竹蓀多糖化學結構及其生物活性的研究進展

張春梅，陳宏，何銘琪，祝詩欣，張菊，李海峰

（廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院，廣東廣州510006）

竹蓀屬真菌（Dictyophoraspp.）隸屬于真菌門、腹菌綱、鬼筆目、鬼筆科，是我國名貴的大型食用菌，主要包括長裙、短裙、紅托和棘托竹蓀等食藥兩用品種。竹蓀營養豐富且滋味鮮美，早在春秋戰國時期，《楚辭·九歌》就將竹蓀列為“香草”，唐代《食療本草》和《酉陽雜俎》中亦有收錄，竹蓀在近現代也常被用來制作國宴名肴，因此享有“山珍之花”、“菌中皇后”的美譽。竹蓀性涼，味甘微苦，歸肺、胃經，《本草綱目》等醫著記載其有寧神健體、益氣補腦、潤肺養陰、消炎止痛、清熱利濕等功效，可治肺虛、熱咳、咽喉炎、風濕、痢疾等癥?，F代研究表明，竹蓀主要含有多糖、氨基酸和揮發油等成分，具有免疫調節、抗腫瘤、降血脂和降血糖等功能[1]。近年來有報道顯示，竹蓀多糖是竹蓀生物活性的重要物質基礎，具有抗氧化、增強免疫、抗腫瘤、神經保護、抗衰老等多種活性[1-3]。本文綜述了近年來竹蓀多糖結構特性和生物活性的研究進展，以期推動竹蓀屬真菌在食品和醫藥領域的深入應用。

1 竹蓀多糖的化學結構特征

本課題組曾采用水提醇沉和離子交換等提取純化工藝從長裙竹蓀子實體中制備了酸性多糖DiPS，通過氣相色譜分析發現其單糖組成主要為甘露糖，還包括少量的巖藻糖、半乳糖、鼠李糖、木糖、葡萄糖和葡萄糖醛酸[4]。Ker 等[5]和Hua 等[6]從長裙竹蓀子實體中也分離出了多個多糖組分，這些組分分子量分布在18 kDa～4 600 kDa，單糖組成包括半乳糖、葡萄糖、甘露糖、巖藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖和核糖，但是組成比例各有不同，糖鏈連接包括（1→6）-葡萄糖、（1→3，6）-甘露糖、（1→5）-木糖、（1→3）-半乳糖和（1→6）-半乳糖等多種方式。這些結果表明竹蓀多糖是組成較為復雜的雜多糖，而且同一品種竹蓀的多糖化學結構存在一定差異，這可能與竹蓀生長環境和采收時期以及多糖制備方法等因素有關。此外，不同種類竹蓀的多糖結構也有所不同。連賓等[7]采用水提醇沉和葡聚糖凝膠層析法從紅托竹蓀子實體中分離得到的3 種多糖組分均由半乳糖、葡萄糖、甘露糖和木糖組成。鄭楊等[8]和林玉滿等[9]分別從短裙竹蓀和棘托竹蓀子實體中分離獲得了多糖組分DdS3P 和DE2-2，前者分子量為380 kDa，單糖組成為葡萄糖、甘露糖和木糖，后者分子量為84 kDa，含有葡萄糖、甘露糖、半乳糖和巖藻糖。目前有關竹蓀多糖構象的研究較少，但有報道顯示長裙竹蓀多糖PD3 的主鏈結構為（1→3）-β-D-葡聚糖，側鏈為（1→6）-β-葡萄糖苷，其在水溶液中具有與硬葡聚糖和香菇多糖相似的三螺旋結構[10]。鑒于真菌多糖的抗腫瘤活性與三螺旋構象有關，這些結果表明竹蓀葡聚糖PD3 可能具有相關活性。綜上所述，竹蓀多糖的分子量分布范圍較廣，其單糖組成和糖苷鍵連接方式多樣，這些復雜的結構特征是其具有多種生物學活性的基礎。

2 竹蓀多糖的生物活性及相關機制

2.1 抗氧化與抗炎作用

竹蓀多糖在體外化學體系以及細胞和動物模型中具有良好的抗氧化活性。Deng 等[11]探索了長裙竹蓀多糖DIP 的體外抗氧化作用，發現其具有較強的體外還原能力，能夠有效清除DPPH 自由基、羥自由基和超氧陰離子自由基。Hua 等[6]進一步采用DIP 飼喂D-半乳糖造模的衰老大鼠，發現該多糖可以降低血清中丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量和肝臟中脂褐素水平，并能提高血清中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GPx）的活性。此外，Yu 等[12]研究發現棘托竹蓀多糖能夠緩解雙氧水介導的PC12 大鼠腎上腺嗜鉻瘤細胞活力下降，減少促凋亡蛋白Bax、半胱天冬酶Caspases 3 和細胞色素C 水平并提高抗凋亡蛋白Bcl-2含量，說明該多糖的抗氧化作用與抑制細胞凋亡有關。本課題組最近采用超氧陰離子誘導劑百草枯脅迫野生型秀麗線蟲模型，發現長裙竹蓀酸性多糖DiPS 可以提高秀麗線蟲的存活率，還能降低秀麗線蟲體內活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）和MDA 水平，提高SOD 活力并恢復線粒體膜電位和ATP 含量，而且DiPS 的抗氧化作用與調控脅迫響應轉錄因子DAF-16 有關[4]。由于氧化脅迫與衰老以及神經退行性疾病和癌癥等多種疾病的發生發展密切相關，而且許多抗氧化劑被證實能夠延緩衰老和防治氧化脅迫相關疾病[13]，因此上述研究表明竹蓀多糖可能具有抗衰老和緩解氧化脅迫相關病癥的生物活性。

炎癥反應參與了多種疾病的發生和發展，因此抑制炎癥是緩解相關病癥的有效策略。研究表明，竹蓀水提物及其多糖成分能夠抑制多種炎性物質的致炎作用和細胞毒性。例如，Ukai 等[14]采用卡拉膠注射法和燙傷法誘導大鼠后肢產生炎癥，然后以長裙竹蓀多糖T-5-N 飼喂大鼠，發現該多糖能夠緩解卡拉膠引起的水腫和燙傷性水腫痛覺過敏，具有退熱止痛的抗炎作用。

2.2 增強免疫作用

竹蓀多糖可以通過非特異性免疫途徑來增強動物模型的免疫系統功能，比如Hua 等[15]分別采用酸提法和堿提法從長裙竹蓀中提取出DIP I 和DIP II 兩種多糖成分，前者可以增加正常小鼠胸腺的重量和單核細胞的吞噬依賴性，后者可以提高小鼠脾臟和胸腺重量以及脾細胞增殖能力和自然殺傷細胞活性，還能恢復對二硝基氟苯的遲發型超敏反應。除了單核細胞和自然殺傷細胞，竹蓀多糖對非特異性免疫細胞中的其它成員也有激活作用。例如，Deng 等[16-17]研究發現長裙竹蓀多糖DIP 能誘導小鼠腹腔巨噬細胞RAW264.7 中一氧化氮產生，促進白介素-1、白介素-6、腫瘤壞死因子和核因子 κB（nuclear factor-κB，NF-κB）等基因的表達，而抗Toll 樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）和抗模式識別受體Dectin-1 的單克隆抗體都可以顯著抑制DIP 與靶細胞的特異性結合以及對巨噬細胞的激活。此外，廖文鎮[18]發現紅托竹蓀多糖DP1 能夠與RAW264.7 細胞膜表面的補體受體3（complement receptor 3，CR3）特異性結合，通過PI3K/Akt/MAPK/NF-κB 信號轉導通路激活巨噬細胞的免疫應答，促進一氧化氮和白介素的分泌。綜上所述，TLR4、Dectin-1 和CR3 等表面受體以及NF-κB 轉錄因子在竹蓀多糖活化巨噬細胞過程中發揮了關鍵作用。

2.3 抗腫瘤作用

研究表明，竹蓀多糖可以通過誘導凋亡抑制多種腫瘤細胞的增殖。例如，葉建方等[19]發現紅托竹蓀多糖能夠提高小鼠腹水瘤細胞S180 中Bax、Caspase-3 和Caspase-9 的含量并降低Bcl-2 的含量，從而誘導細胞凋亡并抑制細胞生長。此外，一些化學修飾和改造手段可有效提高竹蓀多糖的抗腫瘤活性。例如，與未修飾多糖相比，磷酸化或硫酸化的竹蓀多糖對人乳腺癌細胞MCF-7 和小鼠黑色素瘤細胞B16 體外增殖的抑制作用更強[11，20]，經NaOH 變性和透析復性處理的竹蓀多糖對S180 細胞在小鼠體內增殖的抑制作用也有所提高[21]。Liao 等[22]將長裙竹蓀多糖連接到單分散硒納米顆粒表面，發現該綴合物對人肝癌細胞HepG2、人非小細胞肺癌細胞A549 等多種腫瘤細胞增殖的抑制作用較未改造多糖的更強，并能顯著誘導腫瘤細胞出現核固縮、DNA 降解等凋亡現象，而且這種促凋亡作用與激活Fas 相關死亡結構域蛋白和Caspase 以及誘導ROS 過量生成和線粒體功能障礙有關。有趣的是，竹蓀多糖的抗氧化活性與抑制凋亡途徑有關，這些看似矛盾的結果說明不同疾病的基因表達模式存在差異，也說明竹蓀多糖在不同疾病背景下的基因調控方式不同。

除了增殖過度和凋亡抑制，腫瘤微環境在腫瘤生長過程中也起著重要作用，而腫瘤相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）是腫瘤微環境的主要基質細胞，能夠分泌多種因子抑制免疫系統并促進腫瘤生長和轉移[23]。最近有研究顯示，前列腺CAFs能夠抑制小鼠CD4+/CD8+T 細胞的生長，而長裙竹蓀多糖ZSP4 不僅能夠促進小鼠脾臟中免疫細胞的增殖，還可以通過下調α-平滑肌肌動蛋白的表達來緩解前列腺CAFs 對免疫細胞的抑制[24]，這說明竹蓀多糖的體內抗腫瘤作用與調節免疫系統和腫瘤微環境有關。

2.4 神經保護作用

許多神經退行性疾病的病理機制都涉及到蛋白質異常聚集、氧化脅迫和細胞凋亡，比如β-淀粉樣肽（amyloid-β peptide，Aβ）和多聚谷氨酰胺（polyglutamine，polyQ）分別是阿爾茨海默癥和亨廷頓舞蹈病的關鍵致病蛋白，其聚集產物可誘發氧化脅迫與炎癥，導致神經元凋亡和功能衰退[25]。因此，緩解致病蛋白異常聚集介導的毒性脅迫是防治神經退行性疾病的有效策略。本課題組最近以Aβ 和polyQ 轉基因秀麗線蟲為模型，發現DiPS 不僅能夠有效抑制蛋白聚集介導的趨化和避化行為缺陷，還可以降低秀麗線蟲體內的ROS 水平，并促進胰島素信號通路關鍵轉錄因子DAF-16 的入核[4]。由于DAF-16 是調節蛋白聚集毒性、脅迫和壽命等生物過程的關鍵因子，這些結果說明竹蓀多糖能夠通過調控該轉錄因子在秀麗線蟲體內抑制蛋白神經毒性和緩解氧化脅迫。除了異聚蛋白，吳雪艷[26]采用亞砷酸鈉對大鼠進行造模，通過Morris 水迷宮、避暗和跳臺等實驗發現砷中毒大鼠的學習記憶能力和海馬神經元結構受損，而且腦組織中的腦源性神經營養因子、N-甲基-D-天冬氨酸和谷胱甘肽含量以及SOD 和乙酰膽堿轉移酶活力均降低。采用紅托竹蓀多糖制備的飲料飼喂砷中毒大鼠后，上述癥狀有所緩解。此外，紅托竹蓀多糖飲料還能提高正常大鼠的學習記憶能力，并可以增加大鼠血清中總SOD 和GPx含量以及腦組織中GPx 活力[26]。因此，這些研究充分表明竹蓀多糖能夠提高正常動物和疾病動物模型的神經系統功能，而且抗氧化作用是其發揮神經保護活性的重要基礎。

2.5 護肝作用

砷是國際癌癥研究機構明確認定的一級致癌物，不僅可以誘發多種癌癥，還能增加心血管疾病、糖尿病等常見疾病的患病風險。肝臟是砷主要的蓄積器官和受損器官，因此緩解肝損傷有助于治療砷中毒。最近有研究表明，竹蓀多糖在細胞和整體動物水平上能夠抑制砷毒性并促進砷排出。楊紅艷等[27]發現高劑量的亞砷酸鈉能引起L-02 人肝臟細胞的活力、Bcl-2/Bax 比值及總SOD、過氧化氫酶和谷胱甘肽水平降低，使MDA 含量以及細胞色素C 和Caspase-3 活力升高，說明砷鹽可誘導氧化脅迫與細胞凋亡。采用竹蓀多糖處理砷脅迫的L-02 細胞，上述細胞活力、凋亡和氧化脅迫相關指標的變化均有所緩和。胡婷等[28]利用基因表達譜芯片技術進行深入研究，發現亞砷酸鈉可以調控一些與炎癥、增殖和凋亡相關基因的表達，而竹蓀多糖能夠干預砷鹽調控的多個差異表達基因，所涉及的信號通路包括NOD 受體樣通路、MAPK 通路和PPAR 通路等。因此，這些結果表明竹蓀多糖可通過調控氧化脅迫、炎癥、增殖和凋亡等多種途徑抑制砷的肝細胞毒性。此外，胡婷等[29]對竹蓀多糖的體內護肝活性進行了探索，發現該多糖能夠抑制亞砷酸鈉造成的小鼠體重下降和肝組織損傷，并能降低肝砷含量和提高血砷及尿砷水平。值得注意的是，在小鼠砷中毒前給予竹蓀多糖處理的護肝作用優于砷造模后再干預，表明該多糖能夠通過增強正常肝臟的功能來抵抗外源脅迫。曾丹[30]利用染毒大鼠模型也證實了竹蓀多糖可以緩解亞砷酸鈉所致肝纖維化，并能夠降低肝臟組織中MKK3、MKK4、p-JNK 和p-P38 蛋白水平以及提高MKK1 和p-ERK 蛋白水平，進一步說明調控MAPK信號通路是竹蓀多糖抑制砷肝毒性的重要機制。

2.6 抗衰老作用

越來越多報道顯示，過氧化產物大量累積和抗氧化系統功能下降是機體衰老的重要誘因，而一些抗衰老普通食物和食藥兩用食物來源的多糖具有延緩衰老及防治衰老相關疾病的活性[31]。Ye 等[32]采用D-半乳糖對小鼠進行皮下注射，可引起小鼠血清和肝臟中MDA 含量升高而SOD 和GPx 活性降低，導致胸腺和脾臟指數均顯著下降，從而造成動物亞急性衰老。采用紅托竹蓀多糖DRP 處理衰老小鼠后，發現上述氧化脅迫相關指標以及器官指數均有所改善。因此，竹蓀多糖可能通過清除過氧化產物和增強抗氧化酶功能發揮抗衰老作用。

2.7 抑菌作用

早期有報道顯示，竹蓀水提物能夠抑制一些常見的食品腐敗菌和致病菌的生長[33-34]。近年來研究發現，竹蓀中的多糖成分對多種細菌和真菌有顯著的抑制作用，王憲偉[35]采用抑菌圈法發現竹蓀多糖能夠抑制黑曲霉、草酸青霉、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，而且對真菌的抑制效果優于細菌。目前有關竹蓀多糖抑菌機理的研究極少，但孫曉紅等[36]發現棘托竹蓀水提物能夠上調副溶血性弧菌中轉錄調控因子nusA 等基因的表達并下調延伸因子ef-Tu 等基因的表達，使菌體細胞膜受損和細胞質溶出，從而導致菌體死亡。鑒于多糖是竹蓀發揮抑菌作用的重要物質基礎，這些研究為深入探索竹蓀多糖的抑菌機理提供了參考。

2.8 其它作用

Ye 等[37]研究發現竹蓀多糖DRP 可以延長負重小鼠的游泳時間和缺氧小鼠的存活時間，說明該多糖能夠緩解動物的疲勞與缺氧癥狀。DRP 還能降低疲勞小鼠血清中的血乳酸、尿素氮和MDA 含量，并提高血清SOD、肝臟肝糖原和腿部肌糖原含量，表明其抗疲勞作用與改善糖代謝、清除代謝產物和減輕氧化脅迫有關。Kanwal 等[38]探索了長裙竹蓀多糖對廣譜抗生素誘導腸道菌群失衡的調節作用，發現該多糖能夠改善口服克林霉素和甲硝唑導致的小鼠腸道細菌多樣性和豐富度降低，增加乳酸產生菌和丁酸產生菌等有益菌群，還能降低腫瘤壞死因子、白介素-6 和白介素-1β水平并提高緊密連接相關蛋白水平，從而發揮保護腸道微生物群、增強腸屏障完整性和減少炎癥的功能。此外，熊彬等[39]發現長裙竹蓀的菌托和菌蓋水提液能提高鈷-60 輻射大鼠的脾臟指數和血清中IgG 等免疫球蛋白水平，說明其具有修復輻射致免疫系統損傷的作用。

3 總結與展望

竹蓀有著廣泛的資源分布和悠久的食藥兩用歷史，近年來研究發現其多糖成分具有減輕氧化和炎癥脅迫、增強機體免疫、抑制腫瘤生長及緩解神經毒性等多種生物活性，在普通食品、保健食品和醫藥領域蘊含著良好的開發應用潛力。然而，總結竹蓀多糖的研究現狀，仍然存在一些不足，今后可從以下幾方面進行完善：探索竹蓀菌絲體的液體深層培養技術，研究培養條件、食用部位和制備方法對多糖結構與活性的影響，制定多糖質量控制方案；闡明竹蓀多糖的高級結構并開展構效關系研究，利用多種生化物理技術對多糖進行修飾，如酶解、羧甲基化和乙酰化等，同時運用納微化合物載體增強多糖的體內活性；探索竹蓀多糖與心腦血管疾病、糖尿病、高血脂癥、肝炎等常見疾病相關的生物活性，開展體內代謝動力學研究；采用轉錄組測序、蛋白質組定量和修飾分析等前沿技術闡釋竹蓀多糖生物活性的分子機理，比如免疫調節、抗衰老、抗炎和抑菌作用相關的基因表達和信號調控途徑，為竹蓀多糖深入開發應用提供理論依據。