食用菌多糖調(diào)節(jié)炎癥性腸病研究進(jìn)展

楊晰茗 徐紅艷, 劉巳齊 張銘燕 陳春蘋(píng)

(1. 延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002；2. 延邊大學(xué)融合學(xué)院，吉林 延吉 133002)

食用菌作為一類(lèi)大型真菌，品種多樣，味道鮮美，具有高纖維、高蛋白和低脂的特點(diǎn)[1]。近年來(lái)食用菌的產(chǎn)量和銷(xiāo)量大幅度提升，目前中國(guó)已成為栽培蘑菇的第一大國(guó)[2]。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織提出的21世紀(jì)最合理的膳食結(jié)構(gòu)“一葷一素一菇”，也側(cè)面證實(shí)了食用菌極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其廣闊的開(kāi)發(fā)前景。食用菌中的活性成分主要為真菌多糖，因其具有調(diào)節(jié)血壓、降血糖、抗氧化、抗疲勞和調(diào)節(jié)免疫等多種功效[3]而被廣泛關(guān)注。

炎癥性腸病(IBD)是一種以免疫系統(tǒng)復(fù)發(fā)和胃腸道炎癥為特征的多因素疾病，包括克羅恩病(CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(UC)[4]。但其發(fā)病機(jī)制尚不明確，仍存在爭(zhēng)議。最新研究[5]發(fā)現(xiàn)，IBD潛在發(fā)病因素涉及遺傳易感性、上皮屏障功能障礙、環(huán)境暴露、宿主先天和獲得性免疫缺陷以及腸道菌群失調(diào)等，而且各因素之間存在復(fù)雜的相互作用。目前，IBD治療藥劑主要包括消炎藥、氨基水楊酸鹽、止瀉劑、抗生素、免疫調(diào)節(jié)劑和生物制劑等[6]，但這些藥劑對(duì)宿主均有不利影響，因此仍需要開(kāi)發(fā)無(wú)副作用的替代療法和新療法。

研究[7]發(fā)現(xiàn)，多糖，特別是食用菌多糖，對(duì)炎癥性腸病的調(diào)節(jié)作用效果顯著，且有一定的預(yù)防作用。文章主要闡述食用菌概況，以及食用菌多糖通過(guò)細(xì)胞因子直接干預(yù)和腸道菌群間接干預(yù)IBD的研究進(jìn)展，以期為食用菌的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供新思路。

1 食用菌多糖概況

1.1 食用菌及其多糖

食用菌屬菌物界真菌門(mén)，是一類(lèi)可以形成大型肉質(zhì)(或膠質(zhì))子實(shí)體或菌核類(lèi)組織并可供食用或藥用的蕈菌。食用菌種類(lèi)繁多，常見(jiàn)的有香菇、杏鮑菇、猴頭菇以及木耳等，還有一些珍稀類(lèi)食用菌包括松茸、牛肝菌和雞油菌等。其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也十分豐富，碳水化合物以及礦物質(zhì)等含量均較高[8]，是一類(lèi)極具開(kāi)發(fā)潛力的生物資源。近年來(lái)，關(guān)于食用菌的活性成分，例如多糖、膳食纖維和核苷酸，均有較多研究。多糖是指10個(gè)以上單糖通過(guò)糖苷鍵連接而成的聚合碳水化合物，主要由葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖等組成[9]，因其成分天然，無(wú)毒性，低副作用[10]，被視為理想的功能性食品原料。食用菌多糖作為食用菌的主要活性成分，主要存在于菌絲體的細(xì)胞壁和細(xì)胞間質(zhì)中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜[11]。

1.2 食用菌多糖功效及結(jié)構(gòu)

食用菌多糖的應(yīng)用十分廣泛，在臨床實(shí)踐中效果也十分良好，是一種重要的調(diào)節(jié)劑[12]，具有免疫調(diào)節(jié)[13-14]、抗癌[15]、抗炎[16]、抗氧化[17]及降血糖[18]等生理功能。茶樹(shù)菇菌絲體中提取的多糖可改善D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠的癥狀，其中肝臟超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPx)、總抗氧化能力(T-AOC)活性顯著提高，過(guò)氧化脂質(zhì)(LPO)、丙二醛(MDA)含量受到抑制，甘油三酯(TG)、血清總膽固醇(TC)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)及兩者比值(LDL-C/HDL-C)等的水平也得到了改善，表明該多糖可作為膳食補(bǔ)充劑用于延緩衰老及預(yù)防其相關(guān)并發(fā)癥[19]。杏鮑菇多糖可通過(guò)抑制血清白蛋白(ALB)、血尿素氮(BUN)和血尿素(UA)水平，降低葡萄糖和血脂水平，改善腎臟抗氧化狀態(tài)(GSH-Px、SOD、CAT、MDA)，減輕糖尿病、腎病小鼠的病理性損害[20]。高粱烏米，作為一種新興的食用菌，從其提取的水溶性多糖可抑制HepG2和SGC7901細(xì)胞的增殖且呈劑量依賴性，同時(shí)高粱烏米多糖還觸發(fā)了細(xì)胞在G1期的停滯并誘導(dǎo)了兩種細(xì)胞的凋亡，證明了其腫瘤抑制活性[21]。

食用菌多糖主要以吡喃葡萄糖基(Glc)或半乳糖吡喃糖基(Gal)鏈為骨架，通過(guò)1→6鍵或1→4鍵連接，其中包含β-葡聚糖聚合物單元的蘑菇多糖是具有良好營(yíng)養(yǎng)和治療特性的有前途的營(yíng)養(yǎng)保健化合物之一[22]。不同來(lái)源食用菌多糖的組成結(jié)構(gòu)及生理功效如表1所示。

表1 不同來(lái)源食用菌多糖的組成結(jié)構(gòu)及生理功效

食用菌多糖還具有良好的抗炎作用和免疫調(diào)節(jié)活性，可一定程度上調(diào)節(jié)結(jié)腸炎癥[23]，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。由于結(jié)腸炎癥的影響因素眾多，且相互聯(lián)系，食用菌多糖通過(guò)炎癥細(xì)胞因子，免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和結(jié)腸潰瘍表面的粘附以及腸道菌群等方式進(jìn)行作用(圖1)。

圖1 食用菌多糖對(duì)IBD的干預(yù)機(jī)制[23]Figure 1 Intervention mechanism of polysaccharide from edible fungi on IBD

2 食用菌多糖直接干預(yù)IBD

2.1 通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)細(xì)胞因子干預(yù)IBD

健康條件下，腸道細(xì)胞和腸道免疫系統(tǒng)細(xì)胞之間有著嚴(yán)格的控制，以確保對(duì)腸道微生物群保持耐受性，從而在促炎因子：腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)和白細(xì)胞介素-23(IL-23)等和抗炎因子：白細(xì)胞介素-10(IL-10)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)等之間取得平衡[24]。在急性和慢性炎癥之間，主要參與者包括IL-1β、IL-23和IL-6等[25-26]，主要通過(guò)影響腸上皮細(xì)胞的分泌功能來(lái)誘導(dǎo)或加重UC，其過(guò)度表達(dá)可導(dǎo)致內(nèi)部環(huán)境疾病產(chǎn)生[27-28]。TNF-α的分泌可進(jìn)一步促進(jìn)其他因子的表達(dá)以及信號(hào)通路的激活[29]。有研究[30]通過(guò)刺激THP-1單核細(xì)胞和人外周血單核細(xì)胞的巨噬細(xì)胞發(fā)現(xiàn)促炎細(xì)胞因子TNF和IL-6的分泌水平提高，但是經(jīng)香菇多糖干預(yù)后，促炎因子活性顯著降低，同時(shí)增強(qiáng)了抗炎因子IL-10以及趨化因子CCL2和CCL8 mRNAs的表達(dá)，表明了香菇多糖的抗炎作用。丙二醛(MDA)作為間接反映組織過(guò)氧化程度的指標(biāo)，其產(chǎn)生可促進(jìn)炎性細(xì)胞的浸潤(rùn)，甚至促進(jìn)髓過(guò)氧化物酶(MPO)的表達(dá)，而超氧化物歧化酶(SOD)作為一種抗氧化酶具有相反的作用[31]。猴頭菇多糖可顯著改善結(jié)腸炎小鼠的臨床癥狀，并調(diào)控氧化應(yīng)激的標(biāo)志因子，包括MDA和MPO表達(dá)的下調(diào)，以及SOD的上調(diào)[32]。同時(shí)有研究[33]發(fā)現(xiàn)，MPO還可通過(guò)刺激單核細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，引起炎癥細(xì)胞的富集以及誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞的激活。結(jié)腸炎癥發(fā)生后，洋菇、褐菇和香菇的提取物均可降低因結(jié)腸損傷產(chǎn)生的炎癥，其中IL-6活性被抑制，IL-23的表達(dá)顯著升高，而MPO活性顯著降低[26]。食用菌多糖可通過(guò)細(xì)胞表面受體抑制細(xì)胞因子的表達(dá)，改善腸道損傷恢復(fù)穩(wěn)態(tài)(圖2)。綜上，食用菌多糖可通過(guò)抑制促炎性因子，以及炎性因子激活或被激活的其他細(xì)胞因子的表達(dá)，改善對(duì)結(jié)腸組織持久性的損傷。

圖2 食用菌多糖干預(yù)IBD的部分分子機(jī)制[22,29]Figure 2 Part of the molecular mechanism of edible fungi polysaccharide intervention in IBD

2.2 通過(guò)調(diào)控信號(hào)通路干預(yù)IBD

近年來(lái)，與IBD有關(guān)的信號(hào)通路研究主要集中在核因子-κB(NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和過(guò)氧化物酶體增殖劑激活受體(PPARs)等(圖3)。NF-κB作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子蛋白家族，包括5個(gè)亞單位(Rel、p65、RelB、p50和p52)，是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的重要因素。NF-κB表達(dá)的增加伴隨著IL-6、TNF-α、IL-1等炎性因子分泌能力的增加，且作為控制促炎細(xì)胞因子分泌的重要因素，直接參與黏膜組織損傷的發(fā)生[31]。NF-κB的激活及其后續(xù)促進(jìn)促炎細(xì)胞因子表達(dá)在潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。研究[38]發(fā)現(xiàn)通過(guò)葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)潰瘍性結(jié)腸炎后，NF-κB信號(hào)通路被激活，NF-κB p65、IκB-α和ERK磷酸化水平顯著增加，且通路的激活進(jìn)一步促進(jìn)了炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6和干擾素-γ(IFN-γ)等的表達(dá)。通過(guò)竹蓀多糖干預(yù)后，NF-κB通路中相關(guān)因子的表達(dá)被顯著抑制，炎性因子的分泌也隨之下降。

圖3 NF-κB、MAPK及PPARs通路[29,31,34-37]Figure 3 NF-κB, MAPK and PPARs signaling pathway

MAPK包括3個(gè)亞族(ERK、p38和JNK)，被稱作是炎癥和凋亡過(guò)程中的“上游里程碑”，且MAPK的抑制可有效改善IBD的炎性[29]。其信號(hào)通路的激活和抑制與NF-κB信號(hào)通路存在相關(guān)性，在NF-κB信號(hào)通路被激活后，可檢測(cè)到ERK、p38和JNK的表達(dá)[34]，通過(guò)抑制MAPK通路，可以降低NF-κB通路中相關(guān)因子活性的表達(dá)[35]。在DSS誘導(dǎo)的UC中，NF-κB p65和核因子κB抑制因子α(IκBα)蛋白表達(dá)顯著增加，MAPK通路中P38、ERK、JNK的磷酸化水平均顯著升高，表明MAPK/NF-κB信號(hào)通路被激活。通過(guò)猴頭菌多糖調(diào)節(jié)后，通路中因子的表達(dá)均顯著下降，結(jié)腸炎癥狀得到緩解，表明猴頭菌多糖可通過(guò)抑制通路改善結(jié)腸炎癥[32]。

PPARs是核激素受體家族中的配體激活受體，包含3個(gè)亞型(α、β/δ、γ)。PPARs參與糖脂代謝調(diào)節(jié)、炎癥調(diào)控等多種生理反應(yīng)[36]。在抗炎作用中，PPAR與MAPK等信號(hào)通路也有著密切的關(guān)系。研究[37]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)炎性誘導(dǎo)后，MAPK和PPAR信號(hào)通路激活，結(jié)腸組織中ERK1/2、p38和JNK磷酸化水平顯著升高，利用木層孔菌多糖提取物干預(yù)后，ERK1/2、p38和JNK磷酸化蛋白呈劑量依賴性減少，表明該多糖可通過(guò)阻止MAPK和PPAR信號(hào)的激活發(fā)揮抗炎作用，改善腸道炎癥。綜上，食用菌多糖可以通過(guò)抑制單個(gè)甚至多個(gè)信號(hào)通路的激活和表達(dá)，以及被通路激活的細(xì)胞因子的產(chǎn)生，改善IBD導(dǎo)致的結(jié)腸損傷。

2.3 通過(guò)調(diào)節(jié)嗜中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)干預(yù)IBD

嗜中性粒細(xì)胞，作為最早聚集到炎癥部位的白細(xì)胞之一，對(duì)宿主的保護(hù)至關(guān)重要，它們的缺乏、功能缺陷以及水平失衡均會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的免疫反應(yīng)[39]。有研究[40]表明，中性粒細(xì)胞功能缺陷與UC病理生理學(xué)有關(guān)，抑制中性粒細(xì)胞功能可以減少組織損傷。MPO是一種存在于中性粒細(xì)胞中的酶，其活性反映了中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)的程度[41]。通過(guò)UC小鼠結(jié)腸組織形態(tài)學(xué)觀察[7]發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)十分明顯，腸道黏膜受損嚴(yán)重(如圖4所示)，通過(guò)高粱烏米多糖和全粉的干預(yù)后得到了顯著改善，且血清和腸勻漿中MPO活性均顯著提升，而且全粉的干預(yù)效果較強(qiáng)于多糖。綜上，食用菌多糖進(jìn)入結(jié)腸后，可以通過(guò)抑制嗜中性粒細(xì)胞在結(jié)腸組織中的聚集避免改善其損傷，對(duì)結(jié)腸有著顯著的保護(hù)作用。

圖4 結(jié)腸炎小鼠嗜中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)組織形態(tài)學(xué)比較[7]Figure 4 Histological comparison of neutrophilsinfiltrates in mice with colitis

3 食用菌多糖間接干預(yù)IBD

3.1 通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群干預(yù)IBD

腸道菌群與宿主的健康有著互利共生的關(guān)系。研究[42]發(fā)現(xiàn)，植物性食物、多酚、纖維和多糖等一類(lèi)不易消化的膳食生物制劑能夠選擇性地促進(jìn)腸道中有益菌的生長(zhǎng)，并對(duì)宿主生理產(chǎn)生積極影響。益生元也能夠促進(jìn)雙歧桿菌、乳酸菌等有益菌的生長(zhǎng)，進(jìn)而促進(jìn)短鏈脂肪酸(SCFAs)的產(chǎn)生并發(fā)揮作用[43]。因此腸道菌群作為一種新興安全的IBD治療方法，受到廣泛的關(guān)注。

腸道菌群由益生菌和潛在致病菌共同組成，這兩類(lèi)微生物在腸道內(nèi)形成了一個(gè)復(fù)雜多樣的生態(tài)系統(tǒng)，在健康條件下保持平衡。當(dāng)平衡被打破時(shí)，會(huì)引起腸道功能障礙，例如腹瀉和炎癥加劇等[44]。有研究[45]推測(cè)食用菌多糖通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群改善腸道健康，進(jìn)而緩解IBD癥狀。隨后利用靈芝和茯苓多糖干預(yù)結(jié)腸炎小鼠，經(jīng)腸道菌群分析發(fā)現(xiàn)多糖恢復(fù)了小鼠菌群的多樣性，并重塑了菌群結(jié)構(gòu)，其中放線菌門(mén)、抗肥胖菌、SCFA產(chǎn)生菌、多糖/木聚糖降解菌和乳酸產(chǎn)生菌的豐度顯著提升。表明靈芝和茯苓多糖可以改善結(jié)腸炎癥，可作為調(diào)節(jié)腸道菌群的益生元。

在腸道細(xì)菌中，厚壁菌門(mén)(Firmicutes)和擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)為兩大主要門(mén)類(lèi)，其中厚壁菌門(mén)參與了很多代謝疾病，例如肥胖、炎癥性腸病等。目前研究證明，慢性疾病可改變腸道菌群結(jié)構(gòu)，特別是增加Firmicutes/Bacteroidetes的比例，高脂飲食者體內(nèi)這兩種菌的比率普遍高于正常人[46]，結(jié)腸炎患者腸道中Firmicutes/Bacteroidetes的比例也異于常人[47]。利用猴頭菇菌絲分離得到的多糖，可有效緩解UC大鼠的結(jié)腸炎癥，同時(shí)也會(huì)使腸道菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)和放線菌門(mén)的相對(duì)豐度得到顯著改善，其中厚壁菌門(mén)恢復(fù)最明顯[48]。從木耳中分離的水溶性多糖主要由β-1,3糖苷鍵組成，Zhao等[49]通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)其能改善結(jié)腸炎引起的腸道菌群失調(diào)，恢復(fù)菌群結(jié)構(gòu)，失去鐵桿菌、放線菌和黏液溶解菌如瘤胃球菌等的相對(duì)豐度逐步恢復(fù)至正常水平。Guo等[50]研究表明，食用菌多糖可以在抑制致病菌的同時(shí)，促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)，從而改善菌群的失調(diào)，恢復(fù)其結(jié)構(gòu)(圖5)。

3.2 通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)物干預(yù)IBD

SCFAs作為腸道菌群的主要代謝產(chǎn)物，具有抑制炎癥的功效，且SCFAs含量與有益菌的豐度呈正相關(guān)，其在腸道健康中起著重要作用[50](圖5)。目前，主要通過(guò)測(cè)定乙酸、丙酸和丁酸進(jìn)行分析，其中乙酸可以與趨化因子受體GPR43結(jié)合以調(diào)節(jié)IBD，是抑制結(jié)腸炎的重要因素之一[51]。從靈芝中提取的多糖結(jié)構(gòu)主要是β-葡聚糖，Xie等[52]通過(guò)干預(yù)結(jié)腸炎大鼠試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其可調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，使瘤胃球菌和帕拉普氏菌等有益菌的相對(duì)豐度升高，大腸桿菌和志賀氏菌等致病菌的豐度降低，并且通過(guò)盲腸內(nèi)容物中SCFAs的測(cè)定發(fā)現(xiàn)結(jié)腸炎癥小鼠的總酸濃度降低，靈芝多糖的干預(yù)顯著提高了乙酸、丙酸和丁酸的含量，使其恢復(fù)至正常水平。此外，Zhao等[53]通過(guò)對(duì)與UC癥狀相關(guān)的乳酸菌、雙歧桿菌、梭菌等11種腸道微生物的相關(guān)性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，金針菇多糖的治療顯著改善了DSS引起的小鼠菌群豐度的異常，調(diào)整了腸道菌群結(jié)構(gòu)，同時(shí)金針菇多糖的干預(yù)阻止了經(jīng)DSS誘導(dǎo)所致的總酸濃度降低的趨勢(shì)，總酸、乙酸、丙酸和正丁酸濃度均顯著升高。綜上，食用菌可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，恢復(fù)腸道環(huán)境，促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)，進(jìn)一步促進(jìn)SCFAs的產(chǎn)生，在一定程度上改善結(jié)腸炎癥，對(duì)腸道健康具有積極作用。

圖5 食用菌多糖通過(guò)調(diào)控腸道菌群及其產(chǎn)物改善結(jié)腸炎癥的機(jī)制[50]Figure 5 The mechanism of edible fungi polysaccharide improve the colitis by regulating gutmicrobiota and its products

3 結(jié)語(yǔ)

食用菌多糖因具有多種生理功能，已成為醫(yī)藥、食品科學(xué)、生物等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，食用菌多糖的研究從提取純化、產(chǎn)品研發(fā)到生理活性，不斷地深入。目前，關(guān)于調(diào)節(jié)結(jié)腸炎的研究主要集中在食用菌多糖通過(guò)調(diào)節(jié)炎性因子、黏膜因子等直接干預(yù)結(jié)腸炎，以及通過(guò)腸道菌群間接調(diào)節(jié)結(jié)腸炎癥，但結(jié)腸炎的致病機(jī)制和食用菌多糖，特別是腸道菌群的調(diào)節(jié)機(jī)制仍不明確。除此之外，食用菌多糖的結(jié)構(gòu)與其生理活性也息息相關(guān)。后續(xù)研究中，可以明確食用菌多糖的組成、結(jié)構(gòu)特征以及與炎癥性腸病的構(gòu)效關(guān)系；并且通過(guò)微生物組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及代謝組學(xué)等多組學(xué)聯(lián)用的方法，進(jìn)一步深入研究食用菌多糖對(duì)炎癥性腸病的預(yù)防保護(hù)和調(diào)節(jié)機(jī)制。