皺蓋疣柄牛肝菌多糖LRP-Ⅰ和LRP-Ⅱ結(jié)構(gòu)表征及抗氧化活性分析

伍 燕,徐 峰,李小雙,朱家豪,申利群,3,*

(1.興義民族師范學院,貴州興義 562400; 2.廣西民族大學化學化工學院,廣西南寧 530006; 3.廣西林產(chǎn)化學與工程重點實驗室，廣西南寧 530006)

皺蓋疣柄牛肝菌(Leccinumrugosiceps),隸屬擔子菌門(Basidiomycota)傘菌目(Agaricales)牛肝菌科(Boletaceae)疣柄牛肝菌屬(Leccinum),子實體通體呈土黃色、赭黃色或黃色,成熟后菌蓋表面常有皸裂,民間又叫“黃癩頭”或“虎皮牛肝菌”,在我國主要分布在云南、貴州、四川和西藏等地[1]。皺蓋疣柄牛肝菌是一種食藥兩用的野生真菌,富含多種氨基酸、糖類、脂肪、多酚、黃酮、甾類和萜類[2],口感脆嫩,味道鮮美,菌香味濃,經(jīng)常食用可增強機體免疫力、改善機體微循環(huán),是中藥制劑“舒筋丸”的主要原料之一,皺蓋疣柄牛肝菌屬外生菌根菌,人工栽培難以獲得,市場需求量大,經(jīng)濟價值較高。

真菌多糖是多羥基醛或多羥基酮聚合成的大分子活性物質(zhì),研究表明具有抗腫瘤、抗氧化、抗疲勞和增強免疫力等多種活性[3-4],如香菇多糖、靈芝多糖制成的中成藥在臨床抗腫瘤方面應用已較為廣泛[5-6]。目前對牛肝菌多糖活性報道較多,如唐賢等研究表明[7],純化后的銅色牛肝菌(Boletusaereus)多糖對MFC、CT26.WT和S180細胞增殖抑制效果明顯,岳萬松對銅色牛肝菌(Boletusaereus)、美味牛肝菌(Boletusedulis)、紅柄牛肝菌(Boletuserythropus)、小美牛肝菌(Boletusspeciosus)和黃皮疣柄牛肝菌(Leccinumcrocipodium)多糖提取物進行抗氧化實驗,表明牛肝菌多糖對羥基自由基、超氧陰離子自由基和DPPH自由基均有不同程度的清除活性[8]。目前對于皺蓋疣柄牛肝菌的研究主要集中在礦質(zhì)元素、陰離子等成分檢測[9-13],對于其活性物質(zhì)多糖的研究較少,對提取的多糖結(jié)構(gòu)和活性的比較也不多見[14]。

貴州黔西南位于黔、滇、桂三省交界處,溫潤多雨的氣候和適宜的生境使得野生皺蓋疣柄牛肝菌產(chǎn)量豐富,每年從7～9月,有大量品相好、菇型正、味道鮮美的野生皺蓋疣柄牛肝菌上市。本文以當?shù)匦迈r野生皺蓋疣柄牛肝菌為原料,熱水浸提粗多糖,純化得到精制多糖用紅外光譜(IR)、高效液相色譜(HCLP)、高效凝膠滲透色譜(HPGPC)、氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)和電鏡掃描(SEM)等手段表征其一級結(jié)構(gòu),并進一步探討了皺蓋疣柄牛肝菌多糖的抗氧化活性,為牛肝菌的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

皺蓋疣柄牛肝菌(Leccinumrugosiceps)新鮮子實體 2019年8月份購于興義市豐源市場;DEAE-52纖維素、Sephadex G-100 上海瑞永生物科技公司;717陰離子柱、Dextran、葡萄糖、鼠李糖、巖藻糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖(均為分析純) 索萊寶試劑公司;1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(PMP)、乙酸酐、三氟乙酸、鹽酸羥胺、甲基咪唑、2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH) 麥克林試劑公司;蒽酮、硫酸、氯仿、正丁醇、無水乙醇及其他試劑均為分析純 國藥集團化學試劑有限公司。

SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水真空泵 瑞德儀器設備有限公司;Bio-RadPTC200 PCR擴增儀、Gel Doc XR凝膠成像儀 美國伯樂公司;安捷倫1200高效液相色譜儀、自動進樣器、G1352A RID檢測器、7890A-5975C 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、DB-5色譜柱和質(zhì)譜檢測器 安捷倫科技有限公司;真空冷凍干燥機LGJ-10 北京松源華興科技有限公司;VERTEX 70傅里葉變換顯微紅外/拉曼光譜儀 德國Bruker公司;Thermo Scientific Multiskan FC酶標儀 美國賽默飛公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 皺蓋疣柄牛肝菌DNA提取和ITS序列鑒定 在新鮮子實體菌蓋和菌柄連接處取20 mg菌肉,液氮研磨,試劑盒提總DNA,通用引物ITS1(5′-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3′)和ITS4(5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′)擴增其ITS序列,電泳檢測純度后送上海生工生物工程有限公司測序。

1.2.2 皺蓋疣柄牛肝菌多糖的提取和純化 新鮮子實體250 g切碎后加入500 mL超純水,沸水煮40 min,過濾后保留濾液并重復提取一次,合并兩次濾液[15]。在250 mL濾液里加入50 g處理好的氯化717陰離子柱,50 ℃脫色4 h,過濾后保留濾液;sevag法(氯仿∶正丁醇=4∶1 v/v)脫蛋白質(zhì);將脫色、脫蛋白后的粗糖提取液過DEAE-52纖維柱,分別用ddH2O和不同濃度NaCl溶液(0.05、0.1、0.2和0.3 mol/L)洗脫柱子(室溫,流速2 mL/min),用0.1%蒽酮-硫酸溶液在紫外OD620 nm檢測并繪制洗脫曲線;收集主要洗脫峰用3500 Mw透析袋脫鹽(4 ℃透析72 h);透析后經(jīng)減壓濃縮、冷凍干燥得到粗糖粉末1 g。粗糖復溶,用Sephadex G-100柱子進一步純化(ddH2O洗脫),收集后再次冷凍干燥得到精制多糖約100 mg。

1.2.3 皺蓋疣柄牛肝菌多糖紅外光譜檢測 取適量精制多糖[16],按1%與色譜級KBr混勻,常規(guī)壓片后進行紅外掃描,掃描范圍為4000～400 cm-1。

1.2.4 皺蓋疣柄牛肝菌多糖單糖組成檢測

1.2.4.1 多糖水解及PMP柱前衍化 取10 mg多糖樣品于梨形瓶中,加入2 mol/L H2SO4溶液2 mL,抽成真空后加塞保護,在油浴鍋里100 ℃水解8 h,反應完后用0.3 mol/L NaOH中和至中性,離心(4000 r/min)取上清。取上清液200 μL,依次加入100 μL 0.5 mol/L PMP甲醇溶液和100 μL 0.3 mol/L NaOH,70 ℃水浴1 h,冷卻后加入100 μL 0.3 mol/L的HCl,混勻后加入1 mL CCl3萃取,離心(4000 r/min)取上清,過0.22 μm水相濾膜備用[17]。單糖標準品按同樣步驟操作。

1.2.4.2 色譜條件 配制0.05 mol/L、pH6.8磷酸鹽緩沖液,流動相為0.05 mol/L磷酸鹽-乙腈(82∶12,v/v),流速為1.0 mL/min,檢測波長為250 nm,柱溫為30 ℃。

1.2.5 皺蓋疣柄牛肝菌多糖純度及分子量檢測

1.2.5.1 色譜條件 TSKgel? G5000PWXL凝膠色譜柱,稱取10 mg樣品,用ddH2O配制成濃度為1 mg/mL的溶液,Millipore 0.45 μm水系濾膜過濾,進樣檢測。柱溫20 ℃,0.002 mol/L磷酸二氫鈉為流動相,流速0.6 mL/min。

1.2.5.2 標準曲線的繪制及樣品檢測 分別稱取適量的Dextran標準品,將其配置成濃度約3 mg/mL的對照品溶液,逐一進行HPLC檢測,根據(jù)標準糖分子量的保留時間(RT)繪制標準曲線,得出回歸方程。稱取一定量的樣品,加入流動相,將其配制成濃度約為1 mg/mL的溶液,Millipore 0.45 μm水系濾膜過濾,進樣檢測[18]。

1.2.6 皺蓋疣柄牛肝菌多糖甲基化及檢測

1.2.6.1 甲基化及解聚 取2 mg多糖樣品于梨型瓶中[19],通入氮氣保護,加入1 mL DMSO溶解后再加入0.6 mL NaOH-DMSO懸液,密閉混合超聲30 min,冰浴、緩慢滴加碘甲烷1 mL,避光超聲20 min,加入3 mL水振蕩終止反應。加入3 mL氯仿萃取,離心留下層有機相,加入無水硫酸鈉除去殘留水分,過0.45 μm有機濾膜,濾液置干凈的梨型瓶中用氮氣吹干。將已完全甲基化的多糖溶于3 mL 90%的甲酸溶液中,100 ℃解聚3 h,向反應瓶中加入3 mL甲醇,40 ℃下減壓濃縮蒸干備用。

1.2.6.2 水解及乙?；?上述多糖樣品中加入2 mol/L的三氟乙酸3 mL,120 ℃下水解4 h,冷卻至室溫,加入0.5 mL甲醇于40 ℃下減壓旋干,徹底去除三氟乙酸。干燥后的樣品加入60 mg/mL的鹽酸羥胺溶液(鹽酸羥胺溶于吡啶中)1 mL,密閉且充分振蕩,置于90 ℃真空干燥箱中氧化30 min。冷卻至室溫,加入0.2 mL 1-甲基咪唑和1 mL的乙酸酐充分振蕩混合均勻,密閉置于90 ℃真空干燥箱中反應30 min,冷卻至室溫形成乙酰化的衍生物。加入1 mL的三氯甲烷和1 mL的水,混勻后靜置數(shù)分鐘待分層,去除上層水相,再加入1 mL的水,充分振蕩,離心分層,去除水相,過0.45 μm的有機系濾膜,置于進樣瓶中進行氣相色譜分析。

1.2.7 皺蓋疣柄牛肝菌多糖掃描電鏡檢測 取少量真空干燥多糖樣品固定在樣品架上,真空鍍金使樣品處于導電狀態(tài),電壓10 kV下進行電鏡掃描。

1.2.8 皺蓋疣柄牛肝菌多糖對ABTS+·和DPPH·清除率測定

1.2.8.1 ABTS+·清除率的測定 用ddH2O分別配制1、2、4、6、8和10 mg/mL濃度的多糖溶液。取96孔板,依次加入各濃度樣品溶液50 μL,再加入ABTS工作液150 μL,混勻、避光靜置6 min,734 nm波長測定OD值,記作Ai(樣品吸光度值);各樣品溶液50 μL加入ddH2O 150 μL,同法測定OD值,記作Aj(樣品本底吸光度值);取50 μL的ddH2O加入150 μL的ABTS溶液,同法測定OD值,記作A0(陰性對照),重復3次[20]。以VC為陽性對照。ABTS自由基清除率(%)=[1-(Ai-Aj)/A0]×100。

1.2.8.2 DPPH·清除率的測定 用ddH2O分別配制1、2、4、6、8和10 mg/mL濃度的多糖溶液。取96孔板,依次加入各濃度樣品溶液100 μL,再加入DPPH(0.1 mmol/L)工作液100 μL,混勻、避光靜置30 min,517 nm波長處測定OD值,記作Ai(樣品吸光度值);各樣品溶液100 μL加入無水乙醇100 μL,同法測定OD值,記為Aj(樣品本底吸光度值);無水乙醇100 μL加入DPPH工作液100 μL,同法測定OD值記為A0(陰性對照),重復3次[21]。DPPH自由基清除率(%)=[1-(Ai-Aj)/A0]×100。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和處理使用Excel 2010和Origin 9.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 子實體鑒定

新鮮子實體為圖1所示,菌體呈明黃色,成熟后菌蓋常有皸裂,菌肉白色或淺黃色,無傷變。圖2為基于ITS序列比對結(jié)果,在NCBI上Blast N比對,興義產(chǎn)牛肝菌XYZG與皺蓋疣柄牛肝菌(Leccinumrugosiceps)KY440111序列100%同源,經(jīng)過形態(tài)學和分子生物學鑒定,該野生牛肝菌為皺蓋疣柄牛肝菌。

圖1 皺蓋疣柄牛肝菌野生子實體Fig.1 A wild fruiting body of Leccinum rugosiceps

2.2 皺蓋疣柄牛肝菌多糖分離純化

提取的粗多糖溶液過DEAE-52纖維素柱,用不同濃度NaCl溶液洗脫后得到如圖3的洗脫曲線,在0.05 mol/L洗脫濃度下得到多糖LRP-Ⅰ,在0.2 mol/L洗脫濃度下得到LRP-Ⅱ,透析后再分別用凝膠柱葡聚糖G-100進一步純化,得到精制多糖LRP-Ⅰ40 mg和LRP-Ⅱ 60 mg。

圖2 基于ITS序列構(gòu)建的NJ系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.2 NJ phylogenetic tree based on ITS sequence

圖3 皺蓋疣柄牛肝菌粗多糖的DEAE-52纖維素離子交換柱層析洗脫曲線Fig.3 Elution curve of crude polysaccharidefrom Leccinum rugosiceps with DEAE-celluloseion exchange column chromatography

2.3 紅外光譜(IR)分析

圖4 多糖LRP-Ⅰ(A)和LRP-Ⅱ(B)紅外圖譜Fig.4 Infrared spectroscopy of LRP-Ⅰ(A)and LRP-Ⅱ(B)

圖4A所示,多糖LRP-Ⅰ吸收峰有:3450.99 cm-1較寬峰是糖-OH伸縮振動峰,2920.16 cm-1是糖C-H伸縮振動峰,1628.29 cm-1是羧基C=O 非對稱伸縮振動峰,1460.01 cm-1是C-H變角振動峰,在(1150.47～1023.25) cm-1三處吸收峰是糖環(huán)上的C-O-C和C-O-H伸縮振動峰,表明存在吡喃糖環(huán),928.60 cm-1和848.33 cm-1是(1→4)-α-葡聚糖特征吸收峰,760.49 cm-1是吡喃環(huán)對稱環(huán)伸縮振動峰[22-23]。

圖4B所示,多糖LRP-Ⅱ吸收峰有:3438.12 cm-1多糖-OH伸縮振動峰,2997.43和2930.85 cm-1的尖峰是C-H的伸縮振動,1621.48 cm-1是羧基C=O非對稱伸縮振動,在1473.82～1332.21 cm-1范圍內(nèi)為C-H變角振動及O-H彎曲振動引起的吸收峰;1130.78～1029.31 cm-1范圍內(nèi)為C-O-C和C-O-H伸縮振動引起的吸收峰,存在吡喃糖環(huán)[24-26];另外,814.25 cm-1處的吸收為甘露糖存在的特征吸收[27],784.75 cm-1是吡喃環(huán)對稱環(huán)伸縮振動峰。

圖5 單糖標準品(A)、LRP-Ⅰ(B)和LRP-Ⅱ(C)的單糖水解色譜圖Fig.5 HPLC analysis of standard sample(A),LRP-Ⅰ(B)and LRP-Ⅱ(C)polysaccharide hydrolysate 注:Man-甘露糖;Rha-鼠李糖;GalA-半乳糖醛酸;Glu-葡萄糖;Gal-半乳糖;Xyl-木糖;Ara-阿拉伯糖;Fuc-巖藻糖。

2.4 組成多糖的單糖測定

將多糖LRP-Ⅰ和LRP-Ⅱ分別酸水解并衍生化后,在相同的HPLC條件下進行單糖與混合單糖標準品(A)比較。結(jié)果如圖5所示,皺蓋疣柄牛肝菌多糖LRP-Ⅰ(B)由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、木糖和巖藻糖組成,單糖摩爾比為0.68∶0.10∶2.87∶0.28∶0.12,葡萄糖相對含量較多;LRP-Ⅱ(C)由甘露糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和巖藻糖組成,單糖摩爾比組成為1.69∶2.30∶2.06∶0.10∶1.04,葡萄糖和木糖相對含量較多。

2.5 多糖純度及分子質(zhì)量測定

表1 多糖LRP-Ⅰ的甲基化分析Table 1 Methylation analysis data of LRP-Ⅰ

表2 多糖LRP-Ⅱ的甲基化分析Table 2 Methylation analysis data of LRP-Ⅱ

圖6所示為純度和分子量檢測,多糖LRP-Ⅰ(A)和LRP-Ⅱ(B)呈單一對稱峰,依據(jù)Dextran工作標準曲線得到回歸方程:Log(Mw)=-0.4405x+10.809,R2=0.9975,在保留時間為8.493和14.883 min時,LRP-Ⅰ分子量大小為:1.98×104Da;LRP-Ⅱ分子量大小為:8.38×106Da,兩種多糖的分子量相差較大。

圖6 多糖LRP-Ⅰ(A)和LRP-Ⅱ(B)純度及分子質(zhì)量分布圖Fig.6 Distribution of purity and HP-GPC ofLRP-Ⅰ(A)and LRP-Ⅱ(B)

2.6 甲基化分析

圖7A是多糖LRP-Ⅰ甲基化后的 GC-MS圖譜,經(jīng)NIT14質(zhì)譜庫檢索和人工校對,對甲基化的LRP糖苷鍵進行分析,結(jié)果見表1,主要糖苷鍵類型有:葡萄糖以→1,4)-Glcp連接為主,有→1,6)-Glcp分支和→1-Glcp非還原末端連接,占比38.11%;甘露糖以→1,3)-Manp連接為主,有→2,6)-Manp分枝,占比29.13%;木糖→1,3)-Xylp連接為主,占比19.29%;鼠李糖→1,3)-Rhap連接為主,占比9.22%;巖藻糖以→1,3)-Fucp為主,占比4.25%。

圖7B是LRP-Ⅱ甲基化后的 GC-MS圖譜,如表2所示,主要糖苷鍵類型有:葡萄糖以→1,4)-Glcp連接為主,有→1,6)-Glcp分支和→1-Glcp非還原末端連接,占比50.80%;甘露糖以→1,3)-Manp連接為主,有分枝→2,3,6)-Manp和→2,6)-Manp,此外還有非還原末端→1-Manp連接,占比24.45%;木糖主要以→1,3)-Xylp連接,占比12.93%;巖藻糖以→1,3)-Fucp為主,占比11.82%。

圖8 多糖LRP-Ⅰ(a,b,c)和LRP-Ⅱ(d,e,f)的SEM圖像Fig.8 SEM images of LRP-Ⅰ(a,b,c)and LRP-Ⅱ(d,e,f)

圖7 多糖LRP-Ⅰ(A)和LRP-Ⅱ(B)甲基化后CG-MS色譜圖Fig.7 CG-MS chromatogram of methylation ofLRP-Ⅰ(A)and LRP-Ⅱ(B)

2.7 掃描電鏡分析

如圖8所示,在掃描電鏡下觀察到暗褐網(wǎng)柄牛肝菌多糖LRP-Ⅰ呈分散的片狀、帶狀和絲狀,彼此無緊密連接,整體結(jié)構(gòu)較疏松;LRP-Ⅱ在電鏡下呈現(xiàn)網(wǎng)孔狀,彼此連接呈整體的多層分枝結(jié)構(gòu),分子間交叉,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)邊緣光滑、平整,整體結(jié)構(gòu)較致密。

2.8 抗氧化分析

由圖9可知,皺蓋疣柄牛肝菌多糖LRP-Ⅰ和LRP-Ⅱ?qū)BTS和DPPH自由基的清除率隨濃度的升高而增強。將各濃度清除率代入Excel中得到各自回歸方程,通過計算可知,LRP-Ⅰ對ABTS自由基的半清除濃度值EC50為3.36 mg/mL,LRP-Ⅱ?qū)BTS自由基的EC50值為4.01 mg/mL;LRP-Ⅰ對DPPH自由基的半清除濃度值EC50為5.72 mg/mL,LRP-Ⅱ?qū)PPH自由基的EC50值為6.84 mg/mL?？梢?兩種多糖對ABTS和DPPH自由基均有良好清除作用,但從清除效果來看,LRP-Ⅰ對ABTS和DPPH自由基清除所需的EC50值均比LRP-Ⅱ低,說明LRP-Ⅰ比LRP-Ⅱ表現(xiàn)良好。

圖9 LRP-Ⅰ(A)和LRP-Ⅱ(B)對ABTS、DPPH自由基的清除率Fig.9 Scavenging effects of the essential oil fromLRP-Ⅰ(A)and LRP-Ⅱ(B)on ABTS,DPPH free radicals

3 結(jié)論

本研究從皺蓋疣柄牛肝菌子實體中分離到兩種均一組分多糖LRP-Ⅰ和LRP-Ⅱ。LRP-Ⅰ呈白色、絮狀,水溶性好,分子量為1.98×104Da,水解后葡萄糖、甘露糖和木糖含量分別為70.91%、16.73%和6.87%,葡萄糖含量較多,甲基化后顯示糖苷鍵類型主要有→1,4)-葡聚糖、→1,3)-甘露聚糖和→1,3)-木聚糖,電鏡下呈分散的片狀、帶狀和絲狀,對ABTS和DPPH自由基的清除效果較LRP-Ⅱ好;LRP-Ⅱ呈淺黃色、纖維狀,水溶性稍差,分子量為8.38×106Da,分子量相對較大,水解后葡萄糖、木糖和甘露糖含量分別為31.99%、28.65%和23.48%,甲基化分析糖苷鍵類型主要有→1,4)-葡聚糖、→1,3)-甘露聚糖和→1,3)-木聚糖,電鏡掃描呈連續(xù)的多層網(wǎng)孔狀,且邊緣光滑、連接緊密,總體上水溶性和抗氧化活性不如LRP-Ⅰ。

總之,皺蓋疣柄牛肝菌多糖分子量相對較大,如LRP-Ⅱ可達到8.38×106Da,單糖組成顯示甘露糖和木糖含量較多,在菌體上能形成穩(wěn)定、復雜的支撐結(jié)構(gòu),因而相比其它牛肝菌如美味牛肝菌、小美牛肝菌、白牛肝菌等小型牛肝菌,皺蓋疣柄牛肝菌能形成較大子實體。從皺蓋疣柄牛肝菌中提取的兩種多糖LRP-Ⅰ和LRP-Ⅱ,化學結(jié)構(gòu)明顯不同,故水溶性和抗氧化活性也表現(xiàn)出差異,分子量較小的LRP-Ⅰ(1.98×104Da)表現(xiàn)出較好活性,這為進一步了解牛肝菌多糖的活性機制提供了重要參考。