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Introduction
人参作为我国传统的名贵中草药材，药用历史悠久，其中人参皂苷是人参的重要有效成分，具有许多生理、药理功能，如提高记忆力、抗癌和抗肿瘤、改善心血管系统、抗疲劳以及延缓机体衰老等功效。市面上的人参大致分为3 类，园参是由人工种植而成，生长年限大约为6 年；林下参为是人为地把栽培参撒播到自然的环境里，让其自然生长，10 年后才到山上收取的半野生山参；野山参稀有名贵，主要分布在中国的长白山地段。不同种类的人参有不同的功效，但其在人体内免疫代谢作用如何发挥尚不清楚。
细胞因子是由免疫细胞或非免疫细胞产生小分子多肽和糖蛋白，作用机理是通过和相应靶细胞结合，激活细胞内的信号转导途径，从而调节整个机体的免疫功能以及机体生长、代谢。新陈代谢过程中，代谢底物、代谢过程中起催化作用的酶及其化学反应，构成了代谢网络，能够通过分析在进食不同的食品、药品或者不同生理状态下代谢网络图中各个代谢通量值之间的差异，进而在代谢水平上对其进行功能性评价。
为对不同种类人参的体内免疫代谢功能进行系统定量化评价，本研究引入了细胞通信网络、代谢网络及其通量分析方法。以健康大学生为受试者，分别让其服用500 mg/人的园参、林下参和100 mg/人的野山参，然后分别检测受试者血清内中心碳代谢途径代谢物的变化量、主要酶活力变化量及38 种细胞因子浓度变化，构建代谢网络图及细胞通信网络图，并进行两种网络的相关性评价，进而探究不同种类人参对机体产生的生理作用及影响。
Results
细胞通信网络的构建和结果分析
检测服用不同种类人参后人体血清中38种细胞因子的浓度水平。对受试志愿者血清中细胞因子的浓度与未服用人参的细胞因子的浓度数据进行比较，当受试者服用500 mg/人的园参后，有5 种细胞因子具有显著性变化，当受试者服用500 mg/人的林下参后，有4 种细胞因子具有显著性变化,当受试者服用100 mg/人的野山参后，12 种细胞因子具有显著变化。
表1 摄入不同种类人参后细胞因子浓度变化
如图1A所示，服用500 mg/人园参后红色主导了整个网络，促进T细胞介导的细胞免疫、B细胞介导的体液免疫。如图1B所示，服用500 mg/人林下参后红色主导了整个网络，促进T细胞介导的细胞免疫、下调B细胞介导的体液免疫。如图1C所示，服用100 mg/人野山参后红色主导了整个网络，促进T细胞介导的细胞免疫、下调B细胞介导的体液免疫。
图1 摄入不同种类人参后的细胞通信网络图和代谢通量网络图
代谢网络的构建和通量分析
如图1B所示，受试者服用剂量为500 mg/人的园参后，与对照组相比，进入碳骨架合成与转化的代谢通量降低，有氧糖酵解代谢通量大幅度升高，酮体的代谢通量由0.254降低至–0.032，脂肪酸β-氧化供能降低。如图1C所示，受试者服用剂量为500 mg/人的林下参后，进入磷酸戊糖途径的代谢通量增加，说明碳骨架合成与转化代谢明显增强，由NADP+向NADPH＋H+转化的通量明显增大，乳酸盐代谢通量降低，有氧糖酵解小幅度降低，酮体的代谢通量降低，则脂肪酸β-氧化供能通量降低。如图1D所示，受试者服用剂量为100 mg/人的野山参后，进入磷酸戊糖途径的代谢通量增加，碳骨架合成与转化代谢明显增强，由NADP+向NADPH＋H+转化通量明显增大，乳酸盐代谢通量降低，有氧糖酵解大幅度降低，酮体的代谢通量降低，脂肪酸β-氧化供能通量降低。
代谢酶合成量
通过对中心代谢途径中的12 种酶的表达量进行测定，得到12 种酶的表达量，结果发下，与对照组相比，发生显著性变化（图2）。
图2 摄入不同种类人参后代谢酶的表达
细胞通信网络与代谢网络通量控制的相关性分析
由图3A可知，服用500 mg/人的园参后，IL-9、IL1-RA的变化与磷酸果糖激酶的活性呈正相关，IL1-RA的变化与丙酮酸脱氢酶的活性呈负相关，IL1-RA、IL-9浓度升高促使磷酸果糖激酶的活性升高，IL1-RA浓度升高抑制丙酮酸脱氢酶的活性。由图3B可知，服用500 mg/人的林下参后，sCD40L浓度升高促使苹果酸脱氢酶的活性升高，通过提高苹果酸脱氢酶的活性，使代谢流向TCA循环和氧化磷酸化，为免疫应答提供能量。由图3C可知，服用100 mg/人的野山参后，GRO、IL-1β的变化与已糖激酶的活性呈正相关，IL-6的变化与磷酸果糖激酶的活性呈正相关，TGF-α的变化与磷酸果糖激酶的活性呈负相关，通过提高已糖激酶的活性、抑制磷酸果糖激酶的活性促使代谢流向PPP途径。
图3 摄入不同品种人参后显著的细胞因子和12 种代谢酶的热图
Discussion
通过定量化分析不同种类的人参对人体的作用结果表明，服用500 mg/人的林下参、100 mg/人的野山参都可以促进先天免疫和细胞免疫，下调体液免疫，其免疫作用主要依赖于增加PPP途径、TCA和氧化磷酸化。说明这些剂量和品种的人参更有益于人体健康，而且细胞通信网络和代谢网络的研究及其相关性分析也为人参等植物化合物的体内免疫代谢调节作用和机制提供了新的定量化方法。
第一作者
刘玉姣，硕士研究生。主要研究方向，食品加工与贮藏。已经发表国内外论文10余篇，其中第一作者发表论文1 篇。
通信作者
鲁丁强，现为天津商业大学生物技术与食品科学学院讲师。主要研究方向为生化分析和生物传感器、受配体互作动力学研究、食品安全及果蔬保鲜、代谢通量。主持国家自然科学青年基金项目1 项，参与国家自然科学基金项目2 项；发表国内外期刊论文30余篇，授权发明专利7 项。
Effects of different types of ginseng on intercellular wireless communication networks and central carbon metabolism pathways
Yujiao Liu a, Dingqiang Lu a*, Jiayi Qiang a, Lianjie Xu a, Ming Li a, Xinqian Wang a, Yixuan Liu a, Yifei Zhang a, Wei Xu a, Chenyu Xu a, Qingwei Song a, Wenling Wu a, Yimeng Bi a, Ruijuan Ren b*, Guangchang Pang a*
a Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology & Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300314, China
b Tianjin Institute for Food Safety Inspection Technology, Tianjin 300134, China
*Corresponding author.
Abstract
Ginseng has high medicinal value. Different ginseng have different benefits, but how they work in the body's immune metabolism is unclear. In this study, different types of ginseng were ingested and serum cytokines, some metabolite concentrations and metabolic enzyme expression levels were measured. Intercellular communication networks and metabolic networks were constructed and analyzed for correlation. The results show that the effect of wild ginseng on cytokine secretion and metabolic pathway fluxes was greater. An intake of garden ginseng activated aerobic glycolysis to enhance immunity, while an intake of forest ginseng and wild ginseng increased pentose phosphate pathway, tricarboxylic acid cycle, and oxidative phosphorylation activity to promote immunity. Therefore, the intake of 500 mg/person of forest ginseng or 100 mg/person of wild ginseng was beneficial to health. The study of cytokines and metabolic networks may also provide new ideas for exploring the effects of ginseng and others on the body.
Reference:
LIU Y J, LU D Q, QIANG J Y, et al . Effects of different types of ginseng on intercellular wireless communication networks and central carbon metabolism pathways[J]. Journal of Future Foods, 2025, 5( 6): 572-581 . DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.11.005.
文章翻译由作者团队提供
编辑：龚艺；责任编辑：孙勇
封面图片来源：摄图网
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