大型真菌菌核生物活性研究進(jìn)展

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(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430070)

菌核(Sclerotia)是真菌菌絲在不利條件下經(jīng)無性繁殖產(chǎn)生的休眠體,是許多真菌生命周期的重要階段之一,其致密的聚集組織能貯存營(yíng)養(yǎng),有助于繁殖,還可抵抗外界不利環(huán)境,如低溫、干旱、生物侵襲、營(yíng)養(yǎng)缺乏等[1]。一些植物病源真菌的菌核可引起嚴(yán)重的植物病害,而多數(shù)大型真菌的菌核則具有食藥用價(jià)值。大型真菌菌核的形成經(jīng)嚴(yán)格的基因調(diào)控,并伴隨組織分化與形態(tài)改變,歷經(jīng)三個(gè)重疊階段:菌核起始(Sclerotia initiation,SI),菌絲聚集形成小的、不連續(xù)的初始菌核;菌核發(fā)育(Sclerotia development,SD),菌核不斷生長(zhǎng),營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變與積累;菌核成熟(Sclerotia mature,SM),表面劃界、周邊菌絲色素沉著和營(yíng)養(yǎng)累積。條件適宜時(shí),菌核可萌發(fā)產(chǎn)生菌絲或子實(shí)體[2]。

表1 常見大型真菌菌核的形態(tài)及主要生物活性成分Table 1 The morphologies and main bioactive components of common macrofungal sclerotia

大型真菌菌核一方面可作為低脂肪、高蛋白、多膳食纖維的健康食品,具有免疫調(diào)節(jié)、改善腸道功能、抗氧化、調(diào)節(jié)血壓血糖等功能食品特性;另一方面,大部分大型真菌菌核中的生物活性成分具有抗腫瘤、抗炎、利尿與腎保護(hù)等藥理作用,引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注。目前研究人員從化學(xué)結(jié)構(gòu)、生物效應(yīng)機(jī)制、活體試驗(yàn)等方面研究了大型真菌菌核的生物活性,也嘗試使用分子生物學(xué)手段來研究菌核生物活性成分發(fā)揮作用的機(jī)制,并取得一定進(jìn)展。本文綜述了茯苓(Wolfiporiacocos(Schwein.)Ryvarden et Gilb.)、菌核斗菇(Lentinustuber-regium(Fr.)Fr.)和豬苓(Polyporusumbellatus(Pers.)Fr.)等常見大型真菌菌核生物活性研究的最新進(jìn)展,以期為大型真菌菌核生物活性的進(jìn)一步挖掘與利用提供有益的參考。

1 大型真菌菌核概述

大型真菌菌核在結(jié)構(gòu)上可分為皮層和髓質(zhì),在一些菌核的皮層和髓質(zhì)間還存在一層可用來儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的皮質(zhì)[3]。成熟菌核的表面通?？煽吹脚c菌核組成相似的液體分泌物。在形態(tài)上因物種不同而存在差異,物種決定了菌核的大小,直徑從幾十微米到幾十厘米不等[3]。

大型真菌菌核具有低脂肪、高蛋白、多膳食纖維等特性,廣受消費(fèi)者青睞。其中菌核斗菇、孤苓核生柄孔菌、茯苓菌核都具有極高的碳水化合物(占干物質(zhì)的90.5%～98.1%)和極低的脂質(zhì)(占干物質(zhì)的0.02%～0.14%)含量,且具有適當(dāng)?shù)牡牡鞍踪|(zhì)、灰分和礦物質(zhì),屬于典型的糖豐富型菌核[4-5]。除了與子實(shí)體和菌絲含有相同的營(yíng)養(yǎng)元素外,大型真菌菌核中的多種化合物在其生物活性方面發(fā)揮重要作用。

2 大型真菌菌核的生物活性

大型真菌菌核具有免疫調(diào)節(jié)、改善腸道功能、抗氧化等多種生物活性,具有作為新興功能性食品原料的巨大前景。一方面,是重要的食材,如菌核斗菇菌核常用于烹飪和制作各種菜肴,既可將其切成片或磨成粉添加到湯中,也可作為肉的替代物添加到香腸中[5]。另一方面,茯苓夾餅、茯苓糕、豬苓袋泡茶等以大型真菌菌核為原料制成的功能食品已引起越來越廣泛關(guān)注。此外,大型真菌菌核在抗腫瘤、調(diào)節(jié)血壓血糖、抗炎、利尿與腎保護(hù)等方面也展現(xiàn)出良好的生物活性,且價(jià)格相對(duì)低廉,副作用低,受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

2.1 抗氧化活性

大型真菌菌核中的多糖和酚類化合物均具有較強(qiáng)的抗氧化作用,可作為有效的天然抗氧化劑來緩解氧化應(yīng)激。體外抗氧化研究表明,茯苓菌核中的茯苓多糖具有較強(qiáng)的自由基清除能力,并能在一定程度上防范DNA損傷[16]。若將羧酸鹽基團(tuán)引入不溶于水的β-1,3-葡聚糖中,能明顯提高茯苓菌核多糖的抗氧化能力[17]。孤苓核生柄孔菌菌核提取物具有相對(duì)高的氧化活性,1 g提取物的自由基清除活性為6.25～45.42 mg沒食子酸當(dāng)量,亞鐵離子還原活性為0.0002～0.041 mmol/min,DPPH·、ABTS+·和超氧陰離子清除活性分別為0.18～2.53、0.01～0.36、-4.53～10.05 mmol羧酸等價(jià)物,這可能與菌核中的水溶性多糖如β-葡聚糖有關(guān)[9，18]。菌核斗菇菌核中的多糖也具有抗氧化活性,而且堿溶性多糖對(duì)肝臟脂質(zhì)過氧化、肝臟線粒體腫脹、紅細(xì)胞溶血的抑制作用以及對(duì)OH-、DPPH-自由基的清除作用強(qiáng)于水溶性多糖[19]。除多糖外,菌核斗菇菌核中的原兒茶酸、綠原酸、丁香、阿魏酸和葉酸等酚類化合物也是發(fā)揮抗氧化活性的重要因子[20]。

2.2 免疫調(diào)節(jié)作用

大型真菌菌核的免疫調(diào)節(jié)涉及巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和T-淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞介導(dǎo)的一系列反應(yīng),且免疫調(diào)節(jié)活性可導(dǎo)致抗炎和抗腫瘤作用[8,21]。豬苓菌核多糖可經(jīng)Toll樣受體4活化小鼠骨髓來源樹突狀細(xì)胞發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)活性,可顯著刺激小鼠脾細(xì)胞的增殖,并以劑量依賴性方式上調(diào)CD86和CD11c的表達(dá),誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞成熟和分化,然后激活自然殺傷細(xì)胞和Th1細(xì)胞來增強(qiáng)免疫應(yīng)答[22]。

近年來有文獻(xiàn)指出,核生柄孔菌菌核中的多糖和糖蛋白復(fù)合物不但能增加環(huán)磷酰胺的免疫抑制作用,還可誘導(dǎo)小鼠巨噬細(xì)胞RAW 264.7中多種細(xì)胞因子G-CSF、GM-CSF、IL-6、IL12p40/70、MCP-1、MCP-5、MIP-1-α、MIP-2、RANTES、sTNFRI、TNF-α、INF-γ的分泌和一氧化氮、活性氧的合成,從而參與免疫反應(yīng)[23]。在脂多糖(LPS)誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞RAW 264.7炎癥模型中,主要是蛋白質(zhì)通過抑制TNF-α的產(chǎn)生發(fā)揮抗炎活性[24];乙醇提取物中的乙酸乙酯部分能顯著減少小膠質(zhì)細(xì)胞(BV2)中一氧化氮的產(chǎn)生,并下調(diào)神經(jīng)炎性iNOS和COX2基因的表達(dá)[25]。進(jìn)一步研究表明,核生柄孔菌糖蛋白復(fù)合物對(duì)小鼠巨噬細(xì)胞的免疫活性是通過介導(dǎo)NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來完成的。但對(duì)免疫活性的作用機(jī)理尚未深入到具體靶點(diǎn),所以對(duì)大型真菌菌核免疫調(diào)節(jié)的研究還存在很大空間。

2.3 抗腫瘤作用

大型真菌菌核中的多糖、蛋白質(zhì)和糖蛋白復(fù)合物等高分子量化合物可抑制腫瘤細(xì)胞遷移或增殖,使細(xì)胞周期停滯,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。雷丸菌核中的雷丸蛋白(pPeOp)能抑制胃癌細(xì)胞SGC-7901、MC-4遷移,增加MC-4細(xì)胞中細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4(CDK4)和細(xì)胞周期蛋白A(cyclin A)的表達(dá),降低cyclin D1、CDK1、CDK2、cyclin B、基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)和MMP-9的表達(dá),使細(xì)胞停滯在S期以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[26-27]。樺褐孔菌菌核中的羊毛甾醇能抑制巨噬細(xì)胞RAW 264.7中一氧化氮的產(chǎn)生,過氧化麥角甾醇和氫化松苓酸對(duì)人前列腺癌細(xì)胞PC3和乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231有顯著的細(xì)胞毒性[6]。此外,孤苓核生柄孔菌菌核中的高分子量糖蛋白復(fù)合物能顯著抑制人肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549和人乳腺癌細(xì)胞MCF7的增殖[28]。豬苓菌核多糖與卡介苗(BCG)在大鼠膀胱癌模型中發(fā)揮協(xié)同作用,不但能顯著增加共刺激分子CD86、CD40和鐘形受體4TLR4/CD14的表達(dá),還可減輕BCG的副作用[29]。

上述實(shí)驗(yàn)從體內(nèi)體外較為全面的分析了大型真菌菌核的抗腫瘤活性,但都是基于模式動(dòng)物小鼠和體外培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行的,未能準(zhǔn)確模擬與現(xiàn)代研究相對(duì)應(yīng)的藥理模型,明確大型真菌菌核的存在形式和作用方式。

2.4 改善腸道功能

大型真菌菌核膳食纖維(DF)含量豐富且具有多種生理學(xué)益處。與一些商業(yè)富含纖維的補(bǔ)充物相比,具有更好的理化特性,可摻入到各種配方食品中,如烘焙產(chǎn)品、面條、點(diǎn)心等[30]。菌核中的可溶性膳食纖維能增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收,降低血液中膽固醇和葡萄糖含量;不溶性膳食纖維能減少糞便在腸道中的腸道運(yùn)輸時(shí)間并增加糞便體積,促進(jìn)排泄。Wong等[31-32]從體外發(fā)酵能力、體外礦物質(zhì)結(jié)合能力與體內(nèi)礦物質(zhì)吸收等方面對(duì)菌核斗菇、孤苓核生柄孔菌和茯苓菌核中的膳食纖維進(jìn)行了一系列研究:與纖維素相比,三種菌核DF都表現(xiàn)出顯著的干物質(zhì)消失和有機(jī)物消失能力;在模擬胃生理?xiàng)l件下,菌核DF能釋放大部分的內(nèi)源性Ca元素和Mg元素,也減弱DF對(duì)外源性微量元素的反向結(jié)合;在模擬小腸生理?xiàng)l件下,菌核DF對(duì)微量元素的結(jié)合能力較低,如Ca元素的結(jié)合能力為4.79%～5.91%。目前對(duì)大型真菌菌核相應(yīng)高DF食品的研發(fā)較少,后續(xù)可聚焦于相應(yīng)食品的開發(fā)。

2.5 調(diào)節(jié)血壓血糖作用

已有研究發(fā)現(xiàn),菌核斗菇菌核水提物中的黃酮類化合物和植物甾醇可以劑量依賴地降低亞慢性鹽負(fù)荷大鼠的收縮壓、舒張壓、脈搏、平均動(dòng)脈壓以及心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[33-34]。茯苓菌核粗提物去氫土莫酸、氫化去氫土莫酸和茯苓酸對(duì)鏈脲霉素(STZ)處理的小鼠表現(xiàn)出不同的胰島素敏化劑活性[35];高脂喂養(yǎng)和STZ誘導(dǎo)的II型糖尿病小鼠,以900 mg/kg劑量,口服樺褐孔菌菌核多糖,可顯著恢復(fù)體重和脂肪量,降低空腹血糖水平,提高糖耐量,增加肝糖原水平以及改善胰島素抗性[7]。從上述實(shí)驗(yàn)可以看出大型真菌菌核中的低分子量化合物可以有效調(diào)節(jié)血壓血糖,在降血壓血糖等天然活性成分的研究中具有重要意義。

2.6 利尿與腎保護(hù)作用

大型真菌菌核及其提取物可用于治療泌尿系統(tǒng)疾病。豬苓菌核水提物能顯著降低SD大鼠AQP2和V2R基因的表達(dá),增加大鼠尿量以及尿中Na+、K+和Cl-的含量,產(chǎn)生利尿活性[36];臨床證實(shí),豬苓菌核中的類固醇和多糖可用于治療腎盂炎、腎炎和泌尿系結(jié)石,且無副作用[3]。茯苓菌核皮的利尿機(jī)制與豬苓相同,通過抑制腎臟AQP2的表達(dá)發(fā)揮慢性心力衰竭大鼠的利尿作用,并可通過抑制腎小管的重吸收作用以利尿[37]。此外,茯苓皮的乙醇提取物比水提物具有更好地利尿作用[38]。目前,豬苓與茯苓菌核的利尿與腎保護(hù)作用主要集中在研究其提取物上,但具體的生物活性成分尚不明確,有待進(jìn)一步深入研究。

2.7 其他作用

大型真菌菌核除了以上常見的生物活性外,還具有抑菌、抗抑郁、殺寄生蟲等方面的活性。與阿莫西林和氟康唑等抗菌藥相比,孤苓核生柄孔菌菌核的醇提物對(duì)金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、肺炎桿菌(Klebsiellapneumoniae)、白色念珠菌(Candidaalbicans)等細(xì)菌具有更好的抑菌活性[39]。菌核斗菇菌核醇提物對(duì)金黃色葡萄球菌、鏈球菌(Streptococcussp.)、大腸桿菌(Escherichiacoli)的抑菌活性明顯優(yōu)于水提物,可用作常規(guī)抗生素的替代品[40]。

此外,黒柄炭角菌菌核能緩解癲癇患者的抑郁癥狀,并且耐受良好[12];其與白芍、全蝎結(jié)合或與箭葉秋葵、滇藏方枝柏結(jié)合也可治療抑郁癥。雷丸菌核中的雷丸蛋白酶能夠抑制人體內(nèi)寄生蟲[41]。

3 大型真菌菌核安全性評(píng)價(jià)

大型真菌菌核作為傳統(tǒng)的中草藥與功能性食品,進(jìn)行體外和體內(nèi)試驗(yàn)的安全性評(píng)估是至關(guān)重要的。目前對(duì)大型真菌菌核的安全性研究主要集中在核生柄孔菌菌核上。以Sprague Dawley(SD)大鼠為模型對(duì)喀麥隆核生柄孔菌菌核進(jìn)行亞急性毒理學(xué)研究,大鼠口服1000 mg/kg的菌核粉水溶液,其行為方式、總體外觀、生長(zhǎng)模式、體重、血液和臨床生化指標(biāo)均未發(fā)生相關(guān)改變,且腎、脾、心、肺和肝的組織病理學(xué)沒有明顯變化[42]。孤苓核生柄孔菌菌核的水提物對(duì)正常人的乳腺細(xì)胞184B5和肺細(xì)胞NL20沒有細(xì)胞毒性作用[28],醇提物對(duì)正常人的結(jié)腸、腎、鼻咽、口腔細(xì)胞,大鼠的腎細(xì)胞和Vero細(xì)胞系沒有明顯的影響[43-44];其菌核粉末也不會(huì)影響大鼠的生育能力[45]。此外,SD大鼠單次攝取80 g/kg的菌核斗菇菌核,不產(chǎn)生任何急性作用;研究進(jìn)一步表明,SD大鼠連續(xù)90 d攝取6.4 g/kg的菌核斗菇菌核并沒有觀察到任何亞慢性毒性,這表明菌核斗菇菌核的無可見有害作用水平相當(dāng)高[5]。目前,尚未見大型真菌菌核毒副作用的報(bào)道。

4 總結(jié)與展望

隨著研究的深入與分析技術(shù)的進(jìn)步,對(duì)大型真菌菌核生物活性有了近一步認(rèn)識(shí),大型真菌菌核中的多糖、蛋白質(zhì)等高分子量化合物和甾體、酚類等低分子量化合物在免疫調(diào)節(jié)、改善腸道功能、抗氧化、抗腫瘤、改善血壓血糖、抗炎等方面具有生物活性。其中,豬苓和茯苓菌核在泌尿和腎保護(hù)方面作用顯著,雷丸菌核在抗腫瘤和殺寄生蟲方面生物活性突出,核生柄孔菌菌核具有良好的免疫調(diào)節(jié)與抗炎活性。這些發(fā)現(xiàn)表明,大型真菌菌核可以用于開發(fā)新型功能性食品及保健與疾病預(yù)防。

目前對(duì)大型真菌菌核的研究大多集中在粗提取物或含有不同成分混合物上且不夠系統(tǒng)?；瘜W(xué)成分是對(duì)活性成分開發(fā)利用的前提,有必要確定具體的活性成分及其化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物效應(yīng)機(jī)制,以便更好地對(duì)大型真菌菌核進(jìn)行開發(fā)利用。

大型真菌菌核主要來源于野外收集,連年采挖使野生菌核資源日漸匱乏,而且規(guī)?；耘嘀卸鄳{借以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)控且產(chǎn)量低,致使供需矛盾尖銳,急需探索高效的人工培育方法,推進(jìn)大型真菌菌核的現(xiàn)代化、規(guī)?；a(chǎn)。

今后需盡可能開展與現(xiàn)代中醫(yī)藥研究相對(duì)應(yīng)的藥理模型研究,探究菌核在實(shí)際應(yīng)用中的療效,形成較為深入和系統(tǒng)的理論體系,推進(jìn)大型真菌菌核在功能性食品和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑等方面的應(yīng)用。