大型真菌菌核生物活性研究进展

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(华中农业大学食品科学技术学院,湖北武汉 430070)

菌核(Sclerotia)是真菌菌丝在不利条件下经无性繁殖产生的休眠体,是许多真菌生命周期的重要阶段之一,其致密的聚集组织能贮存营养,有助于繁殖,还可抵抗外界不利环境,如低温、干旱、生物侵袭、营养缺乏等[1]。一些植物病源真菌的菌核可引起严重的植物病害,而多数大型真菌的菌核则具有食药用价值。大型真菌菌核的形成经严格的基因调控,并伴随组织分化与形态改变,历经三个重叠阶段:菌核起始(Sclerotia initiation,SI),菌丝聚集形成小的、不连续的初始菌核;菌核发育(Sclerotia development,SD),菌核不断生长,营养物质转变与积累;菌核成熟(Sclerotia mature,SM),表面划界、周边菌丝色素沉着和营养累积。条件适宜时,菌核可萌发产生菌丝或子实体[2]。

表1 常见大型真菌菌核的形态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为低脂肪、高蛋白、多膳食纤维的健康食品,具有免疫调节、改善肠道功能、抗氧化、调节血压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肿瘤、抗炎、利尿与肾保护等药理作用,引起国内外广泛关注。目前研究人员从化学结构、生物效应机制、活体试验等方面研究了大型真菌菌核的生物活性,也尝试使用分子生物学手段来研究菌核生物活性成分发挥作用的机制,并取得一定进展。本文综述了茯苓(Wolfiporiacocos(Schwein.)Ryvarden et Gilb.)、菌核斗菇(Lentinustuber-regium(Fr.)Fr.)和猪苓(Polyporusumbellatus(Pers.)Fr.)等常见大型真菌菌核生物活性研究的最新进展,以期为大型真菌菌核生物活性的进一步挖掘与利用提供有益的参考。

1 大型真菌菌核概述

大型真菌菌核在结构上可分为皮层和髓质,在一些菌核的皮层和髓质间还存在一层可用来储存营养物质的皮质[3]。成熟菌核的表面通常可看到与菌核组成相似的液体分泌物。在形态上因物种不同而存在差异,物种决定了菌核的大小,直径从几十微米到几十厘米不等[3]。

大型真菌菌核具有低脂肪、高蛋白、多膳食纤维等特性,广受消费者青睐。其中菌核斗菇、孤苓核生柄孔菌、茯苓菌核都具有极高的碳水化合物(占干物质的90.5%～98.1%)和极低的脂质(占干物质的0.02%～0.14%)含量,且具有适当的的蛋白质、灰分和矿物质,属于典型的糖丰富型菌核[4-5]。除了与子实体和菌丝含有相同的营养元素外,大型真菌菌核中的多种化合物在其生物活性方面发挥重要作用。

2 大型真菌菌核的生物活性

大型真菌菌核具有免疫调节、改善肠道功能、抗氧化等多种生物活性,具有作为新兴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饪和制作各种菜肴,既可将其切成片或磨成粉添加到汤中,也可作为肉的替代物添加到香肠中[5]。另一方面,茯苓夹饼、茯苓糕、猪苓袋泡茶等以大型真菌菌核为原料制成的功能食品已引起越来越广泛关注。此外,大型真菌菌核在抗肿瘤、调节血压血糖、抗炎、利尿与肾保护等方面也展现出良好的生物活性,且价格相对低廉,副作用低,受到国内外学者的广泛关注。

2.1 抗氧化活性

大型真菌菌核中的多糖和酚类化合物均具有较强的抗氧化作用,可作为有效的天然抗氧化剂来缓解氧化应激。体外抗氧化研究表明,茯苓菌核中的茯苓多糖具有较强的自由基清除能力,并能在一定程度上防范DNA损伤[16]。若将羧酸盐基团引入不溶于水的β-1,3-葡聚糖中,能明显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对高的氧化活性,1 g提取物的自由基清除活性为6.25～45.42 mg没食子酸当量,亚铁离子还原活性为0.0002～0.041 mmol/min,DPPH·、ABTS+·和超氧阴离子清除活性分别为0.18～2.53、0.01～0.36、-4.53～10.05 mmol羧酸等价物,这可能与菌核中的水溶性多糖如β-葡聚糖有关[9，18]。菌核斗菇菌核中的多糖也具有抗氧化活性,而且碱溶性多糖对肝脏脂质过氧化、肝脏线粒体肿胀、红细胞溶血的抑制作用以及对OH-、DPPH-自由基的清除作用强于水溶性多糖[19]。除多糖外,菌核斗菇菌核中的原儿茶酸、绿原酸、丁香、阿魏酸和叶酸等酚类化合物也是发挥抗氧化活性的重要因子[20]。

2.2 免疫调节作用

大型真菌菌核的免疫调节涉及巨噬细胞、自然杀伤细胞和T-淋巴细胞等免疫细胞介导的一系列反应,且免疫调节活性可导致抗炎和抗肿瘤作用[8,21]。猪苓菌核多糖可经Toll样受体4活化小鼠骨髓来源树突状细胞发挥免疫调节活性,可显著刺激小鼠脾细胞的增殖,并以剂量依赖性方式上调CD86和CD11c的表达,诱导树突状细胞成熟和分化,然后激活自然杀伤细胞和Th1细胞来增强免疫应答[22]。

近年来有文献指出,核生柄孔菌菌核中的多糖和糖蛋白复合物不但能增加环磷酰胺的免疫抑制作用,还可诱导小鼠巨噬细胞RAW 264.7中多种细胞因子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,从而参与免疫反应[23]。在脂多糖(LPS)诱导巨噬细胞RAW 264.7炎症模型中,主要是蛋白质通过抑制TNF-α的产生发挥抗炎活性[24];乙醇提取物中的乙酸乙酯部分能显著减少小胶质细胞(BV2)中一氧化氮的产生,并下调神经炎性iNOS和COX2基因的表达[25]。进一步研究表明,核生柄孔菌糖蛋白复合物对小鼠巨噬细胞的免疫活性是通过介导NF-κB信号转导通路来完成的。但对免疫活性的作用机理尚未深入到具体靶点,所以对大型真菌菌核免疫调节的研究还存在很大空间。

2.3 抗肿瘤作用

大型真菌菌核中的多糖、蛋白质和糖蛋白复合物等高分子量化合物可抑制肿瘤细胞迁移或增殖,使细胞周期停滞,诱导细胞凋亡。雷丸菌核中的雷丸蛋白(pPeOp)能抑制胃癌细胞SGC-7901、MC-4迁移,增加MC-4细胞中细胞周期蛋白依赖性激酶4(CDK4)和细胞周期蛋白A(cyclin A)的表达,降低cyclin D1、CDK1、CDK2、cyclin B、基质金属蛋白酶2(MMP-2)和MMP-9的表达,使细胞停滞在S期以诱导细胞凋亡[26-27]。桦褐孔菌菌核中的羊毛甾醇能抑制巨噬细胞RAW 264.7中一氧化氮的产生,过氧化麦角甾醇和氢化松苓酸对人前列腺癌细胞PC3和乳腺癌细胞MDA-MB-231有显著的细胞毒性[6]。此外,孤苓核生柄孔菌菌核中的高分子量糖蛋白复合物能显著抑制人肺癌细胞系A549和人乳腺癌细胞MCF7的增殖[28]。猪苓菌核多糖与卡介苗(BCG)在大鼠膀胱癌模型中发挥协同作用,不但能显著增加共刺激分子CD86、CD40和钟形受体4TLR4/CD14的表达,还可减轻BCG的副作用[29]。

上述实验从体内体外较为全面的分析了大型真菌菌核的抗肿瘤活性,但都是基于模式动物小鼠和体外培养细胞进行的,未能准确模拟与现代研究相对应的药理模型,明确大型真菌菌核的存在形式和作用方式。

2.4 改善肠道功能

大型真菌菌核膳食纤维(DF)含量丰富且具有多种生理学益处。与一些商业富含纤维的补充物相比,具有更好的理化特性,可掺入到各种配方食品中,如烘焙产品、面条、点心等[30]。菌核中的可溶性膳食纤维能增强营养物质的消化与吸收,降低血液中胆固醇和葡萄糖含量;不溶性膳食纤维能减少粪便在肠道中的肠道运输时间并增加粪便体积,促进排泄。Wong等[31-32]从体外发酵能力、体外矿物质结合能力与体内矿物质吸收等方面对菌核斗菇、孤苓核生柄孔菌和茯苓菌核中的膳食纤维进行了一系列研究:与纤维素相比,三种菌核DF都表现出显著的干物质消失和有机物消失能力;在模拟胃生理条件下,菌核DF能释放大部分的内源性Ca元素和Mg元素,也减弱DF对外源性微量元素的反向结合;在模拟小肠生理条件下,菌核DF对微量元素的结合能力较低,如Ca元素的结合能力为4.79%～5.91%。目前对大型真菌菌核相应高DF食品的研发较少,后续可聚焦于相应食品的开发。

2.5 调节血压血糖作用

已有研究发现,菌核斗菇菌核水提物中的黄酮类化合物和植物甾醇可以剂量依赖地降低亚慢性盐负荷大鼠的收缩压、舒张压、脉搏、平均动脉压以及心血管疾病的风险[33-34]。茯苓菌核粗提物去氢土莫酸、氢化去氢土莫酸和茯苓酸对链脲霉素(STZ)处理的小鼠表现出不同的胰岛素敏化剂活性[35];高脂喂养和STZ诱导的II型糖尿病小鼠,以900 mg/kg剂量,口服桦褐孔菌菌核多糖,可显著恢复体重和脂肪量,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岛素抗性[7]。从上述实验可以看出大型真菌菌核中的低分子量化合物可以有效调节血压血糖,在降血压血糖等天然活性成分的研究中具有重要意义。

2.6 利尿与肾保护作用

大型真菌菌核及其提取物可用于治疗泌尿系统疾病。猪苓菌核水提物能显著降低SD大鼠AQP2和V2R基因的表达,增加大鼠尿量以及尿中Na+、K+和Cl-的含量,产生利尿活性[36];临床证实,猪苓菌核中的类固醇和多糖可用于治疗肾盂炎、肾炎和泌尿系结石,且无副作用[3]。茯苓菌核皮的利尿机制与猪苓相同,通过抑制肾脏AQP2的表达发挥慢性心力衰竭大鼠的利尿作用,并可通过抑制肾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,猪苓与茯苓菌核的利尿与肾保护作用主要集中在研究其提取物上,但具体的生物活性成分尚不明确,有待进一步深入研究。

2.7 其他作用

大型真菌菌核除了以上常见的生物活性外,还具有抑菌、抗抑郁、杀寄生虫等方面的活性。与阿莫西林和氟康唑等抗菌药相比,孤苓核生柄孔菌菌核的醇提物对金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、肺炎杆菌(Klebsiellapneumoniae)、白色念珠菌(Candidaalbicans)等细菌具有更好的抑菌活性[39]。菌核斗菇菌核醇提物对金黄色葡萄球菌、链球菌(Streptococcussp.)、大肠杆菌(Escherichiacoli)的抑菌活性明显优于水提物,可用作常规抗生素的替代品[40]。

此外,黒柄炭角菌菌核能缓解癫痫患者的抑郁症状,并且耐受良好[12];其与白芍、全蝎结合或与箭叶秋葵、滇藏方枝柏结合也可治疗抑郁症。雷丸菌核中的雷丸蛋白酶能够抑制人体内寄生虫[41]。

3 大型真菌菌核安全性评价

大型真菌菌核作为传统的中草药与功能性食品,进行体外和体内试验的安全性评估是至关重要的。目前对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)大鼠为模型对喀麦隆核生柄孔菌菌核进行亚急性毒理学研究,大鼠口服1000 mg/kg的菌核粉水溶液,其行为方式、总体外观、生长模式、体重、血液和临床生化指标均未发生相关改变,且肾、脾、心、肺和肝的组织病理学没有明显变化[42]。孤苓核生柄孔菌菌核的水提物对正常人的乳腺细胞184B5和肺细胞NL20没有细胞毒性作用[28],醇提物对正常人的结肠、肾、鼻咽、口腔细胞,大鼠的肾细胞和Vero细胞系没有明显的影响[43-44];其菌核粉末也不会影响大鼠的生育能力[45]。此外,SD大鼠单次摄取80 g/kg的菌核斗菇菌核,不产生任何急性作用;研究进一步表明,SD大鼠连续90 d摄取6.4 g/kg的菌核斗菇菌核并没有观察到任何亚慢性毒性,这表明菌核斗菇菌核的无可见有害作用水平相当高[5]。目前,尚未见大型真菌菌核毒副作用的报道。

4 总结与展望

随着研究的深入与分析技术的进步,对大型真菌菌核生物活性有了近一步认识,大型真菌菌核中的多糖、蛋白质等高分子量化合物和甾体、酚类等低分子量化合物在免疫调节、改善肠道功能、抗氧化、抗肿瘤、改善血压血糖、抗炎等方面具有生物活性。其中,猪苓和茯苓菌核在泌尿和肾保护方面作用显著,雷丸菌核在抗肿瘤和杀寄生虫方面生物活性突出,核生柄孔菌菌核具有良好的免疫调节与抗炎活性。这些发现表明,大型真菌菌核可以用于开发新型功能性食品及保健与疾病预防。

目前对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够系统。化学成分是对活性成分开发利用的前提,有必要确定具体的活性成分及其化学结构和生物效应机制,以便更好地对大型真菌菌核进行开发利用。

大型真菌菌核主要来源于野外收集,连年采挖使野生菌核资源日渐匮乏,而且规模化栽培中多凭借以往的实践经验进行调控且产量低,致使供需矛盾尖锐,急需探索高效的人工培育方法,推进大型真菌菌核的现代化、规模化生产。

今后需尽可能开展与现代中医药研究相对应的药理模型研究,探究菌核在实际应用中的疗效,形成较为深入和系统的理论体系,推进大型真菌菌核在功能性食品和营养补充剂等方面的应用。