蝉花的研究现状与分析

周思静,乔宇琛,刘桂君*,陈伟,王平,宋梅芳,王成涛*

1(北京市科学技术研究院辐射技术研究所,北京,100875)2(北京工商大学,北京食品营养与人类健康高精尖 创新中心,北京,100048)3(北京工商大学,北京市食品添加剂工程技术研究中心,北京,100048)

蝉花(Cordycepschanhua)又名大蝉草菌、虫花、蝉蛹草等,为蝉拟青霉感染蝉科山蝉幼虫所形成的虫菌复合体,分类学地位属于菌物界(Fungi),子囊菌门(Ascomycota),粪壳菌纲(Sordariomycetes),肉座菌亚纲(Hypocreomycetidae),肉座菌目(Hypocreales),虫草菌科(Cordycipitaceae)[1]。蝉花是我国分布比较广泛的虫草类真菌,主要分布在浙江、江苏、安徽、湖北、湖南、广东、四川、云南、福建和台湾等地,此外,南亚、欧洲、北美等地亦有分布[2]。蝉花具有悠久的药用历史,最早记录可见于公元五世纪南北朝时期雷斅的《雷公炮炙论》,“蝉花,凡使,要白花全者。凡收得后,于屋下东南角悬干,去甲、土后用浆水煮一日,至夜,焙干,碾细用之”,宋代唐慎微撰《证类本草》中记载其“味甘,寒,无毒。主小儿天吊,惊痫螈,夜啼心悸”,李时珍的《本草纲目》记载“蝉花可治疗惊痫,夜啼心悸,功同蝉蜕”等,传统中医认为蝉花性寒、味甘、无毒,能镇惊解痉,熄风散热,透疹止痒,明目退翳[3]。现代研究表明蝉花具有多种生理功效,如免疫调节、抗肿瘤、抗疲劳、改善肾功能等。已在蝉花中发现含有核苷类、甾醇、多糖、芳香族物质、氨基酸等多种与冬虫夏草及蛹虫草中相同的物质成分,因此,有学者认为蝉花可作为冬虫夏草的替代品使用[4-5]。2021年我国卫生健康委员会批准人工培育的蝉花子实体可作为新食品原料使用,将蝉花的应用领域从传统中医药拓展到食品领域,应用范围进一步扩大,使得未来蝉花需求量急剧增加,市场潜力巨大。

虽蝉花的研究不如冬虫夏草和蛹虫草等虫草类真菌的研究多,研究起步也相对较晚,但近几十年来,对蝉花的研究也取得了一定的进展。本文主要从蝉花物质成分、人工培养技术、生物活性作用、组学进展等方面进行综述概括,以期为蝉花的基础研究及在食品、药品、化妆品等多领域的应用开发提供参考。

1 蝉花的物质成分

蝉花、冬虫夏草、蛹虫草作为颇具代表性的虫草真菌。研究已证实蝉花含有丰富的营养成分和多种活性物质成分,目前已从蝉花中分离到氨基酸、脂肪酸等营养物质成分以及核苷类、多糖类、甾醇类等多种功能活性物质。

1.1 营养物质成分

蝉花富含蛋白质、必需氨基酸、不饱和脂肪酸、矿物质元素等多种营养成分物质,具有较高的营养价值。研究表明蝉花中粗蛋白含量较高,野生蝉花蛋白质含量为19.65%,蝉花菌丝体蛋白质含量为25.38%,孢梗束、菌丝体、野生蝉花的蛋白含量对比为:蝉花孢梗束>蝉花液体发酵菌丝体>野生蝉花,且富硒培养可提高蝉花孢梗束的蛋白质含量;蝉花中富含18种氨基酸,必需氨基酸含量较高,可达40%,必需氨基酸的含量对比为:蝉花液体发酵菌丝体>野生蝉花>蝉花孢梗束,富硒可提高氨基酸中蛋氨酸、甘氨酸、丙氨酸的含量[6-8]。测定发现蝉花中含有亚油酸、软脂酸、棕榈油酸、花生酸、花生一烯酸、花生二烯酸、油酸甲酯等17种脂肪酸,其中亚麻油酸、油酸的相对含量为53.91%和20.63%[9]。矿物质元素作为人体所需的重要营养元素,在调解代谢、维持体内酸碱平衡等方面具有重要作用,蝉花中富含钙、铁、锌、硒等多种矿物元素[8,10]。对蝉花的营养成分文献总结发现,目前的研究主要集中在对野生蝉花、发酵菌丝体、蝉花孢梗束等的对比评价方面。

1.2 活性物质成分

1.2.1 多球壳菌素

多球壳菌素(myriocin)是一种由α-氨基酸和不饱和脂肪链组成的亲脂类氨基酸,分子式为C21H39NO6,具有强烈免疫特性,其免疫抑制作用是抑制鞘脂生物合成第一步反应,从而减少鞘脂前体物质的合成。1994年FUJITA报道在蝉花的液体培养中发现了多球壳菌素,具有显著免疫调节作用,在抑制小鼠异体混合淋巴细胞反应中,是环孢菌素A的免疫抑制能力的10～100倍,有望成为一种强有力的免疫抑制剂用于临床治疗中[11]。后续通过对多球壳菌素分子结构优化,获得FTY 720,诺华公司将其开发为一款名为Gilenya的药物,2010年9月由美国FDA批准上市,2019年我国药品监督管理局批准Gilenya在国内上市,可作为用于治疗复发性多发性硬化症的口服药物[12]。多球壳菌素主要存在蝉花的菌丝体中,YU等[13]采用柱前衍生化高效液相色谱测定蝉花菌丝体中多球壳菌素的含量为0.064～0.278 mg/g。

1.2.2 核苷类

核苷类化合物是蝉花中的重要活性物质成分,具有广泛的生理功效,目前在蝉花中已发现多种核苷类物质,如虫草素、腺苷、N6-(2-羟乙基)-腺苷[N6-(2-hydroxyethyl)-adenosine,HEA]、腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟苷、鸟嘌呤、肌苷、次黄嘌呤、尿苷、尿嘧啶、脱氧胞苷、脱氧肌苷等。ZENG等[14]分析蝉花中的10种核苷类化合物(尿苷、2′-脱氧尿苷、肌苷、鸟苷、胸苷、腺嘌呤、腺苷、2′-脱氧腺苷、虫草素、尿嘧啶)的含量,发现在菌核和孢梗束中核苷的总量分别为4.392和3.016 mg/g。葛琦等[15]采用LC-MS分析蝉花中核苷类成分,首次在蝉花中发现脱氧胞苷和脱氧肌苷。

虫草素作为第一个从真菌中分离出来的核苷类化合物,具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、降血脂等多种生物活性作用,在多种虫草类真菌中均有测得,常被作为评价虫草类真菌品质的一个重要指标。蝉花中虫草素的含量为0.02 mg/g,蝉花菌丝体中虫草素的含量为2.77 mg/g[4,16]。不同地区的蝉花虫草素含量差异较大,张洪梅等[17]比较10批不同产地蝉花中虫草素的含量发现,四川宜宾产的蝉花虫草素含量最高,可达0.191 mg/g。虫草素按其溶解性,水、醇均可溶解,目前在虫草素的提取中常采用水、乙醇提取的文献较多,LU等[18]采用水提取蝉花,提取物中检测到了虫草素,而采用甲醇提取,提取物中未检测到虫草素,这一结果值得关注。

HEA为蝉花中颇具开发潜力的核苷成分,同时也是第一个从真菌中分离出的Ca2+拮抗剂,分子式为C11H17N5O5,分子质量为311.29,已被证实具有抗辐射、镇静、免疫、抗肿瘤、抗炎、肾脏保护、降糖等多种生物活性作用[19]。HEA是由FURUYA等[20]1983年在3种虫草和4种棒束孢中首次检测发现。张红霞等[10]测定以蚕蛹为基质培养的蝉花孢梗束中HEA的含量为0.2 mg/g,雷帮星等[21]通过优化蝉拟青霉122菌株培养条件,菌丝体中HEA的含量可达(130.22±0.60) mg/L。厉晓腊[22]研究蝉拟青霉液体深层发酵技术,在70 L液体发酵罐中深层发酵培养,HEA的含量可达到35.9 mg/L。LU等[18]对野生蝉花和人工培养蝉花的子实体中的HEA含量进行测定,采用甲醇提取测定野生蝉花和人工培养蝉花HEA的含量分别为(2.884±0.589)、(0.834±0.005) mg/g;采用水提测定野生蝉花和人工培养蝉花HEA的含量分别为(1.925±0.025)、(7.025±1.420) mg/g。

1.2.3 麦角甾醇

麦角甾醇作为食用菌的有效活性成分之一,在抗炎、降脂、防癌、免疫调节等方面具有显著功效[23],主要存在于蝉花的菌丝体中,目前从蝉花中分离出来的有麦角固醇和麦角甾醇过氧化物。在蝉花菌丝体中麦角甾醇的含量为0.6256 mg/g[8]。张洪梅等[17]对我国10批不同产地蝉花中麦角甾醇的含量进行测定,其含量范围在0.120～0.301 mg/g,不同产地蝉花的麦角甾醇的含量有一定的差异性,但差异不如腺苷、虫草素的差异大。SHI等[24]通过对培养基优化,将麦角甾醇的产量提高5倍,可达0.256 mg/L。KUO等[25]从蝉花中分离出麦角甾醇过氧化物Cpd 6A (C28H44O3),可抑制T细胞的增殖。

1.2.4 多糖类

多糖因对人体具有多种有益作用而广受关注,多糖也是蝉花中最重要的活性成分之一,在菌丝体、孢梗束中均含有丰富的多糖,菌丝体中多糖的含量为33.2 mg/g[8],孢梗束中多糖的含量为1.17%[10]。目前已从蝉花中分离出了C3、CI-P、CI-A、CPA-1、CPB-1、PCIPS3、EPS1、EPS2 和Pc-01等多种多糖组分。对分离出的多糖的研究目前主要集中在单糖组成、分子质量、连接方式等一级结构的解析上。如UKAI等[26]对蝉花中分离出水溶性半乳甘露聚糖C3结构解析为:分子质量为27 000 Da,由甘露糖和半乳糖组成,物质比为4∶3,主链由α-D-(1→2)和α-D-(1→6)-甘露糖组成,支链由O-6连接β-D-半乳糖和以O-2连接α-D-甘露糖。KIHO等[27]从蝉花虫体部分分离出来两种半乳甘露聚糖CI-P和CI-A,结构解析发现CI-P和CI-A都是由甘露糖和半乳糖构成,物质比分别为1∶0.85和1∶0.57,两种多糖的分子质量约为25 000 Da,两者均为高度支化的半乳甘露聚糖,主链均由α-D-(1→6)甘露糖组成,支链由半乳聚糖和甘露糖构成。导致蝉花中分离出的多糖一级结构差异的原因可能是与菌株、培养条件、采样部位及提取纯化方法等不同有关。而对蝉花多糖的高级结构解析研究的相对较少。目前,仅有1篇采用原子力显微镜等对蝉拟青霉菌丝体多糖PCIPS2高级构象进行研究[28]。而多糖的高级结构对其生理活性等具有重要意义,有待深入研究。

透明质酸作为一种酸性黏多糖,具有高度保水性和高度黏弹性等作用,在生物医药和美容化妆品等领域具有广泛的应用前景,市场潜力巨大。研究发现蝉拟青霉可产透明质酸,产透明质酸的能力最高可达11.35 mg/mL[29],因此,未来有望开发为透明质酸的生产菌株。

1.2.5 虫草酸

虫草酸又名D-甘露醇,是虫草类真菌特有的活性成分,具有预防治疗脑血栓、脑出血、心肌梗塞等功效,蝉花中虫草酸的含量为78.57 mg/g,高于冬虫夏草和蛹虫草中虫草酸含量(冬虫夏草中虫草酸的含量77.27 mg/g,蛹虫草中虫草酸的含量43.36 mg/g)[4]。SHI等[30]通过优化培养条件,将虫草酸的含量提高2.07倍。覃丽霞等[31]发现培植24 d的孢梗束中的虫草酸含量最高,可达75.8 mg/g。

1.2.6 其他类

从蝉花菌丝体中发现的挥发性成分主要有萜类化合物、芳香族化合物、醇类、烷烃类、酯类和醛类等,其中 5-甲基-2-呋喃-乙酸酯、反式-2, 4-癸二烯醛、长叶烯等为蝉花中特有的挥发性物质[32];分离出新的环戊烯酮衍生物为2-(3-羧基-2-羟丙基)-3-甲基-2-环戊烯酮、新的呋喃衍生物为5-(2-羟乙基)-2-呋喃乙酸[33]。此外,已从蝉花中分离到多酚类、环肽类、酰胺类、吲哚类、酚酸类等物质成分[34-35]。

近几年利用代谢组学技术,从蝉花中鉴定出了具有一定生理活性的小分子物质,如:具有调节细胞生长、抗肿瘤等作用的鞘脂类;具有降血压、抗氧化、抗惊厥等抑制神经信息传递的γ-氨基丁酸;具有抗衰老、防止动脉硬化的抗氧化物质生育酚;以及乙酰肉碱、细胞松弛素E、海藻糖、δ-氨基-γ-酮戊酸、磷脂等生物活性物质[36-38]。

2 蝉花的培养方式

虽然蝉花与冬虫夏草相比,分布广泛,但是野生资源依然有限,无法满足市场需求。加之近年来,虫草类真菌营养价值及生物活性不断被认知,市场对蝉花需求不断增加,特别是当人工培养蝉花子实体被批准为新食品原料后,蝉花因其众多的生理功效作用,将成为食品、保健品的重要原料,未来蝉花类的相关产品也将越来越多,其需求量将急剧膨胀。因此,发展蝉花的人工培养技术将是解决这一问题的重要途径。蝉花的人工培养主要以蝉拟青霉(Paecilomycescicadae)为菌种进行人工培养,目前已形成替代寄主昆虫人工培养、固体培养及液体发酵培养3种培养方式。

替代寄主昆虫人工培养是通过选择适合的寄主,常见有家蚕蚕蛹、柞蚕蚕蛹等,使菌丝体在寄主体内生长,可以得到最类似的虫菌复合体。这种仿生培养是蝉花人工培养的一个重要方向,目前研究主要集中在不同寄主筛选、替代寄主人工培养蝉花的成分分析等方面。通过筛选不同的寄主,发现家蚕幼虫和蚕蛹作为基质均能产生孢梗束,从感染率和产孢梗束来看,蚕蛹效果更好[39]。对人工柞蚕培养蝉花与野生蝉花的成分分析发现其成分类似[37]。以蚕蛹为培养基的蝉花孢梗束中腺苷、海藻糖和甘露醇含量明显高于麦仁培养基获得蝉花孢梗束,但粗多糖及HEA 含量低于麦仁培养基栽培获得的蝉花孢梗束[10]。

固体培养是指将蝉拟青霉(P.cicadae)接种在适宜的固体培养基上,是获得蝉花孢梗束及菌丝体的主要方式。目前关于蝉花固体培养的文献相对较少,主要集中在碳氮源的筛选对比、不同培养基组分对活性物质成分含量的影响等方面。如李忠等[40]通过比较不同碳氮源及碳氮比对蝉拟青霉菌丝体的生长发现:最适菌丝体生长的碳源为可溶性淀粉、最适氮源为蛋白胨,最适碳氮比是40∶1。谢春芹等[41]研究不同固体培养基对蝉花孢梗束的影响发现:最适培养基为小麦40 g,蛋清2 g,营养液60 mL。张忠亮等[42]对比不同的固体培养基[江苏农垦(SCM)、烟农24、烟农15、济麦22品种的小麦作为固体培养基]对蝉花的4种核苷类成分的影响,发现固体培养基 SCM培养的蝉花4 种核苷类成分的含量较高。

液体培养是目前获得蝉花菌丝体及蝉花中活性物质的主要方式,具有生产成本低、发酵时间短、发酵条件较可控等优点,相较于前两种培养方式,液体培养更易实现蝉花的产业化应用。在液体培养上,目前文献主要集中在筛选适合的培养基组分、培养条件、添加各类促生长因子如植物激素、昆虫激素、硒元素等,提高菌丝体生物量或活性物质成分含量[7]。表1为近几十年来学者在蝉花液体培养上的研究进展。此外,研究发现当向摇瓶培养基中添加蝉拟青霉同源多糖,其菌丝体的生物量和多糖的含量均受到明显抑制作用,随着同源多糖浓度的增加,反馈抑制作用增加,当同源多糖浓度达到2.2 g/L时,菌丝体的生长和多糖的产生则被完全抑制[43]。

3 蝉花的生物活性

蝉花作为传统的中药成分之一,近年来众多学者对其生物活性进行研究,发现其具有多种生物活性作用(见图1)。

3.1 免疫调节、抗肿瘤作用

蝉花具有免疫调节作用。免疫作用研究较多的活性物质为蝉花多糖。金丽琴等[51]研究发现蝉拟青霉总多糖使环磷酰胺所致免疫抑制大鼠组织细胞内乳酸脱氢酶(肾、胸腺)、精氨酸酶(肝、脾、胸腺)活力升高,具有显著差异;使脂质过氧化物(肾、脾、胸腺)的含量下降;使环磷酰胺所致的肝、脾内低下的还原型谷胱甘肽升高。因此,蝉拟青霉总多糖能增强免疫大鼠组织器官的免疫功能和加速自由基的代谢。KIM等[52]发现从蝉花菌丝中提取的多糖可通过TLR4信号激活巨噬细胞而具有免疫调节作用。此外,蝉花中多球壳菌素具有显著的免疫调节作用,现已作为治疗复发性多发性硬化症的口服药物[11-12]。

3.2 抗肿瘤、抗癌作用

研究发现蝉花具有抗肿瘤、抗癌作用。金丽琴等[53]对蝉拟青霉的总多糖研究发现,其能增加荷瘤小鼠白细胞数量,缓解环磷酰胺(cyclophosphamide, Cy)所致荷瘤小鼠白细胞数的降低,提高荷瘤小鼠的脾指数,联用小剂量Cy时明显增强其抑制肿瘤作用。XIE等[54]研究发现蝉花的乙醇提取物可通过诱导人胃癌SGC-7901细胞凋亡、细胞周期阻滞和内质网应激发挥抗肿瘤作用,可作为一种潜在的天然抗癌药物来源。WANG等[55]研究表明蝉花水体物通过G2/M细胞周期阻滞抑制人肝癌细胞系MHCC97H的生长。

3.3 抗氧化作用

蝉花多糖具有较好的抗氧化能力,是一种良好的天然抗氧化剂。陈安徽等[56]研究结果表明,蝉拟青霉P3菌丝体和发酵液的甲醇提取物具有较强的清除自由基活性和抑菌活性的能力,5.0 mg/mL菌丝体和发酵液提取物对0.4 mg/mL的DPPH自由基的清除率可达55.52%和74.86%,抑菌(白色假丝酵母菌)圈直径可达11.23和21.42 mm。ZHANG等[57]研究发现HEA能够通过减少活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)生成、氧化应激和保护线粒体抗氧化作用来减轻H2O2诱导的PC12细胞死亡。TANG等[34]从蝉花中分离的多酚对DNA氧化损伤具有良好的抑制作用。王惠等[58]通过超高效液相色谱建立蝉花不同部分与抗氧化、抗菌的谱效关系。

3.4 镇静镇痛作用

蝉花在《太平惠民合剂局方》中记载其具有镇静、镇痛的作用,现代研究表明蝉花中具有镇痛作用的物质为HEA。朱碧纯等[59]通过研究HEA对戊四唑诱导的小鼠惊厥模型的影响,发现HEA能够显著延长惊厥小鼠的存活时间和降低死亡率,具有抗惊厥作用。朱伟坚等[60]研究发现HEA的镇痛作用可能是通过激活腺苷A1R、下调A2AR及调控一系列疼痛相关基因发挥镇痛作用。

3.5 保护肾脏的作用

蝉花自古以来被广泛用于治疗慢性肾病,龙华医院利用蝉花开发“金蝉补肾汤”已用于治疗慢性肾功能衰竭[61],同时蝉花对于治疗肾病中末端的高血压性肾损伤也有效果。WANG等[62]通过评价HEA对四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠的肾脏保护能力,发现HEA通过降低高血糖诱导的氧化应激而显示出肾脏保护和抗炎的作用,未来可作为一种潜在的治疗剂,用于糖尿病并发症的治疗。ZHU等[63]研究表明蝉花中过氧化麦角甾醇可作为一种潜在的治疗肾脏纤维化的治疗药物。DENG等[64]研究蝉花菌丝体水提物(water extract,WCC)和醇提物(ethanol extract, ECC)对急性肾损伤的作用,发现WCC对肾损伤的作用优于ECC,WCC通过抑制氧化损伤和炎症因子反应起作用。

3.6 其他作用

蝉花中的HEA是一种Ca2+拮抗剂,具有显著降血压效果,降血压机制可能是HEA激活腺苷A1受体;HEA具有抗炎的作用,是蝉花中抗炎成分,其抗炎机制为通过抑制toll样受体4介导的核因子-κB(NF-κB)信号通路来减弱LPS 诱导的促炎反应[19];蝉花多糖具有抗衰老的作用,能够显著延长果蝇寿命,未来可作为一种新的抗衰老的药食补充剂;蝉花子实体具有促进肠道健康的潜在作用,口服蝉花子实体可预防三硝基苯磺酸(trinitrobrnzen sulfonic acid,TNBS)诱导克罗恩病小鼠的肠纤维化[65]。蝉花中的腺苷在治疗和预防神经退行性疾病方面具有潜在的治疗作用[66]。此外,蝉拟青霉还有望作为一种生防用菌,HEA可作为一种环境安全的杀虫剂[67]。

4 组学进展

截至目前,Genbank数据库中已公布了蝉花3个菌株的基因组测序结果,最早是2016年浙江泛亚生物医药的蝉花菌株BA-001的基因组测序结果(登录号GCA_001644785.1),其菌株基因组全长34.52 Mb,基因组覆盖度为28×,GC含量52.5%[68]。2018年中国科学院植物生理生态研究所王成树团队提交蝉花菌株CC02基因组数据(登录号GCA_002968875.1),其基因组全长为34.11 Mb,基因组覆盖度为80×,GC含量53.0%,含有9 701个蛋白编码基因[69]。2020年安徽农业大学对蝉花菌株ZJ1611进行了基因组测序(登录号:GCA_010211705.1),其全长为33.8 Mb,基因组覆盖度为233×,GC含量为53.1%,含有11 106个蛋白编码基因[70]。LU等[69]通过基因组和比较基因组分析发现蝉花编码的蛋白家族属于典型的虫生真菌蛋白,包括侵染寄主的蛋白酶和几丁质酶等,并发现蝉花无性子实体的产生与交配型(mating-type,MAT)位点控制无关。线粒体基因组作为研究物种起源和进化的有力工具,FAN等[71]测定蝉花3个菌株CCAD02、ARSEF11726和BA-001的线粒体基因组,其线粒体基因组总长分别为56 581、49 138和约56 080 bp, 都含有2个核糖体RNA和25个转运RNA,内含子数量分别为25、19和25,内含子数量的差异是导致线粒体基因组长度差异的原因;通过种间分析确定蝉花的分类位置,从系统发育树上揭示了蝉花与蛹虫草亲缘关系相近。

图1 蝉花生物活性作用Fig.1 The biological activities in Chanhua注:图中图片来源于网络。

代谢组学采用气相色谱质谱联用、高效液相色谱质谱联用、核磁共振等技术及数据分析处理方法,分析由于生物或非生物因素导致的样品中小分子代谢物质成分变化。近年来,代谢组学在蝉花中的应用主要集中在分析不同部分、不同培养时间或不同产地的代谢成分变化。如HE等[38]对野生蝉花、人工柞蚕蛹培养和人工固体培养基的蝉花菌丝体的代谢组学分析发现在野生虫草和人工柞蚕蛹培养蝉花的虫体部分存在着高水平的非核糖体多肽(nonribosomal peptides,NRPs),鞘脂类的水平在野生蝉花和人工柞蚕蛹培养的蝉花无论是在虫体部分还是在孢梗束部分都高于蝉花菌丝体,除了NRPs和鞘脂外,虫体部分含量较高的还有红土霉素、茴香霉素、链霉胺酮和乌司他洛辛。孢梗束和菌丝体部分含量较高的为生育酚、3′-脱氧花青素、γ-氨基丁酸和磷脂等有益的物质[38]。张万存等[36]对不同培养时间下蝉花菌丝体代谢组分析发现,随着培养时间不同代谢物具有显著变化,培养前期产生较多的细胞松弛素E、肌醇、γ-氨基丁酸、乙酰肉碱和亚油酸等与侵染宿主、早期信号传导和氧化供能有关的物质;中期产生较多的甘露醇、海藻糖、亚麻酸、柠檬酸、丙酮酸和7,8-二羟基油酸等与抗逆和氧化供能有关的物质,此外红酵母红素、δ-氨基-γ-酮戊酸2种抗生素含量也达到了最大值;培养后期产生较多的脯氨酸、2,4-二氨基丁酸、3′-deoxy-hanasanagin、ulvaline、赤霉素和烟酰胺等与抗逆、抗氧化、产孢和细胞保护有关的物质。何亚琼等[37]对人工培养柞蚕蝉花的不同部分代谢组学分析表明,不同部位的代谢物显著不同,蝉花虫体体内物质以大分子储藏物质为主,虫体表面菌丝中有大量次生代谢产物,孢梗束的次生代谢产物相对较少。

转录组学技术是寻找功能基因,揭示天然活性化合物生物合成及调控机理的重要工具。目前利用转录组学技术在阐明蝉花的活性物质如虫草素、麦角甾醇等的生物合成、揭示活性物质的作用机理等方面均有报道。LIU等[72]通过转录组学技术挖掘蝉花中与虫草素合成相关的候选基因,并发现5′-核苷酸酶和腺苷脱氨酶参与虫草素的合成。SU等[73]通过转录组揭示了蝉花中作为氮源的尿素增加麦角甾醇合成的调节机理。朱伟坚等[60]通过转录组揭示了蝉花中HEA是通过激活腺苷A1R,下调A2AR及调控一系列疼痛相关基因发挥其镇痛作用。

蛋白质组学作为后基因时代的标志之一,是药物发现及开发、寻找靶标蛋白等的有效途径。目前关于蝉花的蛋白质组学的文献报道较少。WANG等[55]通过蛋白质组学和飞行时间质谱分析研究蝉花对肝细胞抗癌机制,发现蝉花水体物通过G2/M细胞周期阻滞抑制人肝癌细胞系MHCC97H的生长。

5 前景与展望

蝉花、冬虫夏草、蛹虫草是我国虫草类真菌的主要代表物种,其中蝉花的活性成分与我国名贵虫草——冬虫夏草相似,有望作为冬虫夏草的替代品,市场前景广阔,且蝉花部分产品已经实现了商品化。2021年,随着蝉花人工栽培子实体批准为新食品原料,使得蝉花的应用范围进一步扩大,且随着蝉花中活性物质成分多糖、HEA、麦角甾醇、多球壳菌素等功能活性的探明、分离提取纯化工艺等的完善,蝉花的应用价值及商业化应用将会进一步扩大,市场需求也将会急剧增加。面对这一现状,在已有的研究基础上,未来应加强蝉花的人工培养技术研究,形成产业化、规模化蝉花的替代寄主昆虫人工培养方式,进一步加强固体培养技术和液体发酵培养技术;加快蝉花质量标准的制定,如活性物质的检测方法、含量的标准;加快蝉花专利的申请,为蝉花的规范化、产业化、市场化应用提供支撑;对具有生理活性的物质成分应加强分离纯化及生物安全性评估,为其应用开发奠定基础;同时应加强、加深蝉花生物活性机理的研究,蝉拟青霉菌株资源的收集、评价、鉴定及采用分子生物学技术等手段对菌株进行改造等基础研究工作,为蝉花在食品、药品、化妆品等多领域的开发应用提供研究基础和科学依据。