靈芝活性成分及其對腸道菌群和機體代謝影響的研究進展

趙麗媛，祝芙蓉,2，黃梓芮，葛小東，劉斌,2*

1(福建農林大學 食品科學學院，福建 福州，350002)2(國家菌草工程技術研究中心，福建 福州，350002)

靈芝屬(Ganoderma)在我國主要分布在華北、西北、華南等地區，屬擔子菌亞門、層菌綱、非褶菌目、靈芝菌科[1]。根據其顏色不同，可將靈芝分為黑、青、赤、白、紫、黃6個種類[2]。研究發現多糖類、三萜類、生物堿類、微量元素、甾醇類等[3]是靈芝中主要的生物活性成分，靈芝作為傳統食藥用菌，古籍中記載靈芝具有扶正固本、延年益壽、滋補身體等功效[4]。近年來，一些現代藥理學研究表明，靈芝具有降血糖、抗腫瘤、保肝、延緩衰老等藥理作用[5]，但是其作用機制尚未明確。

腸道菌群(細菌、真菌、病毒)寄居在人體胃腸道內，數量大約在1014個，超過人體細胞總數的10倍[6]。腸道菌群主要包括厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)，這兩大類菌所占比例高達90%，另外還包含少量的變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、梭桿菌門(Fusobacteria)等[7]。腸道菌群在宿主體內發揮重要的生理功能，如：機體不易消化的大分子碳水化合物可以被腸道菌群分解成短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)等小分子物質，SCFA易被腸上皮細胞吸收，能提高宿主對能量的利用率；腸道菌群還可以影響腸上皮細胞，維持腸道穩態和免疫保護[8]。在正常情況下，腸道菌群處于動態平衡，以維持機體健康，當腸道菌群失調時，就會導致糖尿病、肥胖、心血管疾病[9-10]等癥狀。

臨床研究表明，靈芝在輔助腫瘤治療、降血糖、降血脂等方面有不同程度的改善作用[11]，本文揭示靈芝活性成分-腸道菌群-機體代謝三者之間的關系，總結靈芝活性成分通過調節腸道菌群改善相關代謝疾病，為靈芝在臨床中應用提供科學依據。

1 靈芝活性成分

1.1 靈芝多糖

赤芝多糖(Ganodermalucidumpolysaccharide，GLP)是靈芝中研究最多的活性成分之一，主要存在于細胞壁中。目前已經從靈芝子實體、菌絲體、孢子、發酵培養液中分離出200多種GLP[12]。GLP結構復雜，呈立體螺旋狀，分子質量可達幾千至幾百萬[13]。有研究表明，GLP的結構與其藥理作用密切相關，一般來說，多糖主鏈越長，分子質量越大，藥理活性越好，其分子質量一般高于104Da，當低于該值時藥理活性很低或完全沒有[14]。

GLP是大分子極性化合物，易溶于水難溶于有機溶劑，多采用熱水提取法，經有機溶劑沉淀、真空冷凍干燥后得到粗多糖，該方法易于操作、安全性好，不會導致多糖降解，適合工業化提取多糖[15]，但該方法提取時間長、得率低，一般只能提取胞壁外多糖且生物活性較低，因此采用多種方法協同作用破壞靈芝細胞壁提高多糖得率，如利用微波、超聲波、復合酶來輔助提取。

1.2 靈芝三萜類化合物

赤芝三萜類化合物(Ganodermalucidumtriterpenoids，GLT)是從赤芝中分離得到的另一生物活性成分，脂溶性較高。附圖1為GLT基本骨架，可見GLT是一類高度氧化的羊毛甾烷衍生物[16]。按其所含碳原子數可分為C24、C27、C30三大類。目前已經發現的三萜類化合物約有300多種,如靈芝酸類(靈芝酸A、靈芝酸B)、靈芝醇類、赤芝孢子內酯等[17]。

GLT的提取方法與多糖提取方法類似，但GLT易溶于有機溶劑不易溶于水，目前多采用有機溶劑、超聲輔助等方法來提取GLT[18]。傳統提取法一般用氯仿、甲醇等有機溶劑在適宜溫度下提取，該方法易于操作，但存在提取時間長，提取率較低、有機溶劑易殘留等缺點[19]；新型綠色提取技術——超臨界CO2提取法具有能耗低、不易破壞活性成分、無有機溶劑殘留的優點。通過該方法提取靈芝三萜化合物，提取率要高于傳統提取方法[20]。

1.3 甾醇類化合物

靈芝中所含甾醇類化合物含量高，主要包括靈芝甾醇、羊毛甾醇類化合物、麥角甾醇及衍生物等，目前研究發現靈芝甾醇約有20種，其基本結構主要為麥角甾醇和膽甾醇2種類型[21]，一般通過紫外分光光度法或HPLC法測定靈芝中甾醇物質含量。研究發現，甾醇類化合物具有殺死腫瘤細胞[22]、抑菌[23]的藥理作用。

1.4 生物堿類

生物堿也是靈芝中重要的活性物質，從靈芝中分離得到的生物堿類物質主要有：膽堿、甜菜堿、靈芝堿甲、靈芝堿乙等。靈芝中含有少量的生物堿，有研究表明生物堿具有顯著降低膽固醇、降血脂、保肝、改善心血管疾病等功效[24]。

1.5 氨基酸、蛋白質、多肽類

靈芝子實體中含有人體需要的必需氨基酸，如：谷氨酸、賴氨酸、亮氨酸等，其含量高于一般食藥用菌含量。于華崢等[25]通過離子色譜檢測靈芝中氨基酸含量，發現靈芝不同部位所含氨基酸比例不同，而靈芝中粗蛋白含量約在7.9%～11.83%。KINO等[26]和ZHANG等[27]從靈芝子實體和菌絲體中分離得到了真菌免疫調節蛋白和蛋白多糖；SA-ARD等[28]證明了從靈芝中分離得到的蛋白具有抗氧化、殺菌等功效。

1.6 其他活性成分

研究表明靈芝中還含有一些生理活性物質如：脂肪酸(苯甲酸、硬脂酸)，維生素，Mn、Ca、Fe、Zn、Ni等多種微量元素，酚類化合物，研究表明，這些活性成分也具有改善炎癥、高血脂等作用[29]。

2 靈芝活性成分對腸道菌群和機體代謝的影響

2.1 靈芝活性成分與腸道菌群的相互作用

腸道菌群在機體中扮演重要角色，可維持正常的生理功能、減少某些疾病的發生。前文提到靈芝中含有豐富的多糖、三萜類化合物、甾醇類化合物，這些活性成分進入機體后，小分子活性物質(三萜類、甾醇類)可被胃腸道吸收，不能被胃腸道吸收的大分子物質(多糖類)與腸道中的菌群相互作用，分解成小分子物質再經腸肝循環被吸收后發揮藥理作用(附圖2)[30]。丁翹[31]研究體外發酵黑靈芝多糖(polysaccharides fromGanodermaatrum，PSG)在胃腸道消化過程中的變化，發現黑靈芝多糖不能在胃和小腸中完全消化，主要在腸道菌群作用下被分解成SCFA，并改變了腸道菌群的結構，后續可在其基礎上繼續深入闡述活性成分與腸道菌群之間的相互作用關系。

2.2 靈芝活性成分調節腸道菌群代謝

腸道菌群參與機體各種生理活動，會產生多種代謝產物，如膽汁酸、SCFA、脂多糖。當機體被病原菌侵染或患有某些疾病時，腸道微生態被打亂，靈芝活性成分在腸道菌群作用下，會分解成小分子物質，同時影響腸道菌群代謝過程。HU等[32]用55%乙醇提取靈芝活性成分，通過超高效液相色譜四級桿-飛行時間質譜聯用儀(ultra performance liquid chromatography quadrupole time of flight mass spectrometry, UPLC-QTOF-MS)分析得出，靈芝55%乙醇提取物(GL55)中富含靈芝酸A和皂苷類，同時發現補充GL55可以改變大鼠腸道菌群組成，增加瘤胃球菌屬等有益菌的相對豐度，降低有害菌(如梭菌屬)的相對豐度，因此，當活性成分進入機體后，會對腸道菌群產生影響，促使有益菌增多，減少有害菌數量，維持腸道內環境平衡(表1)。因此，研究靈芝中活性成分如何調控腸道菌群具有重大意義。CHANG等[33]用靈芝提取物喂養高脂小鼠，結果發現靈芝提取物可以降低小鼠體內厚壁菌門/擬桿菌門相對豐度的比例，而且還能保護腸道黏膜完整性；通過收集正常小鼠糞便再將其移植到肥胖小鼠體內，發現糞菌移植能夠緩解肥胖小鼠的癥狀，這與靈芝提取物發揮作用相一致。

表1 靈芝藥理作用與主要活性成分及腸道菌群的變化Table 1 Pharmacological action and main active components of G. lucidum and changes of intestinal microbiota

2.3 靈芝調控腸道菌群降血糖作用

近年來，隨著人們生活水平的改善，糖尿病已成為威脅人類健康的慢性疾病。開發新型、高效、安全的降糖藥物或具有輔助效果的功能性食品，對臨床治療或改善糖尿病具有重大意義。有研究發現，腸道菌群失調是2型糖尿病患者的表現癥狀之一，同時糖尿病也伴隨炎癥產生[40]。目前，已證實GLP具有良好的降血糖活性，其機制主要是修復損傷的胰島細胞、調節關鍵胰島素蛋白信號通路、調節腸道菌群等[41]。MENG等[42]研究由高脂飲食造模成功的糖尿病小鼠經GLP喂養一段時間各項指標的變化，結果發現糖尿病小鼠血糖、血脂水平顯著下降，且胰島素分泌量顯著增加；也有研究發現小腸中α-葡萄糖苷酶經靈芝多肽作用后活性可得到抑制，從而降低血液中葡萄糖含量。丁翹[31]探究了PSG基于腸道菌群改善2型糖尿病大鼠的高血糖癥狀，通過16S rRNA高通量測序檢測PSG對大鼠腸道菌群的影響，結果發現PSG能顯著促進雙歧桿菌屬、糞球菌屬等有益菌的增長，抑制腸球菌屬、明串珠菌屬等有害菌的生長，同時還發現PSG不能在胃腸道中完全消化吸收，主要被腸道微生物降解成SCFA，從而改善2型糖尿病。CHEN等[34]通過注射鏈脲佐菌素結合高脂飲食構建2型糖尿病小鼠模型，探究GLP對糖尿病小鼠的改善作用，結果發現，經GLP處理后可以降低大鼠體內瘤胃球菌屬、變形桿菌等有害菌的數量，增加擬桿菌等有益菌的數量，因此，GLP可以將糖尿病大鼠體內紊亂的腸道菌群恢復至正常水平，最終使血糖恢復正常水平。綜上可知，靈芝發揮降血糖作用主要與引起血糖升高的腸道菌群密切相關，通過促使有益菌的增加和有害菌的減少從而達到降血糖的目的。

2.4 靈芝調控腸道菌群降血脂作用

高脂血癥是一個備受全球關注的公共衛生問題，臨床癥狀主要表現為血清總膽固醇(total cholesterol，TC)、甘油三酯(triglyceride，TG)、低密度脂蛋白(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)水平異常升高[43]。膽汁酸是脂質和膽固醇代謝的主要產物，諸多研究發現，脂質代謝和膽汁酸平衡會受腸道菌群的影響進而對人體健康產生影響，高脂血癥通常會伴隨腸道菌群失調，而腸道菌群失調紊亂又可能進一步加重脂代謝癥狀[44]。XU等[35]研究表明GLP可以通過調節炎癥因子和小鼠腸道菌群結構來增強高脂小鼠對胰島素抵抗的敏感性，小鼠經過高脂飼料喂養后其腸道中與胰島素抵抗相關的放線菌科、明串珠菌屬相對豐度增加，而與抗炎有關的毛螺旋菌屬、艾克曼菌相對豐度減少。有研究發現，給予高脂小鼠靈芝多糖肽，可以降低小鼠血清中TG、TC、LDL-C水平，抑制肝臟脂肪蓄積，宏基因組學分析得出，高脂小鼠體內腸道菌群相對豐度發生了顯著改變，其中擬桿菌數量顯著增加，膽汁酸代謝加快，從而改善脂質代謝紊亂[45]。GUO等[36]通過95%乙醇對靈芝進行提取，得到三萜類化合物(GL95，主要是靈芝酸)對高脂小鼠補充GL95后改善了其高血脂癥狀，表明靈芝三萜類化合物可以作為潛在治療或改善高脂血癥的新型功能食品。

2.5 靈芝調控腸道菌群增強免疫調節作用

研究發現靈芝對非特異性免疫和特異性免疫都有一定的作用效果，靈芝不同部位以及提取液都具有免疫調節作用。腸道菌群與機體免疫功能密不可分，楊開等[37]發現破壁與未破壁靈芝孢子粉中的低聚糖可以增加雙歧桿菌、乳酸菌屬等有益菌數量，增加SCFA含量，調節腸道菌群功能；楊旭[46]通過實驗證明GLP及其水解物可以影響腸道菌群代謝產物SCFA，從而增強腸黏膜免疫功能。

2.6 靈芝調控腸道菌群抗腫瘤作用

靈芝所含活性成分復雜，其抗癌機理目前尚不明確。普遍認為靈芝能夠促進腫瘤細胞生長使其凋亡、影響腫瘤代謝、抑制腫瘤血管生成作用、調節腸道菌群等機理來發揮抗腫瘤作用[47]。目前，GLP[48]、GLT[49]和甾醇類[50]已被證實具有抗腫瘤作用。SU等[38]建立了乳腺癌小鼠模型，通過16S rRNA測序發現赤芝孢子粉多糖可以改善由紫杉醇引起的腸道微生物群失調，結果發現類桿菌屬、瘤胃球菌屬等5個屬細菌豐度明顯增加，而增加腫瘤風險的菌屬——臭桿菌屬、脫硫弧菌豐度降低；張莘莘[51]研究PSG-1對S180荷瘤小鼠體內抗腫瘤作用機制，發現PSG-1通過G蛋白信號轉導通路來誘導腫瘤細胞凋亡從而發揮抗腫瘤活性。徐鳳姣等[52]體外實驗也證明了靈芝醇提物與腫瘤細胞相互作用后，腫瘤細胞受到了抑制。目前對靈芝通過調節腸道菌群來發揮抗腫瘤作用研究甚少，在臨床上通過調節腸道菌群來增強機體免疫力，最終達到輔助腫瘤治療的目的是今后的研究方向。

2.7 靈芝調控腸道菌群保肝作用

肝臟不僅參與物質和能量代謝，也參與生物解毒等過程[53]。肝損傷疾病是目前發病率比較高的疾病，若惡化發展可能導致肝癌，而臨床治療肝損傷的藥物具有一定的副作用，靈芝作為天然的食藥用菌，在臨床中輔助治療肝炎、肝硬化等疾病發揮了作用，因此研發天然藥物保護肝損傷成為必然趨勢。ZHU等[54]研究發現GLP可以增加2型糖尿病小鼠中肝糖原水平，通過增加SCFA來改善2型糖尿病小鼠肝損傷癥狀；江國勇[39]研究發現PSG可以改善丙烯酰胺誘導肝損傷大鼠腸道菌群紊亂的狀況，通過增加瘤胃球菌屬、乳酸桿菌相對豐度，降低普氏菌屬相對豐度，從而產生護肝效果。

2.8 其他作用

此外，靈芝還具有延緩衰老、改善睡眠、緩解疼痛等作用。研究發現，GLP和GLT均可清除體內自由基，減少自由基對機體的損傷、減少皮膚老化，從而達到延緩衰老的目的[5]。靈芝提取物能明顯緩解小鼠疼痛的癥狀，主要通過加強巴比妥類藥物對中樞神經系統的抑制作用，達到延緩小鼠疼痛出現時間[55]。樸瑋等[56]研究表明，破壁靈芝孢子粉和靈芝全活性物質能改善小鼠睡眠。

3 結語

近年來，靈芝中所含的生物活性成分及藥理作用受到國內外研究學者的廣泛關注，靈芝作為一種名貴的食藥用菌，其化學成分復雜，發揮藥理作用機制尚不明確。目前，對靈芝的研究主要集中在多糖類、三萜類物質，由于分離制備單一活性物質難度較大，所得組分的結構和藥理作用有待明確，因此不能滿足工業化大批量生產需求，這嚴重制約了研發靈芝高端產品和靈芝國際化產業的發展。

目前關于“靈芝活性成分-腸道菌群-機體代謝”三者之間的關系對腸道健康、相關代謝疾病的作用機制需進一步深入研究。如：靈芝活性成分介導腸道菌群發揮作用機制、調控腸道菌群對靈芝活性成分的影響、靈芝活性成分發揮藥理作用后對腸道菌群的影響仍需進一步探索。此外，靈芝在腫瘤、高血糖、高血脂、心血管疾病中與腸道菌群相互作用分子機制有待深入研究，為更好地利用靈芝這一寶貴的自然資源提供理論依據。