竹蓀多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)及其生物活性的研究進(jìn)展

張春梅，陳宏，何銘琪，祝詩欣，張菊，李海峰

（廣東藥科大學(xué)生命科學(xué)與生物制藥學(xué)院，廣東廣州510006）

竹蓀屬真菌（Dictyophoraspp.）隸屬于真菌門、腹菌綱、鬼筆目、鬼筆科，是我國名貴的大型食用菌，主要包括長裙、短裙、紅托和棘托竹蓀等食藥兩用品種。竹蓀營養(yǎng)豐富且滋味鮮美，早在春秋戰(zhàn)國時(shí)期，《楚辭·九歌》就將竹蓀列為“香草”，唐代《食療本草》和《酉陽雜俎》中亦有收錄，竹蓀在近現(xiàn)代也常被用來制作國宴名肴，因此享有“山珍之花”、“菌中皇后”的美譽(yù)。竹蓀性涼，味甘微苦，歸肺、胃經(jīng)，《本草綱目》等醫(yī)著記載其有寧神健體、益氣補(bǔ)腦、潤肺養(yǎng)陰、消炎止痛、清熱利濕等功效，可治肺虛、熱咳、咽喉炎、風(fēng)濕、痢疾等癥?，F(xiàn)代研究表明，竹蓀主要含有多糖、氨基酸和揮發(fā)油等成分，具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、降血脂和降血糖等功能[1]。近年來有報(bào)道顯示，竹蓀多糖是竹蓀生物活性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，具有抗氧化、增強(qiáng)免疫、抗腫瘤、神經(jīng)保護(hù)、抗衰老等多種活性[1-3]。本文綜述了近年來竹蓀多糖結(jié)構(gòu)特性和生物活性的研究進(jìn)展，以期推動(dòng)竹蓀屬真菌在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的深入應(yīng)用。

1 竹蓀多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征

本課題組曾采用水提醇沉和離子交換等提取純化工藝從長裙竹蓀子實(shí)體中制備了酸性多糖DiPS，通過氣相色譜分析發(fā)現(xiàn)其單糖組成主要為甘露糖，還包括少量的巖藻糖、半乳糖、鼠李糖、木糖、葡萄糖和葡萄糖醛酸[4]。Ker 等[5]和Hua 等[6]從長裙竹蓀子實(shí)體中也分離出了多個(gè)多糖組分，這些組分分子量分布在18 kDa～4 600 kDa，單糖組成包括半乳糖、葡萄糖、甘露糖、巖藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖和核糖，但是組成比例各有不同，糖鏈連接包括（1→6）-葡萄糖、（1→3，6）-甘露糖、（1→5）-木糖、（1→3）-半乳糖和（1→6）-半乳糖等多種方式。這些結(jié)果表明竹蓀多糖是組成較為復(fù)雜的雜多糖，而且同一品種竹蓀的多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)存在一定差異，這可能與竹蓀生長環(huán)境和采收時(shí)期以及多糖制備方法等因素有關(guān)。此外，不同種類竹蓀的多糖結(jié)構(gòu)也有所不同。連賓等[7]采用水提醇沉和葡聚糖凝膠層析法從紅托竹蓀子實(shí)體中分離得到的3 種多糖組分均由半乳糖、葡萄糖、甘露糖和木糖組成。鄭楊等[8]和林玉滿等[9]分別從短裙竹蓀和棘托竹蓀子實(shí)體中分離獲得了多糖組分DdS3P 和DE2-2，前者分子量為380 kDa，單糖組成為葡萄糖、甘露糖和木糖，后者分子量為84 kDa，含有葡萄糖、甘露糖、半乳糖和巖藻糖。目前有關(guān)竹蓀多糖構(gòu)象的研究較少，但有報(bào)道顯示長裙竹蓀多糖PD3 的主鏈結(jié)構(gòu)為（1→3）-β-D-葡聚糖，側(cè)鏈為（1→6）-β-葡萄糖苷，其在水溶液中具有與硬葡聚糖和香菇多糖相似的三螺旋結(jié)構(gòu)[10]。鑒于真菌多糖的抗腫瘤活性與三螺旋構(gòu)象有關(guān)，這些結(jié)果表明竹蓀葡聚糖PD3 可能具有相關(guān)活性。綜上所述，竹蓀多糖的分子量分布范圍較廣，其單糖組成和糖苷鍵連接方式多樣，這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征是其具有多種生物學(xué)活性的基礎(chǔ)。

2 竹蓀多糖的生物活性及相關(guān)機(jī)制

2.1 抗氧化與抗炎作用

竹蓀多糖在體外化學(xué)體系以及細(xì)胞和動(dòng)物模型中具有良好的抗氧化活性。Deng 等[11]探索了長裙竹蓀多糖DIP 的體外抗氧化作用，發(fā)現(xiàn)其具有較強(qiáng)的體外還原能力，能夠有效清除DPPH 自由基、羥自由基和超氧陰離子自由基。Hua 等[6]進(jìn)一步采用DIP 飼喂D-半乳糖造模的衰老大鼠，發(fā)現(xiàn)該多糖可以降低血清中丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量和肝臟中脂褐素水平，并能提高血清中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GPx）的活性。此外，Yu 等[12]研究發(fā)現(xiàn)棘托竹蓀多糖能夠緩解雙氧水介導(dǎo)的PC12 大鼠腎上腺嗜鉻瘤細(xì)胞活力下降，減少促凋亡蛋白Bax、半胱天冬酶Caspases 3 和細(xì)胞色素C 水平并提高抗凋亡蛋白Bcl-2含量，說明該多糖的抗氧化作用與抑制細(xì)胞凋亡有關(guān)。本課題組最近采用超氧陰離子誘導(dǎo)劑百草枯脅迫野生型秀麗線蟲模型，發(fā)現(xiàn)長裙竹蓀酸性多糖DiPS 可以提高秀麗線蟲的存活率，還能降低秀麗線蟲體內(nèi)活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）和MDA 水平，提高SOD 活力并恢復(fù)線粒體膜電位和ATP 含量，而且DiPS 的抗氧化作用與調(diào)控脅迫響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子DAF-16 有關(guān)[4]。由于氧化脅迫與衰老以及神經(jīng)退行性疾病和癌癥等多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，而且許多抗氧化劑被證實(shí)能夠延緩衰老和防治氧化脅迫相關(guān)疾病[13]，因此上述研究表明竹蓀多糖可能具有抗衰老和緩解氧化脅迫相關(guān)病癥的生物活性。

炎癥反應(yīng)參與了多種疾病的發(fā)生和發(fā)展，因此抑制炎癥是緩解相關(guān)病癥的有效策略。研究表明，竹蓀水提物及其多糖成分能夠抑制多種炎性物質(zhì)的致炎作用和細(xì)胞毒性。例如，Ukai 等[14]采用卡拉膠注射法和燙傷法誘導(dǎo)大鼠后肢產(chǎn)生炎癥，然后以長裙竹蓀多糖T-5-N 飼喂大鼠，發(fā)現(xiàn)該多糖能夠緩解卡拉膠引起的水腫和燙傷性水腫痛覺過敏，具有退熱止痛的抗炎作用。

2.2 增強(qiáng)免疫作用

竹蓀多糖可以通過非特異性免疫途徑來增強(qiáng)動(dòng)物模型的免疫系統(tǒng)功能，比如Hua 等[15]分別采用酸提法和堿提法從長裙竹蓀中提取出DIP I 和DIP II 兩種多糖成分，前者可以增加正常小鼠胸腺的重量和單核細(xì)胞的吞噬依賴性，后者可以提高小鼠脾臟和胸腺重量以及脾細(xì)胞增殖能力和自然殺傷細(xì)胞活性，還能恢復(fù)對二硝基氟苯的遲發(fā)型超敏反應(yīng)。除了單核細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞，竹蓀多糖對非特異性免疫細(xì)胞中的其它成員也有激活作用。例如，Deng 等[16-17]研究發(fā)現(xiàn)長裙竹蓀多糖DIP 能誘導(dǎo)小鼠腹腔巨噬細(xì)胞RAW264.7 中一氧化氮產(chǎn)生，促進(jìn)白介素-1、白介素-6、腫瘤壞死因子和核因子 κB（nuclear factor-κB，NF-κB）等基因的表達(dá)，而抗Toll 樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）和抗模式識(shí)別受體Dectin-1 的單克隆抗體都可以顯著抑制DIP 與靶細(xì)胞的特異性結(jié)合以及對巨噬細(xì)胞的激活。此外，廖文鎮(zhèn)[18]發(fā)現(xiàn)紅托竹蓀多糖DP1 能夠與RAW264.7 細(xì)胞膜表面的補(bǔ)體受體3（complement receptor 3，CR3）特異性結(jié)合，通過PI3K/Akt/MAPK/NF-κB 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活巨噬細(xì)胞的免疫應(yīng)答，促進(jìn)一氧化氮和白介素的分泌。綜上所述，TLR4、Dectin-1 和CR3 等表面受體以及NF-κB 轉(zhuǎn)錄因子在竹蓀多糖活化巨噬細(xì)胞過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

2.3 抗腫瘤作用

研究表明，竹蓀多糖可以通過誘導(dǎo)凋亡抑制多種腫瘤細(xì)胞的增殖。例如，葉建方等[19]發(fā)現(xiàn)紅托竹蓀多糖能夠提高小鼠腹水瘤細(xì)胞S180 中Bax、Caspase-3 和Caspase-9 的含量并降低Bcl-2 的含量，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并抑制細(xì)胞生長。此外，一些化學(xué)修飾和改造手段可有效提高竹蓀多糖的抗腫瘤活性。例如，與未修飾多糖相比，磷酸化或硫酸化的竹蓀多糖對人乳腺癌細(xì)胞MCF-7 和小鼠黑色素瘤細(xì)胞B16 體外增殖的抑制作用更強(qiáng)[11，20]，經(jīng)NaOH 變性和透析復(fù)性處理的竹蓀多糖對S180 細(xì)胞在小鼠體內(nèi)增殖的抑制作用也有所提高[21]。Liao 等[22]將長裙竹蓀多糖連接到單分散硒納米顆粒表面，發(fā)現(xiàn)該綴合物對人肝癌細(xì)胞HepG2、人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞A549 等多種腫瘤細(xì)胞增殖的抑制作用較未改造多糖的更強(qiáng)，并能顯著誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)核固縮、DNA 降解等凋亡現(xiàn)象，而且這種促凋亡作用與激活Fas 相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白和Caspase 以及誘導(dǎo)ROS 過量生成和線粒體功能障礙有關(guān)。有趣的是，竹蓀多糖的抗氧化活性與抑制凋亡途徑有關(guān)，這些看似矛盾的結(jié)果說明不同疾病的基因表達(dá)模式存在差異，也說明竹蓀多糖在不同疾病背景下的基因調(diào)控方式不同。

除了增殖過度和凋亡抑制，腫瘤微環(huán)境在腫瘤生長過程中也起著重要作用，而腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）是腫瘤微環(huán)境的主要基質(zhì)細(xì)胞，能夠分泌多種因子抑制免疫系統(tǒng)并促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移[23]。最近有研究顯示，前列腺CAFs能夠抑制小鼠CD4+/CD8+T 細(xì)胞的生長，而長裙竹蓀多糖ZSP4 不僅能夠促進(jìn)小鼠脾臟中免疫細(xì)胞的增殖，還可以通過下調(diào)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白的表達(dá)來緩解前列腺CAFs 對免疫細(xì)胞的抑制[24]，這說明竹蓀多糖的體內(nèi)抗腫瘤作用與調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和腫瘤微環(huán)境有關(guān)。

2.4 神經(jīng)保護(hù)作用

許多神經(jīng)退行性疾病的病理機(jī)制都涉及到蛋白質(zhì)異常聚集、氧化脅迫和細(xì)胞凋亡，比如β-淀粉樣肽（amyloid-β peptide，Aβ）和多聚谷氨酰胺（polyglutamine，polyQ）分別是阿爾茨海默癥和亨廷頓舞蹈病的關(guān)鍵致病蛋白，其聚集產(chǎn)物可誘發(fā)氧化脅迫與炎癥，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡和功能衰退[25]。因此，緩解致病蛋白異常聚集介導(dǎo)的毒性脅迫是防治神經(jīng)退行性疾病的有效策略。本課題組最近以Aβ 和polyQ 轉(zhuǎn)基因秀麗線蟲為模型，發(fā)現(xiàn)DiPS 不僅能夠有效抑制蛋白聚集介導(dǎo)的趨化和避化行為缺陷，還可以降低秀麗線蟲體內(nèi)的ROS 水平，并促進(jìn)胰島素信號通路關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子DAF-16 的入核[4]。由于DAF-16 是調(diào)節(jié)蛋白聚集毒性、脅迫和壽命等生物過程的關(guān)鍵因子，這些結(jié)果說明竹蓀多糖能夠通過調(diào)控該轉(zhuǎn)錄因子在秀麗線蟲體內(nèi)抑制蛋白神經(jīng)毒性和緩解氧化脅迫。除了異聚蛋白，吳雪艷[26]采用亞砷酸鈉對大鼠進(jìn)行造模，通過Morris 水迷宮、避暗和跳臺(tái)等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)砷中毒大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力和海馬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)受損，而且腦組織中的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、N-甲基-D-天冬氨酸和谷胱甘肽含量以及SOD 和乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶活力均降低。采用紅托竹蓀多糖制備的飲料飼喂砷中毒大鼠后，上述癥狀有所緩解。此外，紅托竹蓀多糖飲料還能提高正常大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，并可以增加大鼠血清中總SOD 和GPx含量以及腦組織中GPx 活力[26]。因此，這些研究充分表明竹蓀多糖能夠提高正常動(dòng)物和疾病動(dòng)物模型的神經(jīng)系統(tǒng)功能，而且抗氧化作用是其發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)活性的重要基礎(chǔ)。

2.5 護(hù)肝作用

砷是國際癌癥研究機(jī)構(gòu)明確認(rèn)定的一級致癌物，不僅可以誘發(fā)多種癌癥，還能增加心血管疾病、糖尿病等常見疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)。肝臟是砷主要的蓄積器官和受損器官，因此緩解肝損傷有助于治療砷中毒。最近有研究表明，竹蓀多糖在細(xì)胞和整體動(dòng)物水平上能夠抑制砷毒性并促進(jìn)砷排出。楊紅艷等[27]發(fā)現(xiàn)高劑量的亞砷酸鈉能引起L-02 人肝臟細(xì)胞的活力、Bcl-2/Bax 比值及總SOD、過氧化氫酶和谷胱甘肽水平降低，使MDA 含量以及細(xì)胞色素C 和Caspase-3 活力升高，說明砷鹽可誘導(dǎo)氧化脅迫與細(xì)胞凋亡。采用竹蓀多糖處理砷脅迫的L-02 細(xì)胞，上述細(xì)胞活力、凋亡和氧化脅迫相關(guān)指標(biāo)的變化均有所緩和。胡婷等[28]利用基因表達(dá)譜芯片技術(shù)進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)亞砷酸鈉可以調(diào)控一些與炎癥、增殖和凋亡相關(guān)基因的表達(dá)，而竹蓀多糖能夠干預(yù)砷鹽調(diào)控的多個(gè)差異表達(dá)基因，所涉及的信號通路包括NOD 受體樣通路、MAPK 通路和PPAR 通路等。因此，這些結(jié)果表明竹蓀多糖可通過調(diào)控氧化脅迫、炎癥、增殖和凋亡等多種途徑抑制砷的肝細(xì)胞毒性。此外，胡婷等[29]對竹蓀多糖的體內(nèi)護(hù)肝活性進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)該多糖能夠抑制亞砷酸鈉造成的小鼠體重下降和肝組織損傷，并能降低肝砷含量和提高血砷及尿砷水平。值得注意的是，在小鼠砷中毒前給予竹蓀多糖處理的護(hù)肝作用優(yōu)于砷造模后再干預(yù)，表明該多糖能夠通過增強(qiáng)正常肝臟的功能來抵抗外源脅迫。曾丹[30]利用染毒大鼠模型也證實(shí)了竹蓀多糖可以緩解亞砷酸鈉所致肝纖維化，并能夠降低肝臟組織中MKK3、MKK4、p-JNK 和p-P38 蛋白水平以及提高M(jìn)KK1 和p-ERK 蛋白水平，進(jìn)一步說明調(diào)控MAPK信號通路是竹蓀多糖抑制砷肝毒性的重要機(jī)制。

2.6 抗衰老作用

越來越多報(bào)道顯示，過氧化產(chǎn)物大量累積和抗氧化系統(tǒng)功能下降是機(jī)體衰老的重要誘因，而一些抗衰老普通食物和食藥兩用食物來源的多糖具有延緩衰老及防治衰老相關(guān)疾病的活性[31]。Ye 等[32]采用D-半乳糖對小鼠進(jìn)行皮下注射，可引起小鼠血清和肝臟中MDA 含量升高而SOD 和GPx 活性降低，導(dǎo)致胸腺和脾臟指數(shù)均顯著下降，從而造成動(dòng)物亞急性衰老。采用紅托竹蓀多糖DRP 處理衰老小鼠后，發(fā)現(xiàn)上述氧化脅迫相關(guān)指標(biāo)以及器官指數(shù)均有所改善。因此，竹蓀多糖可能通過清除過氧化產(chǎn)物和增強(qiáng)抗氧化酶功能發(fā)揮抗衰老作用。

2.7 抑菌作用

早期有報(bào)道顯示，竹蓀水提物能夠抑制一些常見的食品腐敗菌和致病菌的生長[33-34]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，竹蓀中的多糖成分對多種細(xì)菌和真菌有顯著的抑制作用，王憲偉[35]采用抑菌圈法發(fā)現(xiàn)竹蓀多糖能夠抑制黑曲霉、草酸青霉、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，而且對真菌的抑制效果優(yōu)于細(xì)菌。目前有關(guān)竹蓀多糖抑菌機(jī)理的研究極少，但孫曉紅等[36]發(fā)現(xiàn)棘托竹蓀水提物能夠上調(diào)副溶血性弧菌中轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子nusA 等基因的表達(dá)并下調(diào)延伸因子ef-Tu 等基因的表達(dá)，使菌體細(xì)胞膜受損和細(xì)胞質(zhì)溶出，從而導(dǎo)致菌體死亡。鑒于多糖是竹蓀發(fā)揮抑菌作用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，這些研究為深入探索竹蓀多糖的抑菌機(jī)理提供了參考。

2.8 其它作用

Ye 等[37]研究發(fā)現(xiàn)竹蓀多糖DRP 可以延長負(fù)重小鼠的游泳時(shí)間和缺氧小鼠的存活時(shí)間，說明該多糖能夠緩解動(dòng)物的疲勞與缺氧癥狀。DRP 還能降低疲勞小鼠血清中的血乳酸、尿素氮和MDA 含量，并提高血清SOD、肝臟肝糖原和腿部肌糖原含量，表明其抗疲勞作用與改善糖代謝、清除代謝產(chǎn)物和減輕氧化脅迫有關(guān)。Kanwal 等[38]探索了長裙竹蓀多糖對廣譜抗生素誘導(dǎo)腸道菌群失衡的調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)該多糖能夠改善口服克林霉素和甲硝唑?qū)е碌男∈竽c道細(xì)菌多樣性和豐富度降低，增加乳酸產(chǎn)生菌和丁酸產(chǎn)生菌等有益菌群，還能降低腫瘤壞死因子、白介素-6 和白介素-1β水平并提高緊密連接相關(guān)蛋白水平，從而發(fā)揮保護(hù)腸道微生物群、增強(qiáng)腸屏障完整性和減少炎癥的功能。此外，熊彬等[39]發(fā)現(xiàn)長裙竹蓀的菌托和菌蓋水提液能提高鈷-60 輻射大鼠的脾臟指數(shù)和血清中IgG 等免疫球蛋白水平，說明其具有修復(fù)輻射致免疫系統(tǒng)損傷的作用。

3 總結(jié)與展望

竹蓀有著廣泛的資源分布和悠久的食藥兩用歷史，近年來研究發(fā)現(xiàn)其多糖成分具有減輕氧化和炎癥脅迫、增強(qiáng)機(jī)體免疫、抑制腫瘤生長及緩解神經(jīng)毒性等多種生物活性，在普通食品、保健食品和醫(yī)藥領(lǐng)域蘊(yùn)含著良好的開發(fā)應(yīng)用潛力。然而，總結(jié)竹蓀多糖的研究現(xiàn)狀，仍然存在一些不足，今后可從以下幾方面進(jìn)行完善：探索竹蓀菌絲體的液體深層培養(yǎng)技術(shù)，研究培養(yǎng)條件、食用部位和制備方法對多糖結(jié)構(gòu)與活性的影響，制定多糖質(zhì)量控制方案；闡明竹蓀多糖的高級結(jié)構(gòu)并開展構(gòu)效關(guān)系研究，利用多種生化物理技術(shù)對多糖進(jìn)行修飾，如酶解、羧甲基化和乙?；龋瑫r(shí)運(yùn)用納微化合物載體增強(qiáng)多糖的體內(nèi)活性；探索竹蓀多糖與心腦血管疾病、糖尿病、高血脂癥、肝炎等常見疾病相關(guān)的生物活性，開展體內(nèi)代謝動(dòng)力學(xué)研究；采用轉(zhuǎn)錄組測序、蛋白質(zhì)組定量和修飾分析等前沿技術(shù)闡釋竹蓀多糖生物活性的分子機(jī)理，比如免疫調(diào)節(jié)、抗衰老、抗炎和抑菌作用相關(guān)的基因表達(dá)和信號調(diào)控途徑，為竹蓀多糖深入開發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)。