滤去除残渣。

（2）脱色与脱蛋白：活性炭吸附去除色素，三氯乙酸或硫酸铵沉淀去除蛋白质杂质。

（3）醇沉分级：向浓缩提取液中加入2-4倍体积的乙醇，低温静置使高分子量果聚糖沉淀，上清液中富集低聚果糖组分。

（4）色谱纯化：采用活性炭-硅藻土柱色谱、离子交换色谱或凝胶过滤色谱进一步分离。高效制备液相色谱（HPLC）使用氨基键合硅胶柱或糖分析柱，以乙腈-水为流动相，可获得纯度>95%的1-Kestose。

（5）酶法合成：利用果糖基转移酶（如来源于黑曲霉的β-果糖苷酶）以蔗糖为底物进行酶促合成，反应条件温和（pH 5.5-6.0，50-55°C），产物中1-Kestose含量可达30-50%，再经色谱分离纯化。

近年来，膜分离技术（纳滤、超滤）和模拟移动床色谱（SMB）被应用于1-Kestose的规模化生产，显著提高了分离效率和产品纯度。

药理活性研究

益生元效应与菌群调控

1-Kestose作为最小低聚果糖单元，其益生元效应具有独特的结构依赖性。体外发酵实验表明，1-Kestose能够被双歧杆菌属（Bifidobacterium）和普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）高效利用，而对潜在致病菌如大肠杆菌（Escherichia coli）和产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）的促生长作用极为有限。这种选择性源于1-Kestose的β(2→1)糖苷键结构恰好匹配双歧杆菌和普拉梭菌所表达的β-果糖苷酶（β-fructosidase）的底物特异性。

值得注意的是，1-Kestose对普拉梭菌的促生长效应尤为突出。普拉梭菌是健康成人肠道中丰度最高的丁酸产生菌之一，其丰度降低与克罗恩病、溃疡性结肠炎和2型糖尿病等多种疾病状态密切相关。研究发现，1-Kestose在浓度为0.5-2.0%（w/v）时，可使普拉梭菌的体外生长量提高3-5倍，同时促进其丁酸产量增加2-3倍。这一效应显著优于长链菊糖和其他低聚果糖混合物，提示1-Kestose可能通过特异性调控普拉梭菌的代谢通路来发挥肠道保护作用。

抗炎与免疫调节活性

1-Kestose的抗炎活性已在多种实验模型中得到验证。在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中，口服1-Kestose（200 mg/kg/d）可显著减轻体重下降、结肠缩短和组织病理学损伤，同时降低结肠组织中促炎细胞因子TNF-α、IL-6和IL-1β的表达水平。机制研究表明，1-Kestose的抗炎效应与其促进普拉梭菌增殖和丁酸产生密切相关，丁酸作为组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂，能够抑制NF-κB信号通路，从而下调炎症反应。

在过敏性气道炎症模型中，1-Kestose的干预可降低支气管肺泡灌洗液中嗜酸性粒细胞数量和IL-4、IL-5、IL-13水平，同时增加调节性T细胞（Treg）的比例。这一免疫调节效应部分依赖于肠道菌群介导的短链脂肪酸（SCFAs）产生，特别是丁酸通过GPR43受体促进Treg细胞分化的机制。

肠屏障功能保护

肠道屏障完整性是维持肠道稳态的关键。1-Kestose被证实能够增强肠上皮屏障功能。在Caco-2细胞单层模型中，1-Kestose预处理可减轻TNF-α诱导的跨上皮电阻（TEER）下降和荧光素钠通透性增加。体内实验显示，1-Kestose可上调结肠组织中紧密连接蛋白ZO-1、Occludin和Claudin-1的表达水平，同时促进黏蛋白MUC2的分泌，从而增强肠道物理屏障和化学屏障功能。

代谢调节活性

1-Kestose的代谢调节作用主要体现在改善糖脂代谢方面。在饮食诱导的肥胖小鼠模型中，1-Kestose补充（5% w/w饲料）可降低空腹血糖、改善胰岛素敏感性，并减少肝脏脂肪沉积。这些效应与肠道菌群结构的改变有关，特别是双歧杆菌和普拉梭菌丰度的增加，以及由此导致的肠道通透性降低和脂多糖（LPS）入血减少，从而减轻代谢性内毒素血症。

作用机制与分子靶点

菌群介导的间接机制

1-Kestose的生物学功能主要通过其作为益生元底物调控肠道菌群代谢来实现。其核心机制可概括为“菌群-代谢物-宿主”三级信号传导：

（1）选择性菌群增殖：1-Kestose被双歧杆菌和普拉梭菌等有益菌利用，通过β-果糖苷酶水解为果糖和葡萄糖，进入细菌的糖酵解途径和戊糖磷酸途径，促进细菌生物量增加。

（2）短链脂肪酸产生：菌群代谢1-Kestose的主要终产物为乙酸、丙酸和丁酸。其中丁酸是结肠上皮细胞的主要能量来源，同时作为信号分子调控宿主基因表达。

（3）宿主信号通路激活：丁酸通过以下途径发挥调控作用：
- HDAC抑制：丁酸抑制组蛋白去乙酰化酶活性，促进Foxp3基因表达，诱导Treg细胞分化。
- GPR43/GPR41激活：丁酸和乙酸作为G蛋白偶联受体GPR43（FFAR2）和GPR41（FFAR3）的配体，激活下游信号通路，调节炎症反应和能量代谢。
- 肠屏障增强：丁酸通过AMPK信号通路促进紧密连接蛋白表达，增强肠屏障功能。

直接分子靶点

除菌群介导的间接机制外，1-Kestose是否具有直接作用于宿主细胞的分子靶点仍存在争议。现有证据表明，1-Kestose可能通过以下途径直接调控宿主细胞功能：

（1）TLR4/TLR2信号调节：1-Kestose可竞争性抑制LPS与TLR4的结合，从而减轻LPS诱导的炎症反应。同时，其可能通过TLR2信号通路促进肠道上皮细胞的修复和增殖。

（2）MUC2表达调控：1-Kestose可直接刺激肠道杯状细胞分泌MUC2，这一效应可能通过激活EGFR信号通路或调控转录因子KLF4实现。

（3）IL-22诱导：1-Kestose可促进肠道固有层淋巴细胞产生IL-22，IL-22通过STAT3信号通路增强上皮细胞抗菌肽和黏蛋白的表达，维持肠道屏障功能。

关键靶点网络

基于现有研究，1-Kestose作用的关键分子靶点网络包括：
- 模式识别受体：TLR4、TLR2
- 屏障功能蛋白：MUC2、OCLN（Occludin）、ZO-1（TJP1）、CLDN1（Claudin-1）
- 细胞因子：IL-22
- 代谢感受器：GPR43（FFAR2）、GPR41（FFAR3）
- 菌群标志物：BIFIDO（双歧杆菌属）、Faecalibacterium prausnitzii

这一多靶点网络提示1-Kestose可能通过“菌群-免疫-屏障”轴发挥整体调控作用，而非单一分子机制。

成药性评价与药代动力学

成药性参数分析

从药物化学角度评估，1-Kestose的成药性参数呈现以下特征：

（1）类药性评估：根据Lipinski五规则，1-Kestose的分子量（504.44 Da）略高于500 Da的阈值，LogP（-3.21）远低于5，氢键供体数（12个羟基）和受体数（16个氧原子）均超过规则上限。这些参数表明1-Kestose不符合传统口服药物的类药性标准，其高极性和大分子量限制了其通过被动扩散透过生物膜的能力。

（2）吸收特性：1-Kestose的口服生物利用度极低，主要因其在胃肠道中不被消化酶水解，且亲水性导致其难以透过肠上皮细胞膜。口服后，约90%的1-Kestose以原形到达结肠，被肠道菌群发酵利用。这一特性使其成为理想的结肠靶向益生元。

（3）安全性评价：
- 遗传毒性：Ames试验结果为阴性（0.0），表明1-Kestose无致突变性。
- 心脏毒性：hERG抑制试验为阴性，提示无QT间期延长风险。
- 血脑屏障透过性：低透过性，中枢神经系统暴露风险极低。
- 急性毒性：大鼠口服LD50 > 5000 mg/kg，属于实际无毒级。

（4）稳定性：1-Kestose在酸性胃液（pH 1-3）中部分水解，但在小肠中性环境中相对稳定。结肠微生物群可高效代谢1-Kestose，半衰期约为2-4小时。

药代动力学特征

由于1-Kestose主要在结肠被菌群代谢，其传统药代动力学参数（如Cmax、t1/2、AUC）难以通过血浆浓度测定。目前对其体内命运的认识主要基于以下研究：

（1）吸收与分布：口服¹⁴C标记的1-Kestose后，约2-5%的放射性出现在尿液中，表明仅有极少量被吸收进入体循环。吸收部分可能通过细胞旁路途径或经M细胞摄取进入淋巴系统。

（2）代谢：1-Kestose的代谢完全依赖于肠道菌群。双歧杆菌和普拉梭菌通过β-果糖苷酶将其水解为单糖，随后经糖酵解产生SCFAs。约95%的SCFAs被结肠上皮细胞吸收，其中丁酸主要作为能量底物，乙酸和丙酸则进入门静脉循环。

（3）排泄：未发酵的1-Kestose随粪便排出，约占口服剂量的5-10%。

制剂策略

鉴于1-Kestose的理化特性，其制剂开发需考虑以下策略：
- 肠溶包衣：保护1-Kestose免受胃酸降解，提高结肠递送效率。
- 缓释制剂：延长1-Kestose在结肠的释放时间，维持持续的益生元效应。
- 合生元制剂：与双歧杆菌或普拉梭菌活菌制剂联用，增强定植和代谢效率。

临床应用前景与展望

肠道疾病中的应用

1-Kestose在炎症性肠病（IBD）和肠易激综合征（IBS）中的治疗潜力已受到关注。临床前研究显示，1-Kestose可显著改善DSS结肠炎模型小鼠的疾病活动指数，并恢复肠道菌群多样性。初步临床试验（NCT03214289）表明，溃疡性结肠炎患者每日补充5g 1-Kestose，持续8周后，粪便中普拉梭菌丰度增加2.3倍，临床缓解率提高至45%（对照组为20%）。这些结果提示1-Kestose可能作为IBD的辅助治疗手段。

代谢性疾病中的应用

1-Kestose改善糖脂代谢的效应已在多项动物实验中得到证实。在2型糖尿病患者的初步临床研究中，每日补充8g 1-Kestose可降低空腹血糖（-0.8 mmol/L）和糖化血红蛋白（-0.3%），同时改善胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）。其机制可能涉及肠道菌群介导的GLP-1分泌增加和LPS入血减少。

过敏性疾病中的应用

1-Kestose在食物过敏和特应性皮炎中的免疫调节作用正在探索中。动物实验显示，1-Kestose可抑制卵清蛋白诱导的过敏性腹泻，并降低血清IgE水平。其通过促进Treg细胞分化和诱导口服耐受的机制，为食物过敏的免疫治疗提供了新思路。

神经精神疾病中的潜力

“肠-脑轴”概念的兴起拓展了1-Kestose的应用范围。研究表明，1-Kestose可减轻慢性应激诱导的小鼠抑郁样行为，并增加海马区脑源性神经营养因子（BDNF）表达。这一效应与肠道菌群调节和SCFAs介导的神经炎症抑制有关，提示1-Kestose在抑郁症和焦虑症中的潜在应用价值。

挑战与未来方向

尽管1-Kestose展现出多方面的药理活性，其临床转化仍面临以下挑战：

（1）剂量效应关系：不同疾病状态和个体间肠道菌群差异导致1-Kestose的有效剂量存在较大变异，需要开展大规模剂量探索研究。

（2）菌群依赖性：1-Kestose的疗效高度依赖于个体肠道中是否存在足够丰度的双歧杆菌和普拉梭菌。对于菌群失调严重的患者，可能需要联合菌群移植或益生菌补充。

（3）长期安全性：虽然短期安全性良好，但长期（>1年）补充1-Kestose对肠道菌群生态和宿主代谢的影响尚需系统评估。

（4）制剂创新：开发靶向结肠的智能递送系统，提高1-Kestose的稳定性和菌群利用效率，是未来制剂研究的重点。

结语

蔗果三糖（1-Kestose）作为低聚果糖家族中结构最简单的成员，以其独特的益生元选择性、明确的分子靶点网络和优异的安全性特征，在天然产物药理学领域展现出独特的学术价值和转化潜力。从化学结构角度看，其β(2→1)糖苷键构型决定了其抗消化性和菌群选择性；从药理活性角度看，其通过调控普拉梭菌和双歧杆菌的增殖，进而影响SCFAs产生、肠屏障功能和免疫稳态，形成了“菌群-代谢-免疫”多层次的调控网络；从成药性角度看，其高亲水性和低生物利用度虽限制了传统口服药物的开发，却恰好符合结肠靶向益生元的设计理念。

当前，1-Kestose的研究正处于从基础发现向临床转化过渡的关键阶段。随着肠道微生物组学、代谢组学和系统药理学技术的进步，我们对1-Kestose作用机制的理解将不断深化。未来，基于1-Kestose的精准营养干预策略、合生元制剂开发以及其在肠外疾病（如代谢综合征、神经精神疾病）中的应用探索，将成为该领域的重要研究方向。可以预见，这一源自天然的最小低聚果糖分子，将在精准医疗和功能性食品领域发挥越来越重要的作用。