黑木耳多糖生物活性及应用研究进展*

李珉梦，郭 航，李 侃，王新慧**，段旭昌**

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西省现代农业科学研究院，陕西 西安 710000）

黑木耳 [Auricularia auricula(L.ex Hook.)Underwood]属担子菌门（Basidiomycota） 伞菌纲（Ag aricomycetes） 木耳目（Auriculariales） 木耳科（Auriculariaceae） 木耳属（Auricularia），又名木菌、光木耳、树耳、木蛾、黑菜云耳，是世界四大食用菌之一。黑木耳广泛栽培于北温带的许多国家，我国吉林、黑龙江、陕西、云南、四川、湖北、贵州等多个省区均有栽培。我国黑木耳产量巨大，是全球黑木耳主要出口国，近几年产量持续增长，至2019年已达701.81万吨[1]。黑木耳的主要功能活性成分是黑木耳胞内多糖（Auricularia auricular polysaccharides，AAP），包括水溶性多糖和水不溶性多糖。目前对黑木耳可溶性多糖生物活性的研究报道较多，大量研究证实其具有抗氧化、抗凝血、抗肿瘤、降血糖、调节机体免疫、降血脂、抑菌以及抗辐射等生物活性功能[2]。黑木耳多糖作为功能性食品添加剂或治疗剂的应用前景十分广阔，研究黑木耳多糖的生物活性对黑木耳资源开发具有十分重要的意义。

1 黑木耳多糖的生物活性

1.1 抗氧化活性

氧化应激是炎症、衰老以及包括癌症在内许多慢性疾病的主要诱发因素，与多种人类疾病的发病机制密切相关，因此，开发天然有效且安全无毒的抗氧化剂十分重要。从不同地区、不同品种的黑木耳中提取的5种不同多糖（AAP1、AAP2、AAP3、AAP4和AAP5） 的单糖组成和抗氧化活性存在差异，这表明多糖的抗氧化活性可能与其单糖的组成相关。其中来自东北的黑木耳多糖（AAP1）抗氧化活性最强，能清除氧化应激下线虫体内自由基；上调抗应激相关酶活性：超氧化物歧化酶（SOD）活性上调（70.04±8.75） %、过氧化氢酶（CAT） 活性上调（117.32±8.06） %；降低活性氧（ROS） 水平，说明黑木耳多糖的抗氧化机制可能与体内的抗氧化酶活性能力有关[3]。此外，Ma等[4]和Wu等[5]研究发现，通过H2O2协同溶液等离子体法（solution plasma process，SPP）降解后的黑木耳多糖，与未经降解处理的黑木耳多糖相比，具有较低的特性黏度和分子量，但有较强的清除ABTS·+、DPPH·和超氧自由基的能力，这表明黑木耳多糖的抗氧化活性还可能和多糖的分子量和特性黏度有关。Qian等[6]对黑木耳酸性杂多糖AAP-3-1的细胞内抗氧化活性进行研究发现，其通过防止活性氧生成、抑制丙二醛形成和促进抗氧化酶活性的方式可有效改善2，2-偶氮二（2-甲基丙基咪） 二盐酸盐（AAPH） 诱导的肝癌细胞氧化应激。

1.2 抗凝血活性

凝血和抗凝失衡是导致血栓形成和心血管疾病的主要原因，据世界卫生组织报道，与血栓相关的脑血管疾病和中风是全球疾病死亡率增加的主要因素，我国因血栓及相关疾病导致死亡的人数占全球死亡总人数的51%[7]。近年研究发现，目前临床常用的抗凝、抗血栓药物肝素有血小板减少、高血钾症和出血等副作用[8]，因此，迫切需要开发一种安全的抗凝剂。Bian等[9]通过测定凝血酶时间（thrombin time，TT）、凝血酶原时间 （prothrombin time，PT）和活化部分凝血活酶时间（activated partial thromboplastin time，APTT） 评估抗凝机制和途径，与生理盐水对照相比，酸性黑木耳多糖aAAP经DEAE-purose6快流柱离子交换层析进一步纯化得到的aAAP-1显著延长了APTT、PT和TT，但是远低于肝素对照，说明aAAP-1通过内源和外源性途径具有协同抗凝血活性，但弱于肝素。Yoon等[10]采用水提、NaOH碱提和HCl酸提3种方法提取黑木耳多糖，其中碱提多糖主要由甘露糖、葡萄糖、木糖和己糖醛酸组成，表现出最强的抗凝血活性，且这种抗凝血活性不是由肝素辅助因子II介导的，而是通过抗凝血酶抑制凝血酶的催化作用实现。此外，该研究还发现黑木耳多糖抗凝血活性与葡萄糖醛酸的残基羧基有十分密切的关系，还原羧基后其抗凝血活性几乎消失。Li等[11]比较了不同提取方法提取的AAPs抗凝血活性，与超声波辅助提取（ultrasonic-assisted extraction method，UAEM） 和微波辅助提取 （microwave-assisted extraction method，MAEM）相比，电场强度为24 kV·cm-1的脉冲电场辅助提取技术 （high intensity pulsed electric fields，HIPEF）提取的AAPs抗凝效果更好。其抗凝作用主要通过抑制血小板聚集和延缓凝血，显著延长APTT和PT，提高AAPs的抗凝效果。

1.3 抗肿瘤活性

大量研究证实黑木耳多糖存在体内和体外抗肿瘤活性，可以单独或与其他生物活性成分结合用于癌症治疗。Misaki等[12]于1981年首次报道了从黑木耳子实体中提取的具有支链β-（1→3）-D-葡聚糖的水溶性多糖，对植入S180肿瘤细胞小鼠具有体内抗肿瘤活性。Song和Du[13]获得了纯化后黑木耳多糖（AAFRC）的一级结构，是一种葡聚糖，由1，3-β-葡聚糖、1，4-α-葡聚糖和1，3-α-葡聚糖主链组成，每六个残基带有一个1→）-α-D-吡喃葡萄糖基侧支单元。AAFRC对小鼠移植性肿瘤细胞S180的生长有显著的抑制作用，抑制率达43.61%，其抗肿瘤活性可能与多糖中天然存在的硫酸基有关。从黑木耳中分离得到的一种水溶性β-d-葡聚糖，可通过上调Bcl-2相关X蛋白（Bcl-2 Associated X Protein，Bax） 和下调B细胞淋巴瘤/白血病-2基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2） 的表达，诱导S180肿瘤细胞凋亡，对腺泡细胞癌增殖有较强的抑制作用，且呈剂量依赖性，剂量为20 mg·kg-1时抗肿瘤活性最高[14]。另外，提纯的黑木耳多糖还可以作为抗肿瘤药物辅助载体。Xiong等[15]以阴离子AAP和阳离子CS作为亲水药物盐酸阿霉素的载体，制备了具有良好载药性能的Dox AAP-CS-NPs，改善了其在纳米药物传递系统中的低载含量；试验证明AAPCS-NPs在结合强力霉素方面非常有效，并能渗透到肿瘤细胞中发挥作用。这说明黑木耳多糖不仅是一种潜在的抗肿瘤药物，而且是一类理想的天然抗肿瘤药物传递载体。

1.4 降血糖活性

糖尿病是目前全球引起死亡的第三大原因，属于慢性代谢疾病，发病率呈逐年上升趋势。传统胰岛素注射和口服降糖药等治疗方法容易导致胃肠功能损伤、体重增加等副作用[16]，现有研究表明黑木耳多糖是一种具有较大开发潜力的天然降血糖药物。Hu等[17]让食用链脲佐菌素（streptozocin，STZ） 诱导的糖尿病大鼠口服水提AAP，结果表明与糖尿病大鼠相比，AAP（400 mg·kg-1）使其血清HbA1水平降低了80.2%。此外，与模型组相比，100 mg·kg-1和400 mg·kg-1AAP处理分别显著降低了其空腹血糖水平（fasting blood glucose，FBG） 34.7%和57.2%。该研究表明黑木耳多糖通过促进葡萄糖代谢显著降低了血糖水平，通过调节抗氧化系统和NF-κB相关信号通路实现了对Ⅱ型糖尿病大鼠肾脏保护，活性机制可能与抗氧化剂和自由基的调节有关。Lu等[18]将黑木耳多糖在体外模拟胃消化的环境中降解为寡糖片段后纯化用于试验，以0.15 g·kg-1的剂量对Ⅱ型糖尿病模型大鼠进行为期4周的胃内给药，结果表明在给药120 min后大鼠血糖水平比糖尿病对照组降低了14.6%。说明黑木耳多糖可在一定程度上改善胰岛素抵抗，恢复STZ诱导的部分胰岛细胞凋亡，具有治疗高血糖和高脂血症的潜力。

1.5 免疫调节活性

免疫反应的调节对健康十分重要，近年来对天然产物的免疫调节活性研究发现，天然多糖具有广谱的免疫调节活性且安全无毒，逐渐成为近年来治疗研究和功能食品开发中的热点[19]。Bao等[20]的研究证明添加黑木耳多糖显著提高了RAW264.7巨噬细胞的NO生成量和吞噬能力，经0.5 mg·mL-1AAP处理巨噬细胞后，白介素6（IL-6） 和肿瘤坏死因子-α（TNF-α） 的产生量较空白对照分别增加了约3.0倍和0.8倍，说明AAP可以通过诱导促炎细胞因子分泌而刺激实现先天免疫反应。Kong等[21]的研究发现黑木耳多糖对体内环磷酰胺（Cyclophosphamide，CTX）处理的小鼠具有免疫保护作用，可显著提高免疫器官指数，刺激血清中IFN-γ、IL-2、IL-4、IL-10和TNF-a等细胞因子的产生，并上调相关蛋白Claudin-1、Occludin、ZO-1的mRNA水平。Wu等[22]发现饲喂黑木耳多糖能显著增加老龄小鼠脾脏和胸腺指数，可以调节老龄小鼠的免疫功能。Perera等[23]采用分子对接试验发现AAPs可通过与重要的模式识别受体Toll样受体 4（TLR4） 结合，诱导巨噬细胞活化分泌促炎细胞因子，发挥体外免疫刺激作用。此外，AAP1可以调节免疫抑制小鼠肠道菌群的组成，使有害菌厚壁菌-拟杆菌比率显著降低，有益菌卟啉单胞菌科和类杆菌科相对丰度的增加[24]，间接发挥免疫调节作用。对于黑木耳多糖确切的免疫调节机制仍然需要进一步深入研究。

1.6 降血脂活性

高脂血症是一种常见的代谢性疾病，大量研究认为高脂血症与冠心病、动脉粥样硬化等多种疾病的发病机制密切相关[25]。胆汁酸是一种可以促进肠道内脂类水解吸收的乳化剂，多糖可与胆酸盐结合抑制脂类的吸收。Zhang等[26]研究发现黑木耳多糖可使高脂血症模型小鼠总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平分别降低31.38%和41.38%，高通量测序分析进一步表明，黑木耳多糖还可以更好地富集一些短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA） 产生菌来调节肠道微生物群落结构。Zeng等[27]研究中，让小鼠口服一种具有α-糖苷的黑木耳多糖（AAP-I） 14 d和28 d后，AAP-I显著降低高脂饮食诱导的高脂血症小鼠的总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇水平。Chen等[28]研究发现饲喂120 mg·kg-1黑木耳多糖可显著降低ICR小鼠血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇浓度，抑制动脉粥样硬化进程，同时显著影响脂蛋白酯酶活性和总抗氧化能力的升高。Zhao等[29]发现高胆固醇血症雄性SD大鼠口服黑木耳水溶性多糖SPAP，可降低其血脂水平至接近正常，第29天剂量为4.5 mg·kg-1和9.0 mg·kg-1时，SPAP组总胆固醇显著降低（34.6±7.6） %和（33.3±7.9）%。目前已发表文献中关于黑木耳多糖降血脂的确切作用机制尚未明确，刘荣等[30]研究表明，碱提不除蛋白质和碱提除蛋白质的黑木耳多糖均能通过增加卵磷脂胆固醇脂酰转移酶（LCAT） 的含量，促进胆固醇的逆转运和高密度脂蛋白代谢，同时还能抑制羟甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA） 还原酶的合成，从而减少胆固醇生成；研究也表明，黑木耳多糖还可通过增加激素敏感性甘油三酯脂肪酶（HSL）活性加快脂肪中甘油三酯水解，以降低胰岛素含量抑制脂肪细胞合成脂肪的能力，达到降血脂的效果，且除蛋白质后多糖降血脂效果更好。

1.7 抗微生物活性

研究表明，黑木耳多糖具有抑菌活性[31]。粗黑木耳多糖对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有抑菌活性，抑菌圈分别为（5.55±0.182） mm和（9.84±0.076） mm，最低抑菌浓度（MIC） 分别为12.5 mg·mL-1和6.25 mg·mL-1。然而，黑木耳多糖对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、藤黄微球菌（Micrococcus luteus）、酿酒酵母 （Saccharomyces cerevisiae）和黑曲霉（Aspergillus niger） 等其他真菌和细菌几乎未产生抗菌活性[32]。一般来说，天然多糖几乎没有或仅有较低的抗病毒活性，但是可以通过硫酸化修饰来获得或提高其抗病毒活性。将3种硫酸化的黑木耳多糖（sAAPt、sAAP1和sAAP2） 分别以新城疫病毒添加前、添加后和同时添加3种方式加入鸡胚成纤维细胞培养体系中，比较其抗病毒活性，结果表明硫酸化黑木耳多糖和天然黑木耳多糖均可显著抑制新城疫病毒的细胞侵染能力。经硫酸化修饰的黑木耳多糖抗病毒效果优于未修饰多糖，其中sAAP1和sAAPt具有较强的活性，可作为一种新型抗病毒药物的成分。硫酸多糖的抗病毒机制尚不清楚，一些研究认为硫酸多糖的SO42-聚阴离子可以与病毒或细胞结合，从而阻止病毒吸附或抑制病毒进入细胞后复制的步骤[33]。

1.8 防辐射作用

越来越多研究表明许多天然多糖具有一定的抗辐射效果，近年来一些研究也证明黑木耳多糖也具有防辐射作用。Bai等[34]探讨了葡萄籽原花青素（grape seed proanthocyanidin，GSP） 与黑木耳多糖（AAP-IV）联合应用对脾细胞辐射损伤的协同抗氧化作用及保护作用。辐射会造成大鼠脾细胞凋亡、丙二醛（MDA） 和活性氧（ROS） 明显升高，细胞活力、总超氧化物歧化酶（T-SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX） 和活性和谷胱甘肽（GSH） 水平均显著降低。研究表明GSP（0.3 μg·mL-1）+AAP IV（50 μg·mL-1）治疗可降低MDA水平并显著提高细胞活力和T-SOD、CAT、GSH-PX、GSH含量。小鼠体内试验表明，葡萄籽原花青素与黑木耳多糖协同作用能显著改善辐射损伤小鼠脾脏指数和脾脏GSH水平的降低，并显著抑制辐射损伤小鼠脾脏MDA水平的升高。其协同作用是通过提高抗氧化和免疫调节活性来减少辐射损伤。Chen等[35]的研究表明，黑木耳子实体多糖（SNAAP）能在一定程度上通过调节肝脏中应激活化蛋白激酶（JNK） 通路、胰腺中的胰腺十二指肠同源框因子-1（PDX-1） 和葡萄糖转运蛋白-2（GLUT-2），改善60Co-γ辐射小鼠糖异生和糖原合成，恢复辐射诱导的糖代谢紊乱。

1.9 其他活性

除了上述生物活性作用外，黑木耳多糖还表现出其他一些药理作用，主要包括保肝作用、协同抗贫血作用、改善心功能等。Wang等[36]研究了水提黑木耳多糖（AP） 和酶法提取黑木耳多糖（EAP） 对急性酒精性肝病（ALD）的治疗作用。AP和EAP可通过降低脂质过氧化水平、改善酒精代谢和抑制炎症介质的表达等方式，防止酒精诱导的组织病理学改变，从而保护肝脏功能，这些生物活性可能与其中丰富的木糖和葡萄糖含量有关。刘通[37]制备了黑木耳多糖铁复合物 [AAPS-iron（Ⅲ）]，其通过降低贫血大鼠血红细胞内游离原卟啉含量，改善缺铁情况，并且能恢复血液中血红蛋白、红细胞计数、红细胞体积等指标，对贫血具有良好的辅助治疗作用，且安全无毒可靠。Wu等[38]研究了黑木耳多糖对老龄小鼠心功能的改善作用，体内试验表明口服黑木耳多糖可以显著提高心肌SOD、GSH-Px活性，并降低MDA含量，显著改善左心室射血分数（EF）和左室短轴缩短分数（FS）等心功能指标，具有改善心功能的潜力。

2 黑木耳多糖的应用

随着对黑木耳功能活性的深入研究，以黑木耳多糖为原料的功能性食品和保健品的开发研究越来越多，出现了很多不同品类的黑木耳产品。秦丹丹[39]以纤维素酶解的黑木耳多糖和黑枸杞为原料，加入柠檬酸、蜂蜜、果胶等辅料，研制出黑木耳黑枸杞复合饮料，其具有一定的抗氧化活性，对DPPH自由基、羟基自由基和超氧阴离子自由基的清除能力分别达到59.20%、43.60%、67.45%。栾淑莹[40]研制出以黑木耳粉和碱提黑木耳多糖为原料的黑木耳降脂饼干，可以降低小鼠体重和反映小鼠的肥胖程度的Lee’s指数，降低小鼠血清TG、LDL含量，升高HDL含量。同时通过调节脂代谢关键酶、血清瘦素、HSL以及胰岛素，可加快小鼠体内脂代谢，显著改善肥胖小鼠血脂水平。赵影[41]以黑木耳粉、糯米粉和黑木耳多糖等研发出一款低脂、低盐且无糖的黑木耳脆片，并评价了其功能，该产品能显著降低小鼠TC含量，具有降血脂功能。刘越峰[42]研制了黑木耳多糖啤酒、黑木耳脆片、发酵泡菜和乳酸菌饮料等一系列黑木耳产品。此外，还研制出了饼干、发酵饮料、果冻、冲剂、软糖、口服液、泡菜等数十种黑木耳功能性食品[43]。

3 展望

随着人们对健康水平的追求日益提高，天然动植物中的功能性成分也成为研究热点。黑木耳作为一种传统食用和药用菌，其中的主要功能性成分黑木耳多糖及其衍生物的许多化学结构和生物活性已被阐明，但其复杂的构效关系及其生物活性的确切分子作用机制尚不明确[44]，需进一步开展更多的体内试验和临床研究，为黑木耳的深度开发利用提供新的途径。