香菇多糖生物活性研究

香菇,又名“香菌”,是中国最早种植的菌种之一,在我国福建、贵州等地均有种植。香菇富含蛋白质、维生素、微量元素等成分,具有较高的营养价值,因此被称为“菇中皇后”。在其成分中,香菇多糖（LNT)是从优质香菇的子实体中分离出来的生物活性物质。这些是由β-1,3-葡聚糖为主链、β-1,6-糖苷链为支链形成的高分子量多糖,是香菇的主要活性成分,香菇多糖结构见图1。已有研究表明,香菇多糖具有多种生物活性,包括抗癌、抗肿瘤、调节免疫力、治疗糖尿病等。

LEP作为食品级多糖,具有良好的亲水性、胶凝性和表面活性剂性能,在食品、医药和化妆品等领域得到了广泛的应用,香菇多糖的高效低成本利用已成为各行业的研究热点。

作为世界第二大食用菌,人们对香菇进行了大量研究。香菇富含人体所需营养素、各类维生素(如维生素B1、B2、B6、B12、烟酸)以及多种活性物质(多糖、膳食纤维等),对人体健康有益。其中活性成分如多糖可以用于消炎、抗癌、抗肿瘤等药物的研发,具有极高的药用价值且多糖属于天然物质,不会对人体健康产生危害。

机体发炎表现为发热,是机体免疫系统对病原微生物等外来刺激产生的正常生理反应,受多种炎症因子调控,轻度炎症有助于人体提高自身免疫力、抑制细菌、病毒等微生物繁殖,但机体发生剧烈免疫刺激会导致大量炎症因子沉积,引起器官发炎甚至造成器官衰竭。

核转录因子(NF-κB)信号通路在调控非特异性免疫中起着核心作用,NF-κB抑制剂(IκB)降解诱发促炎症细胞因子(TNF-α和IL1β)的表达,导致机体发炎,同样TGF-β表达水平的提高可能会加重肠道炎症反应。通过脂多糖诱导哲罗鱼幼鱼肠道发炎来研究LNT的抗炎效果,饲喂LNT后幼鱼肠道内炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8与TGF-β 的表达水平明显下降,IκBα 的降解减少,LNT的抗炎效果明显,该实验中也通过降低巨噬细胞中促炎细胞因子TNF-α(持平)、IL-1β和IL-6表达水平表现香菇多糖的抗炎作用。LNT通过改变炎症因子与TGF-β表达、改善肠道菌群来抑制肠道发炎,通过水提醇沉获得LNT,通过灌胃方式将药物以及LNT送入小鼠体内,结果表明LNT通过维持肠道内有益菌群数目、抑制有害菌繁殖、修复肠道机械屏障、增强肠屏障的完整性以及增强免疫力达到减轻肠道炎症的目的。机体长期摄入抗生素会破坏肠道菌群平衡,产生抗性病原微生物,导致肠道炎症。小鼠服用的LNT通过降低NF-κB信号通路表达和降低抗炎因子表达水平来降低肠道炎症,同时LNT提高肠道微生物多样性,保护肠道。

肿瘤的发生是由于细胞异常分化和发育,生长不受机体控制,而常规的手术治疗和放射性治疗会对人体造成损伤,因此,天然抗肿瘤活性物质逐渐成为研究的新方向。LNT是以β-1,3-糖苷键为主链、β-1,6-糖苷键为支链聚合形成的β-(1,3)-葡聚糖高分子化合物,通过抑制癌细胞增殖、加速细胞凋亡转移、控制信号通道抑制癌症进一步发展,在中国和日本已被临床用作抗肿瘤药物。通过小鼠体内与体外实验发现LNT对肝癌的抑制作用表现在3个方面:第一,LNT抑制肝癌细胞增殖并促进其凋亡;第二,LNT提高小鼠肝癌细胞(Hepa16)中EGR 1的表达,EGR1进一步激活肿瘤抑制因子PTEN的表达,从而抑制AKT信号通路激活;第三,LNT通过EGR1/PTEN/AKT轴诱导细胞凋亡来抑制小鼠肝癌进一步发展,这为肝癌药物开发和临床应用提供了科学依据。LNT通过影响IL-6/STAT3/Notch信号通路,抑制胰腺癌细胞(Capan-1)增殖进行抗癌。除了通过促进细胞凋亡、抑制癌细胞增殖和抑制信号通路外,还可通过葡聚糖毒性作用来干扰癌细胞生长。分离出的G-1、G-2、G-3葡聚糖对癌细胞表现出显著的细胞毒性作用,G-2(250μg/mL)和G-3(250μg/mL)样品处理乳腺肿瘤24h同时表现出细胞毒性,处理时间延长至48h,G-3仍表现出显著的细胞毒性作用,通过细胞毒性作用降低肿瘤乳腺细胞活性达到抗癌目的。

人体细胞通过生物氧化反应获得能量以维持机体正常生理功能,同时细胞内形成的自由基会对其结构、功能造成损害,引起心脏病、癌症、糖尿病、免疫系统紊乱等多种疾病。香菇多糖抗氧化能力的强弱表现为对DPPH·、·OH、ABTS⁺ ·等多种自由基的清除效果。在多糖研究中发现外源物质的添加会影响多糖的活性,Fe2⁺的加入刺激香菇菌丝胞内多糖、胞外多糖产生,比对照组(无Fe2⁺)高2.98倍和1.79倍;经过Fe2⁺处理的样品表现出良好的羟基自由基清除能力,且Fe2⁺ 的浓度影响LNT的抗氧化效果。利用不同浓度乙醇溶液对蘑菇废基质多糖(SP)分级纯化得到SP40、SP60和SP80 3种多糖,抗氧化活性强弱为SP>SP80>SP60>SP40。SP对DPPH·和ABTS+ ·的清除率最高,分别为82.07%和76.77%,所表现出的较强氧化能力归因于粗多糖中含有其他抗氧化物质(酚类化合物和多糖-酚复合物),这有助于提高多糖清除自由基的能力;FRAP测定结果与自由基清除实验结果类似,SP的FRAP值最高,其次为SP80、SP60、SP40,乙醇浓度增加,氢离子发生变化,Fe3⁺表现出极好的抗氧化效果。利用LNT分别进行DPPH自由基、羟基自由基和ABTS⁺自由基清除实验以检测其抗氧化能力强弱,超声处理后的多糖对自由基的清除能力更强,这是因为多频超声辐射强,有力地破坏了植物细胞壁,加速了具有清除自由基能力相关化合物的释放,同时超声处理有效地降低了多糖分子量,从而进一步提高LNT的抗氧化性能。香菇多糖生物活性作用机制见图3。

随着人们生活质量的提高,对健康的关注越来越多。香菇多糖是一种存在于香菇中的多糖,无毒,具有抗炎、抗氧化、抗癌和抗肿瘤的特性,是维持各种生物体生命活动的重要大分子。以香菇多糖为原料制成的保健食品已逐渐成为人们日常消费中必不可少的一部分。香菇多糖在医疗药品、功能性食品、化妆品等领域具有非常广阔的应用前景。虽然香菇多糖在各个领域的发展前景良好,但是仍存在一些需要关注的问题。

目前的生产工艺通常利用热水提取、酸碱提取和微波辅助提取技术提取香菇多糖。然而,使用不同提取技术从同一材料中获得的多糖虽然分子量相似,但是在提取率、质量和香菇多糖含量方面存在差异,因此难以控制提取物质的质量和成本。为了提高香菇多糖的提取效果、含量和性质,有必要在现有方法的基础上开发更有效、更有针对性的提取技术。同时,从现有的香菇多糖提取技术中获得的提取物通常含有蛋白质、色素等,因此需要对香菇多糖进行后续加工,然而,在提取、分离、纯化过程中添加的试剂有毒有害,因此寻找绿色加工技术是香菇多糖研究中需要解决的问题。

目前香菇多糖与其他多糖相比应用范围较窄,如开发出多糖压片糖果,利用其抗氧化性改善食物储藏品质等,其中将生物活性用于临床研究最为突出。

单糖分子通过糖苷键相互连接,单糖分子量庞大,种类繁多,糖苷键连接方式复杂。香菇多糖种类丰富,内部结构复杂。加强香菇多糖的结构分析可以更好地理解和应用香菇多糖的功能和性质。

进行体外研究鉴于香菇多糖结构的复杂性和特异性,现有技术很难准确分析香菇多糖在体内的消化、吸收和代谢情况。因此,有必要对香菇多糖进行体外研究和开发,以便更好地了解香菇多糖发挥作用的内在机制,更有效地促进其在工业生产中的应用。