樺褐孔菌的生物活性及其應(yīng)用研究

馬傳貴 張志秀 肖 寶 鐘耀強

（1北京京誠生物科技有限公司，北京大興 102600；2中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所，天津 300192；3馬來西亞國立衛(wèi)生院藥物研究所傳統(tǒng)藥物研究中心，馬來西亞莎阿南 40170）

樺褐孔菌Inonotus obliquus，又被稱作為白樺茸，是一種生長在寒帶（北緯40°~68°）的木腐菌，廣泛分布于北美北部、芬蘭、波蘭、俄羅斯、日本以及我國黑龍江省、吉林省等地，是極耐寒的菌類。樺褐孔菌主要生長于白樺、銀樺、榆樹、赤楊等的樹皮下，易引起白樺、銀樺、榆樹、赤楊的白腐[1]。季節(jié)性長期暴露在極低溫環(huán)境下使樺褐孔菌生長非常緩慢，并在生長多年后形成直徑在5~40 cm的楔形菌核錐。這種楔形的硬結(jié)狀錐突穿過樺樹的樹皮，形成膽狀結(jié)構(gòu)，且形成不規(guī)則的裂紋和深深的裂縫。樺褐孔菌菌核錐內(nèi)部是銹跡斑斑的木質(zhì)結(jié)構(gòu)，由交織的菌絲體組成。

樺褐孔菌長期以來被俄羅斯西伯利亞、北歐、日本北海道等寒帶地區(qū)居民視作為“萬用藥”[2]。民間有將樺褐孔菌煎煮，當(dāng)茶飲飲用。長期以來，樺褐孔菌也被世界各國的癌癥患者視作為抗癌和防癌的“明日之星”。而對于樺褐孔菌的神奇起源，主要是諾貝爾文學(xué)獎獲得者Alexander Solzhenitsyn的小說（1970年獲獎）當(dāng)中所描述的“有一俄羅斯村莊多年來熬一種氣味和色澤類似咖啡的樺褐孔菌，結(jié)果村莊里無一人得糖尿病、腸癌及胃癌”，因此，樺褐孔菌以其神奇的“妙用”才被廣泛關(guān)注。

1 樺褐孔菌的生物活性

1.1 抗氧化活性

檢測發(fā)現(xiàn)，每克樺褐孔菌活性酶含量高達35 000單位，是姬松茸的23倍，猴頭菇的25倍，灰樹花的31倍，靈芝的55倍[3]。樺褐孔菌含有較多類似超氧化歧化酶（SOD）等具有抗氧化作用的物質(zhì)。因此，若能經(jīng)常服用富含抗氧化物質(zhì)的樺褐孔菌，自然能有效地對抗活性氧引起的損害。BURMASOVA等從樺褐孔菌中找到一種苯酚系高分子黑色素，而研究表明，樺褐孔菌的黑色素有強力的抗氧化作用和保護基因特性，適合作為抗癌劑[4]。崔濤等發(fā)現(xiàn)樺褐孔菌多糖對環(huán)磷酰胺致小鼠肝損傷具有較好的保護作用，且其保護機制可能與抗脂質(zhì)過氧化損傷有關(guān)[5]。

1.2 抗炎特性

慢性炎癥是一系列疾病的潛在發(fā)病機制，包括多種類型的癌癥、動脈粥樣硬化、自身免疫性疾病和肥胖等。脂多糖（LPS）受到刺激后，一系列促炎細(xì)胞因子，包括前列腺素介質(zhì)、細(xì)胞因子（TNF?α、IL?1β、IL?6）和一氧化氮（NO）等都會釋放，研究發(fā)現(xiàn)樺褐孔菌多糖（IOP）可抑制NO和其他類似細(xì)胞因子的誘導(dǎo)，達到抗炎的效果[6]。類似地，在炎癥性腸病的另一項研究中發(fā)現(xiàn)，IOP可以抑制JAK?STAT信號通路，從而調(diào)節(jié)輔助性T細(xì)胞亞群的釋放，最終達到減輕炎癥反應(yīng)的效果[7]。此外，IOP有對丙型肝炎和人類免疫缺陷病（HIV）的抑制及顯著的抗炎效果[8?9]。

1.3 抗病毒和抗菌特性

研究發(fā)現(xiàn)IOP有抑制多種病毒（感染貓杯狀病毒、貓皰疹病毒1、貓流感病毒、貓傳染性腹膜炎病毒和貓泛白細(xì)胞減少癥病毒）的作用，在所有五種病毒亞型中觀察到RNA病毒和DNA病毒的抑制效果[10]。樺褐孔菌有抗單純皰疹病毒（HSV）作用，其提取物能夠抑制病毒誘導(dǎo)的膜融合，從而對抗早期階段HSV的感染。研究結(jié)果表明，樺褐孔菌的提取物通過直接作用于病毒糖蛋白，成功地阻止HSV?1的進入，從而阻止膜融合[11]。目前，HSV感染的治療是核苷類似物抗皰疹藥物。然而，為應(yīng)對HSV對治療藥物的耐藥性增加，需要開發(fā)替代治療，而樺褐孔菌提取物的作用機制不同于核苷類似物抗皰疹藥物，因此提供一種替代治療方法來克服病毒不斷增加的耐藥性。除此之外，研究表明樺褐孔菌提取物具有抗菌或益生菌作用。樺褐孔菌提取物刺激NO的產(chǎn)生，并增加RAW264.7細(xì)胞的吞噬作用[12]；樺褐孔菌多糖可調(diào)節(jié)小鼠慢性胰腺炎的腸道微生物群的組成和多樣性，使其達到健康水平[13]。

1.4 抗癌特性

與目前的腫瘤治療手段相比，樺褐孔菌似乎是一種理想的腫瘤預(yù)防和治療的天然藥物。作為一種半活體寄生營養(yǎng)真菌，樺褐孔菌經(jīng)常受到來自寄主植物自由基的攻擊。此外，冬季樹落葉后，樹木也會受到紫外線照射和每年的季節(jié)性凍害，甲蟲為害[14]。為了應(yīng)對這些不利環(huán)境，樺褐孔菌形成一個復(fù)雜的防御系統(tǒng)，包括產(chǎn)生多種生物活性代謝物，比如多糖、三萜、麥角甾醇及其衍生物、二萜、小酚類化合物、多酚和黑色素等。這些次級代謝物具有多種生物活性，包括抑制不同腫瘤細(xì)胞系的生長、免疫調(diào)節(jié)、清除自由基和抗突變能力。研究發(fā)現(xiàn)，樺褐孔菌提取物（AEIO）具有誘導(dǎo)乳腺癌、結(jié)直腸癌、淋巴瘤、白血病、肺腺癌、HT?29結(jié)腸癌細(xì)胞、黑色素瘤B16?F10細(xì)胞凋亡的潛力。例如，連續(xù)3周以每天6 mg/kg的劑量攝入AEIO可使Lewis?肺癌荷瘤小鼠的腫瘤重下降60%，轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)減少25%[15]。研究發(fā)現(xiàn)，2.5μg/mL的樺褐孔菌的甲醇和乙醇提取物（分別為MEIO和EEIO）也通過抑制DNA合成和阻滯G1期細(xì)胞周期，有效抑制HT?29結(jié)腸癌細(xì)胞的生長，同時，EEIO抑制了CDK2、CDK4（這兩種蛋白主要調(diào)控G1早期至中期的功能和作用）和細(xì)胞周期蛋白D1（啟動G1?S轉(zhuǎn)換的蛋白）的表達[16]。此外，研究發(fā)現(xiàn)MEIO對肺腺瘤細(xì)胞A549、H1264、H1299和Calu?6的不同p53突變體也顯示出明顯的細(xì)胞毒性[17]。

1.5 降血糖特性

DIAO等研究發(fā)現(xiàn)，IOP能夠降低鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的血糖水平，并能恢復(fù)糖尿病誘導(dǎo)損傷的β細(xì)胞結(jié)構(gòu)[18]。此外，WANG等研究發(fā)現(xiàn)，IOP提高了STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠的血清胰島素水平，并減輕了葡萄糖酶的代謝紊亂[19]。徐正哲等發(fā)現(xiàn)發(fā)酵樺褐孔菌提取物能夠降低Ⅱ型糖尿病大鼠血糖，改善脂質(zhì)代謝及氧化應(yīng)激水平[20]。同樣，趙娟娟研究發(fā)現(xiàn)IOP具有清除體外和體內(nèi)自由基的強抗氧化活性，這可能有利于小鼠慢性胰腺炎的治療[21]。

2 樺褐孔菌的應(yīng)用現(xiàn)狀

樺褐孔菌作為民間藥物用于治療各種人類疾病的歷史可以追溯到16世紀(jì)的俄羅斯和其他東歐等國家[22]。樺褐孔菌的提取物被用作治療糖尿病、心血管疾病、腺體異常增生、結(jié)腸癌、霍奇金淋巴瘤、胃癌、肝癌、消化道癌癥等[23]。在俄羅斯，樺褐孔菌被認(rèn)為是上帝賜予人類的神秘禮物，用于預(yù)防和治療肝癌和艾滋病等。莫斯科Komsomlski制藥公司生產(chǎn)的樺褐孔菌細(xì)粉也被用作治療2型糖尿病的有效藥物[24]。在美國，樺褐孔菌的提取物已被列為特殊天然物質(zhì)。在蒙古，樺褐孔菌甚至被用于治療脫發(fā)或促進頭發(fā)生長的洗發(fā)水。在東亞國家，樺褐孔菌也被用于生產(chǎn)減肥茶等健康飲料。由于樺褐孔菌在治療人類疾病方面具有顯著效果，其產(chǎn)生的代謝物化學(xué)成分及后續(xù)藥理學(xué)評估也受到廣泛關(guān)注。過去幾十年的研究發(fā)現(xiàn)，除了其他藥理活性外，樺褐孔菌的多種代謝物還具有有效的腫瘤生長抑制作用。

賈春寶博士是我國較早開始對樺褐孔菌研究的人員，前后經(jīng)過大量重復(fù)的樣本實驗，驗證了服用樺褐孔菌提取劑對治療糖尿病的顯著效果。此后，賈春寶博士帶領(lǐng)團隊運用“中藥基”培育發(fā)酵技術(shù)，獲得分子結(jié)構(gòu)更精細(xì)，更適合于腸道的吸收，藥效更加明顯的真菌藥物，使得樺褐孔菌在國內(nèi)的應(yīng)用得到進一步的推廣[25]。

新型冠狀病毒SARS?CoV?2產(chǎn)生COVID?19致病性病毒，在全球范圍內(nèi)蔓延，對公共衛(wèi)生和全球經(jīng)濟構(gòu)成巨大威脅。食用菌提取物有很高的抗病毒和抗炎活性。因此，從食用菌提取的活性物質(zhì)為人們治療新型冠狀病毒提供了希望。有研究指出，樺褐孔菌將成為抗SARS?CoV?2病毒的潛在候選菌之一，具有很大的治療潛力[26]。因此為了開發(fā)有效的抗新型冠狀病毒的抗病毒治療方法，應(yīng)鼓勵了解樺褐孔菌提取物在抗病毒方面潛在的機制以及療效評估，進一步深探樺褐孔菌提取物抗SARS?CoV?2的潛力。

3 樺褐孔菌活性代謝產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)

樺褐孔菌生物活性尤其是抗腫瘤活性都是基于樺褐孔菌的代謝物所產(chǎn)生的，且相關(guān)的研究也都基于其代謝物。自然生境中樺褐孔菌生長緩慢，因此，野生樺褐孔菌并非為用于制藥目的的可靠、有效來源。理論上，真菌與其生長環(huán)境的相互作用決定了其次級代謝產(chǎn)物。而在人工環(huán)境條件中生長的樺褐孔菌與在自然環(huán)境條件中生長的樺褐孔菌相比，積累的次生代謝物較少。為了在人工條件下無菌培養(yǎng)樺褐孔菌代謝產(chǎn)物，目前已經(jīng)進行許多建設(shè)性的嘗試，以樺褐孔菌多糖、多酚、三萜和類固醇為目標(biāo)的培養(yǎng)物生產(chǎn)等被廣泛研究。PING等對比含不同維生素（VB?6、VB?1）的培養(yǎng)基中樺褐孔菌菌絲體和多糖產(chǎn)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)含VB?6的培養(yǎng)基具有較高的菌絲體和多糖產(chǎn)量（4μg/mL）[27]。XIANG等將粉碎的秸稈和玉米加入樺褐孔菌的培養(yǎng)基中，大大地提高樺褐孔菌低分子量多糖（29 kDa）的產(chǎn)量，且發(fā)現(xiàn)該多糖具有較高的抗氧化活性[28]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，從深層培養(yǎng)物中純化的樺褐孔菌多糖甚至比從樺褐孔菌中純化的多糖能誘導(dǎo)更多的IL?1β，并顯示出較強的體內(nèi)抗癌活性[29]。

這些嘗試為樺褐孔菌生物活性代謝物的工業(yè)化生產(chǎn)提供了廣闊的前景。如何在人工條件下激活或上調(diào)樺褐孔菌生物活性代謝物生物合成相關(guān)基因的表達，成為用液體深層培養(yǎng)取代樺褐孔菌的關(guān)鍵。雖然與在樺褐孔菌子實體中積累的代謝產(chǎn)物相比，其深層培養(yǎng)物中的產(chǎn)量較低，但這些嘗試已經(jīng)證明，如果施加適當(dāng)?shù)拇碳?，通過快速且可重復(fù)的浸入式培養(yǎng)物獲得這些生物活性代謝物已經(jīng)成為可能。

4 展望

幾十年來，樺褐孔菌提取物在民間醫(yī)學(xué)中被用作治療多種疾病。近些年樺褐孔菌的生物活性研究表明，樺褐孔菌代謝產(chǎn)物以及從樺褐孔菌中提取的物質(zhì)有較強的抗氧化、抗炎、抗病毒、抗菌、抗癌、降血糖等生物活性。樺褐孔菌是一種很有前途的藥用真菌，可作為腫瘤預(yù)防和治療的治療劑，或作為補充天然藥物，以減少化療或放療的副作用，甚至在實現(xiàn)樺褐孔菌生物活性代謝物的大規(guī)模生產(chǎn)后，作為治療劑用于預(yù)防治療后的腫瘤轉(zhuǎn)移。

近些年大量研究發(fā)現(xiàn)和證實樺褐孔菌提取物在體內(nèi)外對腫瘤細(xì)胞的增殖具有很強的抑制作用[30?32]，因此其在抗腫瘤藥劑的開發(fā)方面具有非常廣闊的前景，但是目前對于樺褐孔菌抑制腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移的機制仍不清楚。此外，盡管樺褐孔菌三萜類、多糖和幾種小酚類化合物已被廣泛用于抗腫瘤研究當(dāng)中，但其抗腫瘤生長和侵襲活性尚未得到充分研究。因此，在未來需要在樺褐孔菌抗癌機制方面做更多的基礎(chǔ)研究，為以樺褐孔菌作為主要靶向抗癌藥劑的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。此外，盡管在抗新型冠狀病毒的科學(xué)研究上取得了較大進步，但目前還沒有針對這些病毒特定療法被批準(zhǔn)用于人類，因此迫切需要開發(fā)針對這些病毒的治療方法。樺褐孔菌作為抗SARS?CoV?2病毒的潛在候選菌之一，具有很大研究開發(fā)價值。