食用菌多糖研究进展.总结

 时间:2020-06-26  贡献者:liangxingzhijia.com

导读:食用菌多糖的提取工艺,微生物专题报告——食用菌多糖功能的研究概况141201019 微生物学 魏华食用菌作为天然食药资源,营养丰富,含蛋白质、必需氨基酸、多糖、维生素等多种成 分。食用菌多糖虽然含量

食用菌多糖的提取工艺
食用菌多糖的提取工艺

微生物专题报告——食用菌多糖功能的研究概况141201019 微生物学 魏华食用菌作为天然食药资源,营养丰富,含蛋白质、必需氨基酸、多糖、维生素等多种成 分。

食用菌多糖虽然含量比例仅占 0.48-0.87%,却具特异的生物学功能活性。

如具有抗肿瘤 活性; 可显著提高巨噬细胞吞噬量, 刺激抗体产生, 增强人体免疫功能; 可降血糖、 降血脂; 可显著增加脑和肝脏组织中的过氧化物歧化酶 SOD 酶活力,抗氧化、抗衰老;保肝、抗辐 射等等。

1971 年,Maeda 等从香菇中分离出一种具有抗肿瘤活性的多糖,这个研究发现影响重 大,使更多的科学家开始研究真菌中的活性多糖[14]。

截至目前,国内外已从食用菌中筛选 出 200 种有生物活性的多糖。

同时,对于多糖的研究不仅只是研究其的生物学活性, 更多 的是利用生物学手段研究多糖分子的化学结构及结构与功能之间的关系[13]。

国内对多糖的 研究起步较晚, 但在研究糖类的作用机理时, 紧密与中医药的理论相结合, 进展甚快。

70 年 代以来,我国在云芝、银耳、灵芝、黑木耳、裂褶菌、冬虫夏草、猴头菌和竹荪等中分离得 到具有显著生理活性的、单一成分的多糖物质。

目前,我国对药用多糖的研究仍多偏重于提 取、分离、纯化、和研究药理活性等方面。

虽然已有用于治疗癌症的商业化产品,但积累的 临床资料仍很缺乏, 大部分多糖产品尚处于实验阶段或仅用于保健品, 还需重视新兴的糖生 物学及工程学,提高研究水平。

1.食用菌多糖的种类近年来研究报道的真菌多糖,主要有四类,葡聚糖、甘露聚糖、杂多糖、糖蛋白。

1.1 葡聚糖 葡聚糖(Glucan) ,尤其是 β (1-3)连接的葡聚糖具有多种活性[15-20]。

如从金顶侧 耳(Pleurotus citrinopileatus)子实体中分离的多糖,分子量为 1.89×104,可能的结构是主 链为 β (1-3)连接的葡聚糖,支链为β (1-6)连接的葡萄糖[21]。

从黑石耳(Dermatocarpon miniatum) 子实体中分离的具有抗氧化功能的多糖, 主要结构为 α (1-4)(1-6)连接的葡聚糖, 分子量为 1.80×106[22]。

从栓菌(Trametes suareclens) 中分离的多糖分子量 5.0×10 4, 主链为 β (1-3)-D-Glucan , 支 链 为 β (1 — 6) 连 接 的 葡 萄糖 。

从 斜顶菌 ( Clitopiluscaepitosus))多糖分子量 1.32×106,主链为 β (1-3)连接的葡聚糖,支链有较多的 β (1-6) 连接的葡聚糖链和较少的 β (1-4)连接的葡聚糖链,分别连在主链的 O-6 位和 O-4 位。

1.2 甘露聚糖

甘露聚糖 (Mannan) , 如从 Marasmius androsaceus 菌丝体中分离的多糖, 分子量 2.40 ×104,主链为β (1-6)连接的甘露糖链,支链为β (1-2)连接的甘露糖链和β (1-3)连接的甘 露糖链,分别主链的 O-2 位和 O-3 位。

1.3 杂多糖 杂 多 糖 ( Heteropolysaccharide ) , 即 分 离 出 的 多 糖 不 仅 只 含 有 一 种 组 分 , 如 从 M.androsaceus 中分离两种葡萄甘露聚糖 B1 和 B2,主要成分是葡聚糖,但同时含有少量 比例的甘露糖。

1.4 糖蛋白 含有蛋白质的糖蛋白或多糖肽,这种类型的多糖通常是以 O 连接的形式和蛋白质上的 氨基酸相结合,且这种结构是发挥活性所必须的[23-26]。

2.开发应用现状现在已有很多真菌多糖在国内外被正式批准生产,有些产品已应用于临床。

其中香菇多糖被研究的较为透彻,也成为生产最多的多糖[14, 26-28]。

主要成分为葡聚 糖, 分子量 4×104-8× 104, 多糖的结构单元为: —3Glcβ 1-3Glc(O-6-β 1Glc) β 1-3Glc β l-3Glc(O-6-β lGlc) β 1-3Glcβ 1—。

作为免疫调节剂,香菇多糖能增强宿主的免疫能力, 使机体淋巴细胞(T 细胞等)大量增殖,同时又能激活补体系统。

云芝多糖(Krestin,PSK) 疗肝炎疾病。

从猪苓(Grifola umbellata)干燥的子实体中分离的葡聚糖具有明显的免疫调节作用, 还具 有较好的保护肝脏的功能。

裂褶菌多糖(Shyzophillan,SPG)也是近年来被开发的多糖,其具有活化巨噬细胞、 淋巴细胞及促进干扰素产生的功能,可用于癌症的辅助治疗。

除除此之外,银耳多糖和茯苓多糖也已应用于生产中。

主要来源于子实体或液体发酵液中,其在临床上可用于治3.多糖结构与功能的关系多糖的一级、高级结构与其生物活性的关系,即多糖的构效关系,是当前糖化学和糖生 物学共同关注的焦点问题。

多糖的糖组成和糖苷键类型对其生物活性有一定的影响, 如从真菌中提得的活性多糖一 般由葡萄糖组成, 且葡聚糖主链上的 β -1,3 键和支链上的β -l,6 键往往是必须的。

多糖中

的糖链中通常连接着不同的官能团,如硫酸基基团、乙酰基基团、羧甲基基团等。

这些官能 团的种类及其在多糖中的位置都决定了多糖的生物学活性。

有报道研究表明很多硫酸酯化和 乙酰化的多糖具有明显的抗病毒、 抗肿瘤和抗凝血活性, 其中乙酰基基团在单糖分子中的位 置也很重要[50]。

糖乙酰基的数量和位置对多糖活性也有显著的影响。

如 O-3 位具乙酰基时, 多糖抗肿瘤活性最强;O-5 位具乙酰基时活性明显减弱。

除此之外,多糖的高级结构也影响着其活性。

Yanaki 的研究表明形成三股超螺旋构型 的裂褶菌多糖具有抗肿瘤的活性,如果处理裂褶菌多糖使其不具有这种高度特化的螺旋结 构,其抗肿瘤活性会大大降低[51]。

多糖的高级结构与其活性的关系由于受到测试手段的限 制,目前的研究较少,因此还有待进一步研究。

4.多糖的生物学功能 4.1 抗肿瘤活性4.1.1 肿瘤疾病概况 物理、化学、生物和遗传因素是导致肿瘤的四大病因。

各种因素直接损伤细胞,或引 起应激反应和非特异免疫反应,或造成缺氧,最终直接或间接地产生大量自由基损伤细胞, 使细胞 DNA 损伤长期积累造成癌变。

缺氧造成癌变的机理: (一)由于血氧含量减少到一定程度,能损伤毛细血管内皮细胞膜的结构,使膜的通透性 增加,细胞外 Ca2+和 Na+进入细胞内,导致细胞内 Ca2+增多,从而激活钙依赖蛋白水解酶 的活性,此酶能促使大量黄嘌呤脱氢酶(XD)变成黄嘌呤氧化酶(XO) ,故在缺氧时 XO 大量增加; (二)缺氧使细胞代谢氧化受阻,导致酸性物质增多, ATP 缺乏,促使细胞内 ATP 分解 ADP-AMP-肌苷-腺苷-次黄嘌呤的过程加速, 次黄嘌呤不能继续氧化生成黄嘌呤而堆积增多; 但在 XO 的催化下,能使次黄嘌呤生成黄嘌呤,再促使黄嘌呤生成氧自由基和尿酸; (三)自由基氧化能力很强,都带有 1~多个亲电子基团,能与细胞 DNA 的原子、分子或基 团结合产生过氧化反应,夺取电子并与原子、分子共价结合产生 DNA 加合物,从而使 DNA 断裂、多基因突变,激活原癌基因,灭活抑癌基因等多种结构变异,必导致 DNA 编码蛋白 质和酶谱的改变, 从而引起细胞代谢方式的改变和细胞性质的改变, 所以能使正常细胞癌变, 癌细胞一旦形成,就能复制增生新癌细胞,形成肿瘤。

癌细胞在与免疫细胞长期斗争过程中形成了 6 种逃避免疫攻击的方法: 1,癌细胞免疫性减弱或缺失时,使免疫细胞不能识别肿瘤抗原,可逃避免疫攻击。

2,癌细胞能产生抗原调变:宿主对肿瘤抗原能产生免疫应答,但在癌细胞表面抗原减少或

消失时,免疫细胞不能识别肿瘤抗原,故癌细胞可以逃避免疫攻击。

3,癌细胞表面抗原被覆盖或被封闭时可逃避免攻;如肿瘤细胞分泌粘多糖覆盖肿瘤抗原表 面,可干扰免疫细胞识别肿瘤抗原;如胶质细胞瘤能合成和分泌糖蛋白覆盖肿瘤抗原,可阻 止免疫细胞识别肿瘤抗原,故可逃避免攻。

4,癌细胞可以诱导免疫耐受:如当幼稚淋巴细胞接触癌细胞时,癌细胞能被诱发特异免疫 耐受,使幼稚淋巴细胞不能产生免疫攻击,癌细胞可以逃避免攻。

5,癌细胞能抗凋亡,并能诱导免疫细胞凋亡:如癌细胞发生基因突变后能抑制免疫细胞, 使免疫细胞凋亡,故可逃避免疫细胞攻击。

6,肿瘤细胞能诱导免疫抑制:如癌细胞可直接侵犯免疫器官,释放免疫抑制因子,使宿主 免疫功能减弱,可逃避免疫攻击。

4.1.2 抗肿瘤的治疗 传统的癌症治疗手段主要有外科手术摘除固性肿瘤, 同位素放射线治疗, 抑制核苷酸生 成的抗代谢药物、干扰基因复制的烷基化剂、抑制有丝分裂的药物等化学治疗,利用细胞激 素(干扰素 INF、介白素 IL)刺激人体免疫系统来攻击癌细胞的免疫疗法。

随着分子生物学的迅猛发展, 新型的治疗手段和药物正快速发展。

基因治疗是向肿瘤细 胞内靶向地导入作用基因达到治疗目的,如抑癌基因治疗、mRNA 治疗、耐药基因治疗等。

现代免疫治疗是直接或间接增强机体对肿瘤的免疫力,包括细胞因子治疗(干扰素、白细胞 介导素、修复因子、肿瘤坏死因子等) 、免疫细胞治疗(杀伤细胞、肿瘤浸润淋巴细胞、树 突状细胞、细胞毒 T 细胞等) 、肿瘤疫苗(黑色素瘤疫苗、端粒酶疫苗等) 、单克隆抗体及 其偶联物治疗 (美罗华、赫赛汀、抗 CD33 抗体等) 。

抗新生血管生长治疗, 药物有 TNP2470 (直接抑制内皮细胞) 、人源 VEGF 单抗(抑制血管生成因子活化) 、MMPI(抑制基质蛋白 酶) 、黏附分子/整合素抑制剂等。

溶瘤病毒(具有特异性感染并溶解癌细胞的能力)治疗, 目前研制成功并临床应用的病毒有腺病毒、新城疫病毒、单纯疱疹病毒、呼肠孤病毒等。

4.1.3 多糖类抗肿瘤药物 抗肿瘤的植物多糖类一般可以分为黄芪多糖及落葵多糖两大类。

黄芪多糖是黄芪中草药 重要的组成成分,它可以在一定的程度提高机体的特异与非特异性的技能,增强抵抗力,还 可以调节人体的免疫细胞功能,杀伤人体内的肿瘤细胞因子,抑制肿瘤细胞的产生 [5]。

落 葵中草药具备清热解毒、凉血等功效。

实验证明,落葵多糖可有效提高小鼠红细胞自身的免 疫功能,在治疗肿瘤细胞方面产生一定的作用。

大部分真菌多糖均有抗肿瘤作用,目前认为平均分子量在 10000-200000 的 (1-3)-β -D-

葡聚糖和 (1-4)-β -D-葡聚糖占优势的多糖具有明显的抗肿瘤活性。

图 1.2 即为 Wasser 和 Weis 总结出的 β -D-葡聚糖作为生物反应调节剂可能的发挥抗肿瘤活性的机理[3]。

这些真 菌多糖是通过激活宿主机体的免疫反应而表现出抗肿瘤活性的。

如灵芝多糖能直接作用于 巨噬细胞和 T 淋巴细胞, 促进其产生 TNFα 和 IFNγ 等细胞因子,抑制肿瘤细胞或促其凋 亡 [21, 30, 52]。

另外,表 1.2 中列举了食用药用菌中能抗肿瘤和提高免疫力的多糖的具体 化学结构[3]。

4.2 免疫调节作用具有免疫调节作用是大多数活性多糖的共同特性, 也是它们发挥其他生理和药理作用 的基础[10, 15, 16]。

作为一类免疫调节剂,真菌多糖可以提高巨噬细胞的活力,增强其吞噬 能力;可以促进免疫细胞(如 T 细胞、B 细胞)的大量增殖,使细胞因子如白细胞介素 1 (IL-1) 、白细胞介素 2(IL-2)肿瘤坏死因子(TNFα )大量分泌; 可以加强机体的免 疫调节。

具有这种免疫促进功能的多糖有香菇多糖、裂褶菌多糖、云芝多糖、灵芝多糖、 银耳多糖等,其中以香菇多糖的研究较为透彻。

下图表示的是香菇多糖可能的作用机理[3]。

图 1.1 多糖可能参与的激活途径(引用综述) 。

Fig 1.1 The possible pathways of lentinan action (Cited from the Wasser’s review)4.3 降血脂作用4.3.1 血脂疾病概况 脂肪代谢或转运异常使血浆中一种或多种血脂含量高于正常范围时称高脂血症。

高脂血 症主要是以血浆中总胆固醇( TC ) ,总甘油三酯( TG ) ,低密度脂蛋白胆固醇升高 (LDL-C) ,高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)降低为主要特征的一种血脂代谢紊乱状态, 是引发和加重动脉粥样硬化、冠心病等心脑血管疾病的主要危险因素之一。

一系列临床试 验证实心脑血管疾病的预防可从降低 TC、 TG、LDL-C 和升高 HDL-C 出发[74]。

4.3.2 降血脂物质的类型 作为 HMG-CoA 还原酶抑制剂,他汀类药物具有很好的降脂作用,其代表药物有洛伐 他汀(美降之) 、普伐他汀(普拉固) 、匹伐他汀等。

HMG-CoA 还原酶作为内源性胆 固醇合成的限速酶,抑制该酶的活性能明显降低胆固醇的合成[75-77]。

我国传统医学中的中药也有良好的降脂作用,脂必妥以红曲、白术、山楂、泽泻等为主 要成分, 副作用比他汀类药少。

中药中具有降脂作用的有效成分很多,主要的约有 30 余 种,其中黄酮类中的山楂黄酮、皂苷类的人参皂苷、酚类的决明子、苯乙烯衍生物类的何首 乌作用效果明显。

大豆异黄酮具有抗氧化和降低 LDL-C 和升高 HDL-C 的作用[78]。

楂果实中的黄酮含量较高,可促进胆汁酸的分泌和增高胆固醇羟化酶活性, 同时下调胆固 醇酰基转移酶的活性抑制胆固醇的吸收[79]。

人参皂甙的提取物注射给小鼠具有抗血脂和阻 止脂质过氧化作用等等[80]。

除此之外,食用菌中的多糖也具有一定的降血脂的功效。

Peter 等从草菇(Volvariella volvacea)的发酵液中分离的两种葡聚糖具有降胆固醇效应。

实验结果表明给予两种多糖 均能诱导小鼠血浆中总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和肝脏中总胆固醇水平显著的下降 [53]。

这种降血脂的活性多糖也存在于黑木耳[54, 55]、杏鲍菇[56]、冬虫夏草[23, 57]、灰树 花[58]、滑菇[59]、桦褐孔菌、平菇、灵芝[60]、猴头菌[61]、香菇[28]等中。

4.3.3 降血脂分子机制的研究进展 大量的基础实验和临床研究显示,调节胆固醇、甘油三酯在体内的代谢过程是预防高血 脂症的关键步骤。

通过调节胆固醇过程来降血脂的分子机制可分为 5 个方面。

1. 阻断体内胆固醇生物合成。

人体内的胆固醇约 1/3 来源于外源性食物,大部分内源性的胆固醇则是在肝脏合成的。

HMG-CoA 还原酶是肝细胞合成胆固醇过程中的限速酶, 是目前最主要的高血脂症临床药物的靶点。

他汀类药物因其本身或其代谢物的化学 结构与 HMG-CoA 极其相似,且与 HMG-CoA 还原酶的亲和力更高,因此可以 竞争性抑制胆固醇合成[75-77]。

2. 抑制胆固醇吸收。

人们每天膳食中含有 300-500 mg 胆固醇,如果有效地减少胆固醇 的吸收,就能维持较低的血脂水平。

胃肠道中的膳食纤维及多糖类、植物甾醇、多酚类物质 等也可减少机体对胆固醇的吸收[81-83]。

3. 影响机体中胆固醇的转化。

低密度脂蛋白受体(LDLR)是细胞表面的一种跨膜糖蛋 白,血浆中的 TC 主要是通过 LDL 运输,并由 LDLR 的介导作用将 TC 内吞入细胞中进 行代谢和降解,对调节体内胆固醇起关键作用。

降血脂物质可以通过调控 LDLR 的表达或 改变 LDLR 的活性,减少 LDL-C 在血液中的水平,并促进 LDL-C 向 HDL-C 的转化。

研究发现其增强肝脏 LDLR 活性的表达确实能起到调控血脂水平的作用[84]。

4. 促进胆固醇转化为胆汁酸。

胆固醇在肝脏中转化为胆汁酸是机体代谢胆固醇的主要途径。

在这个过程中,肝细胞微粒体细胞色素 P450 酶系的 CYP7A1 是肝脏胆汁酸合成途 径的限速酶,其表达量和活性对胆汁酸的合成影响很大。

通过有效的调控 CYP7A1 可促进 胆固醇向胆汁酸转化[85, 86]。

5. 促进胆固醇的代谢。

肝脂酶(HL)在肝脂质代谢中发挥着重要的作用,其主要生理 功能是催化乳糜微粒(Chylomicrons,CM) 和 VLDL 中甘油三酯水解,产生供组织利用的脂

肪酸和单酰甘油,从而发挥调节血液中 TG 的作用,在血脂代谢中具有重要的作用。

因此 也是高脂血症治疗的一个重要靶点[87]。

通过调节甘油三酯过程来降血脂的分子机制主要可分为 2 个方面。

1. 抑制脂肪酸合成 酶活性。

脂肪酸合成酶( fatty acid synthase,FAS) 是脂肪酸合成过程中的关键酶,抑制其活性或减少其表达可以减少脂肪酸的合成,从而降低 TG 的水平[88]。

FAS 抑制剂主要有硫 内酯类 C75 结构类似物、丁内酯类、丁内酰胺类、尿素类和多酚类物质等;2. 减少甘油三酯的消化吸收。

脂肪在消化道中主要经过胰脂肪酶水解为单酰甘油和游离脂肪酸, 经小 肠吸收重新合成三酰甘油并在脂肪组织中积累。

脂肪酶抑制剂能有效地减少脂肪的水解和 吸收, 降低血脂的含量。

综上所述,血脂的调节是一个复杂的过程,涉及到多种途径和基 因的调控,对调血脂分子机制还需要进行深入的研究, 从而为寻找更适合的高血脂症治疗 靶点提供理论证据。

4.4 抗氧化作用自由基有很高的生物活性,可破坏生物大分子,进而对机体产生毒害,影响细胞活性, 自由基还与衰老密切相关。

已发现许多真菌多糖具有清除自由基, 提高抗氧化酶活性和抑制 脂质过氧化反应的生物学活性, 起到保持生物膜的完整和延缓衰老的作用[22, 62-65]。

如姬 松茸胞外多糖对羟基自由基和超氧自由基均有很强的清除作用, 其在体内发挥作用的机理 主要是其直接参与淬灭自由基以及激活机体内的内源性抗氧化剂的活性, 从而避免或减轻自 由基对机体的损伤。

4.5 抗炎症作用炎症是机体组织受损伤时所发生的一系列保护性应答。

通常情况下炎症是有益的,是 人体的自动的防御反应,但多度的炎症对人体是有害的,可导致免疫系统异常、器官组织发 生病变。

最近研究发现食用菌多糖具有抗炎的功效,如羊肚菌(Morchella esculenta)菌丝 体胞内多糖,凤尾菇(Pleurotus pulmonarius)中的β -葡聚糖,Geastrum saccatum 中的β 葡聚糖等 [66-68]。

4.6 保肝作用有些真菌多糖如香菇多糖对慢性肝炎有免疫调节作用,主要是促进 T 细胞活性,具有 抗病毒及诱生 IFN 保护肝脏的作用。

灵芝多糖,金针菇多糖等蘑菇多糖对四氯化碳造成小

鼠的肝脏损伤具有一定的防护作用, 其可能的机理是提高了小鼠肝脏内抗氧化物酶的活性 [69-71]。

4.7 其他作用除此之外,真菌多糖还具有抗辐射、抗病毒和抗突变的功能。

如 Pillai 等的研究表明 灵芝多糖能够增强辐射的修复进程, 具有成为一种辐射防护剂的潜在性[72, 73]。

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