蟬花的研究現(xiàn)狀與分析

周思靜,喬宇琛,劉桂君*,陳偉,王平,宋梅芳,王成濤*

1(北京市科學(xué)技術(shù)研究院輻射技術(shù)研究所,北京,100875)2(北京工商大學(xué),北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖 創(chuàng)新中心,北京,100048)3(北京工商大學(xué),北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心,北京,100048)

蟬花(Cordycepschanhua)又名大蟬草菌、蟲花、蟬蛹草等,為蟬擬青霉感染蟬科山蟬幼蟲所形成的蟲菌復(fù)合體,分類學(xué)地位屬于菌物界(Fungi),子囊菌門(Ascomycota),糞殼菌綱(Sordariomycetes),肉座菌亞綱(Hypocreomycetidae),肉座菌目(Hypocreales),蟲草菌科(Cordycipitaceae)[1]。蟬花是我國分布比較廣泛的蟲草類真菌,主要分布在浙江、江蘇、安徽、湖北、湖南、廣東、四川、云南、福建和臺(tái)灣等地,此外,南亞、歐洲、北美等地亦有分布[2]。蟬花具有悠久的藥用歷史,最早記錄可見于公元五世紀(jì)南北朝時(shí)期雷斅的《雷公炮炙論》,“蟬花,凡使,要白花全者。凡收得后,于屋下東南角懸干,去甲、土后用漿水煮一日,至夜,焙干,碾細(xì)用之”,宋代唐慎微撰《證類本草》中記載其“味甘,寒,無毒。主小兒天吊,驚癇螈,夜啼心悸”,李時(shí)珍的《本草綱目》記載“蟬花可治療驚癇,夜啼心悸,功同蟬蛻”等,傳統(tǒng)中醫(yī)認(rèn)為蟬花性寒、味甘、無毒,能鎮(zhèn)驚解痙,熄風(fēng)散熱,透疹止癢,明目退翳[3]?，F(xiàn)代研究表明蟬花具有多種生理功效,如免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗疲勞、改善腎功能等。已在蟬花中發(fā)現(xiàn)含有核苷類、甾醇、多糖、芳香族物質(zhì)、氨基酸等多種與冬蟲夏草及蛹蟲草中相同的物質(zhì)成分,因此,有學(xué)者認(rèn)為蟬花可作為冬蟲夏草的替代品使用[4-5]。2021年我國衛(wèi)生健康委員會(huì)批準(zhǔn)人工培育的蟬花子實(shí)體可作為新食品原料使用,將蟬花的應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)中醫(yī)藥拓展到食品領(lǐng)域,應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,使得未來蟬花需求量急劇增加,市場潛力巨大。

雖蟬花的研究不如冬蟲夏草和蛹蟲草等蟲草類真菌的研究多,研究起步也相對較晚,但近幾十年來,對蟬花的研究也取得了一定的進(jìn)展。本文主要從蟬花物質(zhì)成分、人工培養(yǎng)技術(shù)、生物活性作用、組學(xué)進(jìn)展等方面進(jìn)行綜述概括,以期為蟬花的基礎(chǔ)研究及在食品、藥品、化妝品等多領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)提供參考。

1 蟬花的物質(zhì)成分

蟬花、冬蟲夏草、蛹蟲草作為頗具代表性的蟲草真菌。研究已證實(shí)蟬花含有豐富的營養(yǎng)成分和多種活性物質(zhì)成分,目前已從蟬花中分離到氨基酸、脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)成分以及核苷類、多糖類、甾醇類等多種功能活性物質(zhì)。

1.1 營養(yǎng)物質(zhì)成分

蟬花富含蛋白質(zhì)、必需氨基酸、不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)元素等多種營養(yǎng)成分物質(zhì),具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。研究表明蟬花中粗蛋白含量較高,野生蟬花蛋白質(zhì)含量為19.65%,蟬花菌絲體蛋白質(zhì)含量為25.38%,孢梗束、菌絲體、野生蟬花的蛋白含量對比為:蟬花孢梗束>蟬花液體發(fā)酵菌絲體>野生蟬花,且富硒培養(yǎng)可提高蟬花孢梗束的蛋白質(zhì)含量;蟬花中富含18種氨基酸,必需氨基酸含量較高,可達(dá)40%,必需氨基酸的含量對比為:蟬花液體發(fā)酵菌絲體>野生蟬花>蟬花孢梗束,富硒可提高氨基酸中蛋氨酸、甘氨酸、丙氨酸的含量[6-8]。測定發(fā)現(xiàn)蟬花中含有亞油酸、軟脂酸、棕櫚油酸、花生酸、花生一烯酸、花生二烯酸、油酸甲酯等17種脂肪酸,其中亞麻油酸、油酸的相對含量為53.91%和20.63%[9]。礦物質(zhì)元素作為人體所需的重要營養(yǎng)元素,在調(diào)解代謝、維持體內(nèi)酸堿平衡等方面具有重要作用,蟬花中富含鈣、鐵、鋅、硒等多種礦物元素[8,10]。對蟬花的營養(yǎng)成分文獻(xiàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn),目前的研究主要集中在對野生蟬花、發(fā)酵菌絲體、蟬花孢梗束等的對比評價(jià)方面。

1.2 活性物質(zhì)成分

1.2.1 多球殼菌素

多球殼菌素(myriocin)是一種由α-氨基酸和不飽和脂肪鏈組成的親脂類氨基酸,分子式為C21H39NO6,具有強(qiáng)烈免疫特性,其免疫抑制作用是抑制鞘脂生物合成第一步反應(yīng),從而減少鞘脂前體物質(zhì)的合成。1994年FUJITA報(bào)道在蟬花的液體培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)了多球殼菌素,具有顯著免疫調(diào)節(jié)作用,在抑制小鼠異體混合淋巴細(xì)胞反應(yīng)中,是環(huán)孢菌素A的免疫抑制能力的10～100倍,有望成為一種強(qiáng)有力的免疫抑制劑用于臨床治療中[11]。后續(xù)通過對多球殼菌素分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化,獲得FTY 720,諾華公司將其開發(fā)為一款名為Gilenya的藥物,2010年9月由美國FDA批準(zhǔn)上市,2019年我國藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)Gilenya在國內(nèi)上市,可作為用于治療復(fù)發(fā)性多發(fā)性硬化癥的口服藥物[12]。多球殼菌素主要存在蟬花的菌絲體中,YU等[13]采用柱前衍生化高效液相色譜測定蟬花菌絲體中多球殼菌素的含量為0.064～0.278 mg/g。

1.2.2 核苷類

核苷類化合物是蟬花中的重要活性物質(zhì)成分,具有廣泛的生理功效,目前在蟬花中已發(fā)現(xiàn)多種核苷類物質(zhì),如蟲草素、腺苷、N6-(2-羥乙基)-腺苷[N6-(2-hydroxyethyl)-adenosine,HEA]、腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥苷、鳥嘌呤、肌苷、次黃嘌呤、尿苷、尿嘧啶、脫氧胞苷、脫氧肌苷等。ZENG等[14]分析蟬花中的10種核苷類化合物(尿苷、2′-脫氧尿苷、肌苷、鳥苷、胸苷、腺嘌呤、腺苷、2′-脫氧腺苷、蟲草素、尿嘧啶)的含量,發(fā)現(xiàn)在菌核和孢梗束中核苷的總量分別為4.392和3.016 mg/g。葛琦等[15]采用LC-MS分析蟬花中核苷類成分,首次在蟬花中發(fā)現(xiàn)脫氧胞苷和脫氧肌苷。

蟲草素作為第一個(gè)從真菌中分離出來的核苷類化合物,具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、降血脂等多種生物活性作用,在多種蟲草類真菌中均有測得,常被作為評價(jià)蟲草類真菌品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。蟬花中蟲草素的含量為0.02 mg/g,蟬花菌絲體中蟲草素的含量為2.77 mg/g[4,16]。不同地區(qū)的蟬花蟲草素含量差異較大,張洪梅等[17]比較10批不同產(chǎn)地蟬花中蟲草素的含量發(fā)現(xiàn),四川宜賓產(chǎn)的蟬花蟲草素含量最高,可達(dá)0.191 mg/g。蟲草素按其溶解性,水、醇均可溶解,目前在蟲草素的提取中常采用水、乙醇提取的文獻(xiàn)較多,LU等[18]采用水提取蟬花,提取物中檢測到了蟲草素,而采用甲醇提取,提取物中未檢測到蟲草素,這一結(jié)果值得關(guān)注。

HEA為蟬花中頗具開發(fā)潛力的核苷成分,同時(shí)也是第一個(gè)從真菌中分離出的Ca2+拮抗劑,分子式為C11H17N5O5,分子質(zhì)量為311.29,已被證實(shí)具有抗輻射、鎮(zhèn)靜、免疫、抗腫瘤、抗炎、腎臟保護(hù)、降糖等多種生物活性作用[19]。HEA是由FURUYA等[20]1983年在3種蟲草和4種棒束孢中首次檢測發(fā)現(xiàn)。張紅霞等[10]測定以蠶蛹為基質(zhì)培養(yǎng)的蟬花孢梗束中HEA的含量為0.2 mg/g,雷幫星等[21]通過優(yōu)化蟬擬青霉122菌株培養(yǎng)條件,菌絲體中HEA的含量可達(dá)(130.22±0.60) mg/L。厲曉臘[22]研究蟬擬青霉液體深層發(fā)酵技術(shù),在70 L液體發(fā)酵罐中深層發(fā)酵培養(yǎng),HEA的含量可達(dá)到35.9 mg/L。LU等[18]對野生蟬花和人工培養(yǎng)蟬花的子實(shí)體中的HEA含量進(jìn)行測定,采用甲醇提取測定野生蟬花和人工培養(yǎng)蟬花HEA的含量分別為(2.884±0.589)、(0.834±0.005) mg/g;采用水提測定野生蟬花和人工培養(yǎng)蟬花HEA的含量分別為(1.925±0.025)、(7.025±1.420) mg/g。

1.2.3 麥角甾醇

麥角甾醇作為食用菌的有效活性成分之一,在抗炎、降脂、防癌、免疫調(diào)節(jié)等方面具有顯著功效[23],主要存在于蟬花的菌絲體中,目前從蟬花中分離出來的有麥角固醇和麥角甾醇過氧化物。在蟬花菌絲體中麥角甾醇的含量為0.6256 mg/g[8]。張洪梅等[17]對我國10批不同產(chǎn)地蟬花中麥角甾醇的含量進(jìn)行測定,其含量范圍在0.120～0.301 mg/g,不同產(chǎn)地蟬花的麥角甾醇的含量有一定的差異性,但差異不如腺苷、蟲草素的差異大。SHI等[24]通過對培養(yǎng)基優(yōu)化,將麥角甾醇的產(chǎn)量提高5倍,可達(dá)0.256 mg/L。KUO等[25]從蟬花中分離出麥角甾醇過氧化物Cpd 6A (C28H44O3),可抑制T細(xì)胞的增殖。

1.2.4 多糖類

多糖因?qū)θ梭w具有多種有益作用而廣受關(guān)注,多糖也是蟬花中最重要的活性成分之一,在菌絲體、孢梗束中均含有豐富的多糖,菌絲體中多糖的含量為33.2 mg/g[8],孢梗束中多糖的含量為1.17%[10]。目前已從蟬花中分離出了C3、CI-P、CI-A、CPA-1、CPB-1、PCIPS3、EPS1、EPS2 和Pc-01等多種多糖組分。對分離出的多糖的研究目前主要集中在單糖組成、分子質(zhì)量、連接方式等一級(jí)結(jié)構(gòu)的解析上。如UKAI等[26]對蟬花中分離出水溶性半乳甘露聚糖C3結(jié)構(gòu)解析為:分子質(zhì)量為27 000 Da,由甘露糖和半乳糖組成,物質(zhì)比為4∶3,主鏈由α-D-(1→2)和α-D-(1→6)-甘露糖組成,支鏈由O-6連接β-D-半乳糖和以O(shè)-2連接α-D-甘露糖。KIHO等[27]從蟬花蟲體部分分離出來兩種半乳甘露聚糖CI-P和CI-A,結(jié)構(gòu)解析發(fā)現(xiàn)CI-P和CI-A都是由甘露糖和半乳糖構(gòu)成,物質(zhì)比分別為1∶0.85和1∶0.57,兩種多糖的分子質(zhì)量約為25 000 Da,兩者均為高度支化的半乳甘露聚糖,主鏈均由α-D-(1→6)甘露糖組成,支鏈由半乳聚糖和甘露糖構(gòu)成。導(dǎo)致蟬花中分離出的多糖一級(jí)結(jié)構(gòu)差異的原因可能是與菌株、培養(yǎng)條件、采樣部位及提取純化方法等不同有關(guān)。而對蟬花多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)解析研究的相對較少。目前,僅有1篇采用原子力顯微鏡等對蟬擬青霉菌絲體多糖PCIPS2高級(jí)構(gòu)象進(jìn)行研究[28]。而多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)對其生理活性等具有重要意義,有待深入研究。

透明質(zhì)酸作為一種酸性黏多糖,具有高度保水性和高度黏彈性等作用,在生物醫(yī)藥和美容化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,市場潛力巨大。研究發(fā)現(xiàn)蟬擬青霉可產(chǎn)透明質(zhì)酸,產(chǎn)透明質(zhì)酸的能力最高可達(dá)11.35 mg/mL[29],因此,未來有望開發(fā)為透明質(zhì)酸的生產(chǎn)菌株。

1.2.5 蟲草酸

蟲草酸又名D-甘露醇,是蟲草類真菌特有的活性成分,具有預(yù)防治療腦血栓、腦出血、心肌梗塞等功效,蟬花中蟲草酸的含量為78.57 mg/g,高于冬蟲夏草和蛹蟲草中蟲草酸含量(冬蟲夏草中蟲草酸的含量77.27 mg/g,蛹蟲草中蟲草酸的含量43.36 mg/g)[4]。SHI等[30]通過優(yōu)化培養(yǎng)條件,將蟲草酸的含量提高2.07倍。覃麗霞等[31]發(fā)現(xiàn)培植24 d的孢梗束中的蟲草酸含量最高,可達(dá)75.8 mg/g。

1.2.6 其他類

從蟬花菌絲體中發(fā)現(xiàn)的揮發(fā)性成分主要有萜類化合物、芳香族化合物、醇類、烷烴類、酯類和醛類等,其中 5-甲基-2-呋喃-乙酸酯、反式-2, 4-癸二烯醛、長葉烯等為蟬花中特有的揮發(fā)性物質(zhì)[32];分離出新的環(huán)戊烯酮衍生物為2-(3-羧基-2-羥丙基)-3-甲基-2-環(huán)戊烯酮、新的呋喃衍生物為5-(2-羥乙基)-2-呋喃乙酸[33]。此外,已從蟬花中分離到多酚類、環(huán)肽類、酰胺類、吲哚類、酚酸類等物質(zhì)成分[34-35]。

近幾年利用代謝組學(xué)技術(shù),從蟬花中鑒定出了具有一定生理活性的小分子物質(zhì),如:具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、抗腫瘤等作用的鞘脂類;具有降血壓、抗氧化、抗驚厥等抑制神經(jīng)信息傳遞的γ-氨基丁酸;具有抗衰老、防止動(dòng)脈硬化的抗氧化物質(zhì)生育酚;以及乙酰肉堿、細(xì)胞松弛素E、海藻糖、δ-氨基-γ-酮戊酸、磷脂等生物活性物質(zhì)[36-38]。

2 蟬花的培養(yǎng)方式

雖然蟬花與冬蟲夏草相比,分布廣泛,但是野生資源依然有限,無法滿足市場需求。加之近年來,蟲草類真菌營養(yǎng)價(jià)值及生物活性不斷被認(rèn)知,市場對蟬花需求不斷增加,特別是當(dāng)人工培養(yǎng)蟬花子實(shí)體被批準(zhǔn)為新食品原料后,蟬花因其眾多的生理功效作用,將成為食品、保健品的重要原料,未來蟬花類的相關(guān)產(chǎn)品也將越來越多,其需求量將急劇膨脹。因此,發(fā)展蟬花的人工培養(yǎng)技術(shù)將是解決這一問題的重要途徑。蟬花的人工培養(yǎng)主要以蟬擬青霉(Paecilomycescicadae)為菌種進(jìn)行人工培養(yǎng),目前已形成替代寄主昆蟲人工培養(yǎng)、固體培養(yǎng)及液體發(fā)酵培養(yǎng)3種培養(yǎng)方式。

替代寄主昆蟲人工培養(yǎng)是通過選擇適合的寄主,常見有家蠶蠶蛹、柞蠶蠶蛹等,使菌絲體在寄主體內(nèi)生長,可以得到最類似的蟲菌復(fù)合體。這種仿生培養(yǎng)是蟬花人工培養(yǎng)的一個(gè)重要方向,目前研究主要集中在不同寄主篩選、替代寄主人工培養(yǎng)蟬花的成分分析等方面。通過篩選不同的寄主,發(fā)現(xiàn)家蠶幼蟲和蠶蛹作為基質(zhì)均能產(chǎn)生孢梗束,從感染率和產(chǎn)孢梗束來看,蠶蛹效果更好[39]。對人工柞蠶培養(yǎng)蟬花與野生蟬花的成分分析發(fā)現(xiàn)其成分類似[37]。以蠶蛹為培養(yǎng)基的蟬花孢梗束中腺苷、海藻糖和甘露醇含量明顯高于麥仁培養(yǎng)基獲得蟬花孢梗束,但粗多糖及HEA 含量低于麥仁培養(yǎng)基栽培獲得的蟬花孢梗束[10]。

固體培養(yǎng)是指將蟬擬青霉(P.cicadae)接種在適宜的固體培養(yǎng)基上,是獲得蟬花孢梗束及菌絲體的主要方式。目前關(guān)于蟬花固體培養(yǎng)的文獻(xiàn)相對較少,主要集中在碳氮源的篩選對比、不同培養(yǎng)基組分對活性物質(zhì)成分含量的影響等方面。如李忠等[40]通過比較不同碳氮源及碳氮比對蟬擬青霉菌絲體的生長發(fā)現(xiàn):最適菌絲體生長的碳源為可溶性淀粉、最適氮源為蛋白胨,最適碳氮比是40∶1。謝春芹等[41]研究不同固體培養(yǎng)基對蟬花孢梗束的影響發(fā)現(xiàn):最適培養(yǎng)基為小麥40 g,蛋清2 g,營養(yǎng)液60 mL。張忠亮等[42]對比不同的固體培養(yǎng)基[江蘇農(nóng)墾(SCM)、煙農(nóng)24、煙農(nóng)15、濟(jì)麥22品種的小麥作為固體培養(yǎng)基]對蟬花的4種核苷類成分的影響,發(fā)現(xiàn)固體培養(yǎng)基 SCM培養(yǎng)的蟬花4 種核苷類成分的含量較高。

液體培養(yǎng)是目前獲得蟬花菌絲體及蟬花中活性物質(zhì)的主要方式,具有生產(chǎn)成本低、發(fā)酵時(shí)間短、發(fā)酵條件較可控等優(yōu)點(diǎn),相較于前兩種培養(yǎng)方式,液體培養(yǎng)更易實(shí)現(xiàn)蟬花的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在液體培養(yǎng)上,目前文獻(xiàn)主要集中在篩選適合的培養(yǎng)基組分、培養(yǎng)條件、添加各類促生長因子如植物激素、昆蟲激素、硒元素等,提高菌絲體生物量或活性物質(zhì)成分含量[7]。表1為近幾十年來學(xué)者在蟬花液體培養(yǎng)上的研究進(jìn)展。此外,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)向搖瓶培養(yǎng)基中添加蟬擬青霉同源多糖,其菌絲體的生物量和多糖的含量均受到明顯抑制作用,隨著同源多糖濃度的增加,反饋抑制作用增加,當(dāng)同源多糖濃度達(dá)到2.2 g/L時(shí),菌絲體的生長和多糖的產(chǎn)生則被完全抑制[43]。

3 蟬花的生物活性

蟬花作為傳統(tǒng)的中藥成分之一,近年來眾多學(xué)者對其生物活性進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)其具有多種生物活性作用(見圖1)。

3.1 免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤作用

蟬花具有免疫調(diào)節(jié)作用。免疫作用研究較多的活性物質(zhì)為蟬花多糖。金麗琴等[51]研究發(fā)現(xiàn)蟬擬青霉總多糖使環(huán)磷酰胺所致免疫抑制大鼠組織細(xì)胞內(nèi)乳酸脫氫酶(腎、胸腺)、精氨酸酶(肝、脾、胸腺)活力升高,具有顯著差異;使脂質(zhì)過氧化物(腎、脾、胸腺)的含量下降;使環(huán)磷酰胺所致的肝、脾內(nèi)低下的還原型谷胱甘肽升高。因此,蟬擬青霉總多糖能增強(qiáng)免疫大鼠組織器官的免疫功能和加速自由基的代謝。KIM等[52]發(fā)現(xiàn)從蟬花菌絲中提取的多糖可通過TLR4信號(hào)激活巨噬細(xì)胞而具有免疫調(diào)節(jié)作用。此外,蟬花中多球殼菌素具有顯著的免疫調(diào)節(jié)作用,現(xiàn)已作為治療復(fù)發(fā)性多發(fā)性硬化癥的口服藥物[11-12]。

3.2 抗腫瘤、抗癌作用

研究發(fā)現(xiàn)蟬花具有抗腫瘤、抗癌作用。金麗琴等[53]對蟬擬青霉的總多糖研究發(fā)現(xiàn),其能增加荷瘤小鼠白細(xì)胞數(shù)量,緩解環(huán)磷酰胺(cyclophosphamide, Cy)所致荷瘤小鼠白細(xì)胞數(shù)的降低,提高荷瘤小鼠的脾指數(shù),聯(lián)用小劑量Cy時(shí)明顯增強(qiáng)其抑制腫瘤作用。XIE等[54]研究發(fā)現(xiàn)蟬花的乙醇提取物可通過誘導(dǎo)人胃癌SGC-7901細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期阻滯和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)揮抗腫瘤作用,可作為一種潛在的天然抗癌藥物來源。WANG等[55]研究表明蟬花水體物通過G2/M細(xì)胞周期阻滯抑制人肝癌細(xì)胞系MHCC97H的生長。

3.3 抗氧化作用

蟬花多糖具有較好的抗氧化能力,是一種良好的天然抗氧化劑。陳安徽等[56]研究結(jié)果表明,蟬擬青霉P3菌絲體和發(fā)酵液的甲醇提取物具有較強(qiáng)的清除自由基活性和抑菌活性的能力,5.0 mg/mL菌絲體和發(fā)酵液提取物對0.4 mg/mL的DPPH自由基的清除率可達(dá)55.52%和74.86%,抑菌(白色假絲酵母菌)圈直徑可達(dá)11.23和21.42 mm。ZHANG等[57]研究發(fā)現(xiàn)HEA能夠通過減少活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)生成、氧化應(yīng)激和保護(hù)線粒體抗氧化作用來減輕H2O2誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞死亡。TANG等[34]從蟬花中分離的多酚對DNA氧化損傷具有良好的抑制作用。王惠等[58]通過超高效液相色譜建立蟬花不同部分與抗氧化、抗菌的譜效關(guān)系。

3.4 鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛作用

蟬花在《太平惠民合劑局方》中記載其具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛的作用,現(xiàn)代研究表明蟬花中具有鎮(zhèn)痛作用的物質(zhì)為HEA。朱碧純等[59]通過研究HEA對戊四唑誘導(dǎo)的小鼠驚厥模型的影響,發(fā)現(xiàn)HEA能夠顯著延長驚厥小鼠的存活時(shí)間和降低死亡率,具有抗驚厥作用。朱偉堅(jiān)等[60]研究發(fā)現(xiàn)HEA的鎮(zhèn)痛作用可能是通過激活腺苷A1R、下調(diào)A2AR及調(diào)控一系列疼痛相關(guān)基因發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。

3.5 保護(hù)腎臟的作用

蟬花自古以來被廣泛用于治療慢性腎病,龍華醫(yī)院利用蟬花開發(fā)“金蟬補(bǔ)腎湯”已用于治療慢性腎功能衰竭[61],同時(shí)蟬花對于治療腎病中末端的高血壓性腎損傷也有效果。WANG等[62]通過評價(jià)HEA對四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的腎臟保護(hù)能力,發(fā)現(xiàn)HEA通過降低高血糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激而顯示出腎臟保護(hù)和抗炎的作用,未來可作為一種潛在的治療劑,用于糖尿病并發(fā)癥的治療。ZHU等[63]研究表明蟬花中過氧化麥角甾醇可作為一種潛在的治療腎臟纖維化的治療藥物。DENG等[64]研究蟬花菌絲體水提物(water extract,WCC)和醇提物(ethanol extract, ECC)對急性腎損傷的作用,發(fā)現(xiàn)WCC對腎損傷的作用優(yōu)于ECC,WCC通過抑制氧化損傷和炎癥因子反應(yīng)起作用。

3.6 其他作用

蟬花中的HEA是一種Ca2+拮抗劑,具有顯著降血壓效果,降血壓機(jī)制可能是HEA激活腺苷A1受體;HEA具有抗炎的作用,是蟬花中抗炎成分,其抗炎機(jī)制為通過抑制toll樣受體4介導(dǎo)的核因子-κB(NF-κB)信號(hào)通路來減弱LPS 誘導(dǎo)的促炎反應(yīng)[19];蟬花多糖具有抗衰老的作用,能夠顯著延長果蠅壽命,未來可作為一種新的抗衰老的藥食補(bǔ)充劑;蟬花子實(shí)體具有促進(jìn)腸道健康的潛在作用,口服蟬花子實(shí)體可預(yù)防三硝基苯磺酸(trinitrobrnzen sulfonic acid,TNBS)誘導(dǎo)克羅恩病小鼠的腸纖維化[65]。蟬花中的腺苷在治療和預(yù)防神經(jīng)退行性疾病方面具有潛在的治療作用[66]。此外,蟬擬青霉還有望作為一種生防用菌,HEA可作為一種環(huán)境安全的殺蟲劑[67]。

4 組學(xué)進(jìn)展

截至目前,Genbank數(shù)據(jù)庫中已公布了蟬花3個(gè)菌株的基因組測序結(jié)果,最早是2016年浙江泛亞生物醫(yī)藥的蟬花菌株BA-001的基因組測序結(jié)果(登錄號(hào)GCA_001644785.1),其菌株基因組全長34.52 Mb,基因組覆蓋度為28×,GC含量52.5%[68]。2018年中國科學(xué)院植物生理生態(tài)研究所王成樹團(tuán)隊(duì)提交蟬花菌株CC02基因組數(shù)據(jù)(登錄號(hào)GCA_002968875.1),其基因組全長為34.11 Mb,基因組覆蓋度為80×,GC含量53.0%,含有9 701個(gè)蛋白編碼基因[69]。2020年安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)對蟬花菌株ZJ1611進(jìn)行了基因組測序(登錄號(hào):GCA_010211705.1),其全長為33.8 Mb,基因組覆蓋度為233×,GC含量為53.1%,含有11 106個(gè)蛋白編碼基因[70]。LU等[69]通過基因組和比較基因組分析發(fā)現(xiàn)蟬花編碼的蛋白家族屬于典型的蟲生真菌蛋白,包括侵染寄主的蛋白酶和幾丁質(zhì)酶等,并發(fā)現(xiàn)蟬花無性子實(shí)體的產(chǎn)生與交配型(mating-type,MAT)位點(diǎn)控制無關(guān)。線粒體基因組作為研究物種起源和進(jìn)化的有力工具,FAN等[71]測定蟬花3個(gè)菌株CCAD02、ARSEF11726和BA-001的線粒體基因組,其線粒體基因組總長分別為56 581、49 138和約56 080 bp, 都含有2個(gè)核糖體RNA和25個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA,內(nèi)含子數(shù)量分別為25、19和25,內(nèi)含子數(shù)量的差異是導(dǎo)致線粒體基因組長度差異的原因;通過種間分析確定蟬花的分類位置,從系統(tǒng)發(fā)育樹上揭示了蟬花與蛹蟲草親緣關(guān)系相近。

圖1 蟬花生物活性作用Fig.1 The biological activities in Chanhua注:圖中圖片來源于網(wǎng)絡(luò)。

代謝組學(xué)采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用、高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用、核磁共振等技術(shù)及數(shù)據(jù)分析處理方法,分析由于生物或非生物因素導(dǎo)致的樣品中小分子代謝物質(zhì)成分變化。近年來,代謝組學(xué)在蟬花中的應(yīng)用主要集中在分析不同部分、不同培養(yǎng)時(shí)間或不同產(chǎn)地的代謝成分變化。如HE等[38]對野生蟬花、人工柞蠶蛹培養(yǎng)和人工固體培養(yǎng)基的蟬花菌絲體的代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)在野生蟲草和人工柞蠶蛹培養(yǎng)蟬花的蟲體部分存在著高水平的非核糖體多肽(nonribosomal peptides,NRPs),鞘脂類的水平在野生蟬花和人工柞蠶蛹培養(yǎng)的蟬花無論是在蟲體部分還是在孢梗束部分都高于蟬花菌絲體,除了NRPs和鞘脂外,蟲體部分含量較高的還有紅土霉素、茴香霉素、鏈霉胺酮和烏司他洛辛。孢梗束和菌絲體部分含量較高的為生育酚、3′-脫氧花青素、γ-氨基丁酸和磷脂等有益的物質(zhì)[38]。張萬存等[36]對不同培養(yǎng)時(shí)間下蟬花菌絲體代謝組分析發(fā)現(xiàn),隨著培養(yǎng)時(shí)間不同代謝物具有顯著變化,培養(yǎng)前期產(chǎn)生較多的細(xì)胞松弛素E、肌醇、γ-氨基丁酸、乙酰肉堿和亞油酸等與侵染宿主、早期信號(hào)傳導(dǎo)和氧化供能有關(guān)的物質(zhì);中期產(chǎn)生較多的甘露醇、海藻糖、亞麻酸、檸檬酸、丙酮酸和7,8-二羥基油酸等與抗逆和氧化供能有關(guān)的物質(zhì),此外紅酵母紅素、δ-氨基-γ-酮戊酸2種抗生素含量也達(dá)到了最大值;培養(yǎng)后期產(chǎn)生較多的脯氨酸、2,4-二氨基丁酸、3′-deoxy-hanasanagin、ulvaline、赤霉素和煙酰胺等與抗逆、抗氧化、產(chǎn)孢和細(xì)胞保護(hù)有關(guān)的物質(zhì)。何亞瓊等[37]對人工培養(yǎng)柞蠶蟬花的不同部分代謝組學(xué)分析表明,不同部位的代謝物顯著不同,蟬花蟲體體內(nèi)物質(zhì)以大分子儲(chǔ)藏物質(zhì)為主,蟲體表面菌絲中有大量次生代謝產(chǎn)物,孢梗束的次生代謝產(chǎn)物相對較少。

轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)是尋找功能基因,揭示天然活性化合物生物合成及調(diào)控機(jī)理的重要工具。目前利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)在闡明蟬花的活性物質(zhì)如蟲草素、麥角甾醇等的生物合成、揭示活性物質(zhì)的作用機(jī)理等方面均有報(bào)道。LIU等[72]通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)挖掘蟬花中與蟲草素合成相關(guān)的候選基因,并發(fā)現(xiàn)5′-核苷酸酶和腺苷脫氨酶參與蟲草素的合成。SU等[73]通過轉(zhuǎn)錄組揭示了蟬花中作為氮源的尿素增加麥角甾醇合成的調(diào)節(jié)機(jī)理。朱偉堅(jiān)等[60]通過轉(zhuǎn)錄組揭示了蟬花中HEA是通過激活腺苷A1R,下調(diào)A2AR及調(diào)控一系列疼痛相關(guān)基因發(fā)揮其鎮(zhèn)痛作用。

蛋白質(zhì)組學(xué)作為后基因時(shí)代的標(biāo)志之一,是藥物發(fā)現(xiàn)及開發(fā)、尋找靶標(biāo)蛋白等的有效途徑。目前關(guān)于蟬花的蛋白質(zhì)組學(xué)的文獻(xiàn)報(bào)道較少。WANG等[55]通過蛋白質(zhì)組學(xué)和飛行時(shí)間質(zhì)譜分析研究蟬花對肝細(xì)胞抗癌機(jī)制,發(fā)現(xiàn)蟬花水體物通過G2/M細(xì)胞周期阻滯抑制人肝癌細(xì)胞系MHCC97H的生長。

5 前景與展望

蟬花、冬蟲夏草、蛹蟲草是我國蟲草類真菌的主要代表物種,其中蟬花的活性成分與我國名貴蟲草——冬蟲夏草相似,有望作為冬蟲夏草的替代品,市場前景廣闊,且蟬花部分產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商品化。2021年,隨著蟬花人工栽培子實(shí)體批準(zhǔn)為新食品原料,使得蟬花的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,且隨著蟬花中活性物質(zhì)成分多糖、HEA、麥角甾醇、多球殼菌素等功能活性的探明、分離提取純化工藝等的完善,蟬花的應(yīng)用價(jià)值及商業(yè)化應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大,市場需求也將會(huì)急劇增加。面對這一現(xiàn)狀,在已有的研究基礎(chǔ)上,未來應(yīng)加強(qiáng)蟬花的人工培養(yǎng)技術(shù)研究,形成產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化蟬花的替代寄主昆蟲人工培養(yǎng)方式,進(jìn)一步加強(qiáng)固體培養(yǎng)技術(shù)和液體發(fā)酵培養(yǎng)技術(shù);加快蟬花質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定,如活性物質(zhì)的檢測方法、含量的標(biāo)準(zhǔn);加快蟬花專利的申請,為蟬花的規(guī)范化、產(chǎn)業(yè)化、市場化應(yīng)用提供支撐;對具有生理活性的物質(zhì)成分應(yīng)加強(qiáng)分離純化及生物安全性評估,為其應(yīng)用開發(fā)奠定基礎(chǔ);同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)、加深蟬花生物活性機(jī)理的研究,蟬擬青霉菌株資源的收集、評價(jià)、鑒定及采用分子生物學(xué)技術(shù)等手段對菌株進(jìn)行改造等基礎(chǔ)研究工作,為蟬花在食品、藥品、化妝品等多領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。