香菇多糖在水产养殖中的应用研究进展

■ 王玉柱 辛禹秀 李小勇 郭小泽 刘文舒 刘文珍 李思明*

（1.江西省农业科学院畜牧兽医研究所，江西南昌 330200；2.江西省农业技术推广总站，江西南昌 330046）

自20世纪80年代开始，水产养殖业发展迅猛，但是近年来随着集约化发展，水产养殖动物病害频发[1]，并出现了抗生素滥用的现象，引发了环境污染、病菌耐药性增强、动物产品药物残留等一系列危害，阻碍了水产养殖业的可持续发展[2-5]，难以满足人们对绿色健康水产品的需求。

目前，应用绿色健康的免疫刺激剂来增强水产动物抗病力是重要研究方向之一[6-7]。香菇多糖（Len‐tinan，LNT）是一种性状优良的免疫刺激剂，其来源天然、易得，具有增强免疫、抗氧化、改善肠道健康、不产生药物残留及环境污染等优势，十分契合当前水产养殖业的需求，也愈发受到研究人员的关注。因此，文章从香菇多糖的结构与生物活性，对水产养殖动物抗氧化、免疫、抗病害能力和肠道健康方面进行综述，并探讨香菇多糖在应用上可能存在的问题，以期能为香菇多糖在水产养殖上应用提供参考。

1 香菇多糖

1.1 香菇多糖简介

香菇多糖提取自香菇(Lentinus edodes)的子实体。香菇又称作花菇，是优质的食用真菌，自古便是食补佳品，有很好的食用、药用性，在我国有山珍的美誉[8]。我国香菇产量世界第一，香菇多糖的原料充足易得且质优价廉。

香菇多糖是Chihara 等[9]在1969 年提取纯化而得的真菌多糖类物质，具有增强机体免疫功能、抗炎、抗病毒等的作用[10]，被称为生物反应调节物，广泛应用在饲料添加等领域。现代研究证明，香菇多糖的主要成分是含有β-(1,6)侧链的β-(1,3)葡聚糖[11]。β-葡聚糖是非淀粉多糖，有显著的生物活性功能。相关研究证实，香菇多糖等β-葡聚糖类物质具有调节免疫因子表达[12]，刺激溶菌酶的分泌[13]；提高机体抗氧化功能[14-15]，缓解氧化应激反应[16]；抑制炎症因子的表达，降低机体炎症反应[17-18]等功能。另外，香菇多糖还被发现能够减弱癌症细胞的逃逸能力，抑制肿瘤生长[19]。

1.2 结构与生物活性的关系

香菇多糖天然状态的一级结构是β-D-(1,3)吡喃葡聚糖主链连接β-D-(1,6)和β-D-(1,3)葡萄糖聚合体组成的支链，其空间构象为β-三股绳状螺旋立体结构，研究证明，香菇多糖生物活性与其本身的主链结构、分支度、分子量等方面有关[12]。

香菇多糖的主链结构影响其生物活性，相关研究表明β-D-(1,3)吡喃葡聚糖主链结构使香菇多糖具有调节免疫、抑制肿瘤生长等的功效[20-21]，与之相比，淀粉等(1,4)键型主链结构无任何生物活性[22]。香菇多糖的分支度为0.33。前人研究发现菌多糖的分支度在0.2～0.33 时有较强的生物活性[23-24]，分支度过大或过小均会导致活性降低甚至无活性。多糖支链具有适宜的分支度才会发挥如促进巨噬细胞的吞噬功能，增强免疫、抗肿瘤、抗病毒等作用[25]，香菇多糖的空间构象也会影响自身生物学活性。经X-衍射分析，香菇多糖的β-三股绳状螺旋型立体结构比α型葡聚糖形成的带状的单链构象等其他多糖结构有更强的活性[26-27]，在对香菇多糖添加尿素或二甲亚砜使其结构变为单股螺旋后，其生物活性随着结构改变而失去[28-29]。另一影响香菇多糖生物活性的因素是分子量，多糖类物质分子量的大小和高级结构密切相关[30]。相关研究证明，不同提取方式得到的香菇多糖分子量均大于100 ku，而形成具有多种生物活性的三股螺旋结构需要多糖的分子量大于90 ku[31]。另外，研究表明不同分子量的香菇多糖对病毒的抵抗作用会存在一定的区别，多糖的分子量过低会影响相应结构的形成，降低其生物活性[32]。

2 香菇多糖对水产动物抗氧化能力的影响

大规模集约化养殖模式中，水产养殖动物往往会因水体环境恶化、密度过高、微量营养素缺乏等原因长期处于氧化应激状态。在氧化应激状态下，动物机体会产生过多的活性氧自由基（ROS）[33]和活性氮自由基（RNS）[34]等活性氧化还原自由基，引起抗氧化能力失衡，造成蛋白质交联、脂质过氧化、DNA等大分子物质损伤[35]，影响正常代谢过程，进而造成水产动物在养殖环境中抗病能力降低。香菇多糖对水产动物具有良好的抗氧化能力提升效果，能清除机体内的过量氧自由基，减缓机体受到的氧化损伤。

诸多研究表明，香菇多糖能够提升水产动物机体抗氧化酶活性。吴旋等[36]在金丝鱼上通过浸泡的方法显示，200～1 000 mg/L 范围内的所有试验组过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性均显著升高。孙金辉等[37]在饲料中添加300～1 500 mg/kg香菇多糖饲喂黄颡鱼8 周后，黄颡鱼肝脏、肌肉等组织中SOD、CAT酶活力升高，MDA含量降低。宋文华等[38]研究结果显示，饲料中添加0.66 g/kg和1.32 g/kg 香菇多糖35 d 后，草鱼血清中MDA 含量显著降低。曹丽萍等[39]将香菇多糖和植物提取物联合使用，结果表明能够显著改善四氯化碳引起的建鲤急性肝损伤，调节SOD酶等分泌水平趋于正常，并降低了肝组织中MDA含量。Ren等[40]用脂多糖（LPS）诱导哲罗鱼（Hucho taimen，Pallas）后，饲料中添加0.5%和1%香菇多糖使肠道SOD、GSH-Px 和CAT 活性升高41.88%、14.93%、41.96%和11.27%、93.13%、23.31%，证明了香菇多糖具有提升水产动物肠道抗氧化能力的作用。

香菇多糖提高抗氧化酶活性和动物机体抗氧化通路的激活有关。Nrf2-ARE 通路是机体抗氧化系统中的重要组成部分，核因子E2 相关因子2（Nrf2）是抗氧化途径的重要因子，能够调控下游CAT、SOD 等抗氧化基因的转录，提高抗氧化酶活性[41]。当机体自由基的产生与清除处于动态平衡时，Nrf2 被Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白1（Keap1）所抑制，但出现氧化应激时，Nrf2 发生转移并与抗氧化反应元件（ARE）结合，上调ARE 下游抗氧化酶相关基因的表达，增加细胞对氧化应激的抵抗能力[42]。在小鼠上的研究显示，香菇多糖能够显著提高Nrf2 基因的表达和ARE 活性，表现出调控抗氧化酶基因的表达，增强抗氧化能力[43]。Chen 等[44]研究结果也表明，香菇多糖能够诱导HO-1、AKR1C 和NQO1 的表达，激活Nrf2-ARE 抗氧化信号通路，导致HK-2细胞内活性氧水平的减少。

香菇多糖还能通过螯合二价铁离子减缓自由基的生成，直接清除过量自由基等方式提高水产动物机体抗氧化能力。铁离子是动物机体的必须微量元素之一，三价铁离子（Fe3+）被金属还原酶Steap3 还原成二价铁离子（Fe2+）后，多余的二价铁离子（Fe2+）会催化过氧化氢发生芬顿反应，生成羟基自由基(·OH)，引起机体ROS 累积[45]。研究显示，香菇多糖能够和二价铁离子（Fe2+）螯合[46]，减弱机体因过度金属催化产生ROS 的能力。因此，作为铁螯合剂清除不稳定状态的二价铁离子可以看作香菇多糖减缓机体氧化应激的手段之一。另一方面，有研究报道香菇多糖自身结构内含有的酚类和黄酮类官能团可发挥氢供体和单态氧猝灭剂等作用，从而直接清除机体内自由基[43]，Qian 等[46]的研究也表明香菇多糖展现出直接清除DPPH、ABTS 自由基和超氧自由基的功能。所以，香菇多糖可以直接参与机体的氧化还原反应，缓解集约养殖模式下水产动物氧化应激状态。

3 香菇多糖对水产动物免疫水平及抗病害能力的影响

免疫系统是水产动物机体重要的防御系统，由免疫器官、免疫细胞以及免疫分子共同组成，起到抵御外来有害微生物和其他有害物质的作用[47]。与哺乳动物等恒温动物不同的是，水产动物的免疫功能处于较低水平，并且鱼类的淋巴细胞分化及抗体应答过程等特异性免疫受水温影响较大[48]。因此，非特异性免疫参数在水产动物免疫增强作用的评估上起重要作用。香菇多糖作为一种性状优良的免疫刺激剂，在一定程度上可以调节水产动物的非特异性免疫机制，提高机体免疫水平和抗病害能力。

诸多研究表明，香菇多糖对水产动物非特异性免疫的提升效果与体液免疫相关。万安韬等[49]在香菇多糖对罗非鱼非特异性免疫力影响的研究中发现，饲料中添加2 000 mg/kg 香菇多糖饲喂40 d 后，吞噬指数、吞噬百分比、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶和血清溶菌酶的活性相较对照组分别提升54.55%、62.62%、92.36%、44.19%和84.09%，显著提升了罗非鱼的非特异性免疫功能；白东清等[50]研究结果显示，1 500 mg/kg香菇多糖饲料添加水平饲喂8 周后，黄颡鱼头肾巨噬细胞的氧呼吸爆发和氮呼吸爆发、外周血白细胞的增殖能力得到显著提升；黄小丽等[51]在建鲤上的研究表明，饲喂2.0 g/kg 香菇多糖49d 后，白细胞杀菌指数显著提高，并且血清溶菌酶活性提高101.74%；金丝鱼在800 mg/L香菇多糖稀释溶液中浸泡15 d后，溶菌酶活性提高了140.12%[36]；另外，还有报道显示香菇多糖能够促进草鱼血清补体含量的增加，通过体液中补体系统增强水产动物机体的非特异性免疫反应[38]。

香菇多糖影响水产动物非特异性免疫的细胞免疫路径仍不甚清楚，但是多糖类物质对水产动物免疫系统的调节可能通过非特异性免疫细胞受体的识别[52]。常见的多糖受体有C 型凝集素-1（Dectin-1）、清道夫受体（SRs）、补体受体3（CR3）、Toll 样受体（TLRs）等，它们存在于巨噬细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、NK 细胞等免疫细胞的表面或内部。香菇多糖属于β-葡聚糖的一种，有研究显示β-葡聚糖能够与CR3结合后激活iC3b通路[53]，杀伤肿瘤细胞。香菇多糖还能与SRs 受体相结合，β-葡聚糖与SRs 受体的结合伴随着内毒素的清除作用[54]，表明β-葡聚糖促进了巨噬细胞的活化。另外，β-葡聚糖能够激活LacCer受体，作为一种能够促进巨噬细胞产生促炎症蛋白-2和中性粒细胞氧化爆发的受体，其能够增强机体的抗菌能力[55]。因此，除体液成分外，香菇多糖对水产动物非特异性免疫的调节可能与免疫细胞受体的结合有关，具体机制需进一步探究。

香菇多糖对水产动物特异性免疫也有一定程度的积极作用。诸多研究表明其能提高水产动物转化生长因子-β（TGF-β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、白介素-6（IL-6）和白介素-8（IL-8)的表达[40，56]，促进免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白M（IgM）等的合成[57]。香菇多糖被称为是T 细胞的特异性免疫佐剂，一方面能够通过促进淋巴细胞活化因子（LAE）的产生或是促进细胞因子IFN-γ 的释放，来激活并调控T 淋巴细胞，进而对机体的体液免疫进行调节[57]；另一方面，香菇多糖被生物体吸收后能够促进T细胞亚群的增殖，例如促使多种尚未成熟的前体T细胞成熟、分化[58]，促进细胞毒T 淋巴细胞（CTL）的产生，并提高其杀伤活力[59]。

近年来，许多具有生物活性的多糖类物质被证实能够显著抑制、杀灭侵入机体的病原微生物，发挥抗菌、抗病毒的作用。关于香菇多糖的相关报道较少，但也证实香菇多糖能激活机体自然杀伤细胞（NK）、影响细菌细胞代谢、抑制病毒生物合成等，发挥对病原微生物的抑杀效果。钟耀广等[60]研究表明香菇多糖对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌有抑制作用，张嫚等[61]通过香菇多糖的药敏试验结果证实香菇多糖对大肠杆菌的体外抑菌效果最强，吴旋[62]通过迟缓爱德华氏菌攻毒黄颡鱼试验表明饲喂香菇多糖能降低致死率。香菇多糖在抗菌方面的研究报道较少，其作用机制可能是通过影响代谢或破坏细菌的膜结构等方式达到抑制、杀灭细菌的效果[63]。而在抗病毒方面，相关试验证实其发挥抗病毒的作用机制可能在于增强细胞膜的稳定性并阻碍病毒吸附[64]以及直接灭活、预防感染和抑制病毒在机体内合成[65]等多种方式增强机体的抗病毒能力。

4 香菇多糖对水产动物肠道健康的影响

肠道是水产动物机体吸收和运输营养物质的场所，也是机体微生物聚集最多的部位。肠道保持对共生抗原的耐受及对致病刺激的敏感[66]，是肠道微生物群能积极参与宿主的各种生化和生理过程的先决条件[67]。肠道微生物群作为抵抗病原体入侵的屏障，维持着机体的免疫稳态。近些年，大规模集约化养殖加剧了水产养殖动物肠道的负担，增大了病原入侵肠道的风险，危害机体的内环境稳态。目前诸多研究表明香菇多糖能够通过调控肠道菌群、保护肠道屏障等方式改善肠道功能，维持肠道的健康与内环境稳态。

香菇多糖可以通过调节肠道微生物菌群的组成和数量[66]来维持肠道的功能，有效保护肠道稳态[68-69]。黄小丽等[51]试验证明香菇多糖能调节幼建鲤肠道菌群数量，增加乳酸杆菌等益生菌数量并降低嗜水气单胞菌等潜在病原菌数量，Ren 等[40]在哲罗鱼饲料中添加香菇多糖能促进肠道内乳酸杆菌等有益菌的增殖，显著降低了变形杆菌等潜在有害细菌数量。另外，其通过调节肠道菌群，减少有害菌的黏附与增殖，也可水解代谢形成短链脂肪酸[43]，酸化肠道，有利于有益菌的生长。

香菇多糖还能保护肠黏膜屏障，维持肠道完整性，提高肠道的免疫力。虹鳟鱼饲喂1.0%粗香菇多糖28 d 后成功减轻了由感染性造血坏死病毒引起的肠道杯状细胞肥大、上皮空泡和淋巴细胞浸润[70]；香菇多糖还能够增强哲罗鱼紧密连接蛋白表达的上调，缓解LPS 引起的细胞旁屏障的通透性[40]。同时，在大鼠等物种上的研究也证实饲料中添加适量香菇多糖能够显著降低小肠隐窝深度，增加空肠上皮淋巴细胞和空肠上皮杯状细胞数量[71]，提高空肠黏膜绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度比[72]，维持肠道结构的完整性；还能增加肠道巨噬细胞数量[71]，调节肠黏膜淋巴结中的淋巴细胞水平[73]，提高肠道的黏膜功能。

5 展望

综上所述，饲料添加适宜水平的香菇多糖能够通过直接参与机体氧化还原过程、提高抗氧化酶活等方式提高水产动物抗氧化能力；提高非特异性和特异性免疫功能，增强机体抗病害能力；调节肠道微生物菌群和维持肠道结构完整性，维持肠道健康。香菇多糖作为一种绿色免疫刺激型添加剂，逐渐成为水产养殖中优良的抗生素替代产品。但是，目前香菇多糖在不同水产动物物种和不同生长阶段的研究还不够全面，缺少香菇多糖微结构及特定修饰的功能、免疫调节上游信号转导和肠道菌群调控机制等方面的具体解释。另外，香菇多糖在对后代胚胎免疫状态及成活率等方面的影响还未见报道。因此，后续开展上述研究对香菇多糖在水产动物养殖中的推广应用具有极为重要的意义。