食药用真菌多糖的研究与应用.pdf

基金项目: 教育部西部地区高等学校高级访问学者计划项目( 教技 厅函 2002 3 号) , 贵州大学科学基金 ( 校科合博基字 ( 2001)001号) 作者简介: 王斌( 1977- ), 男, 贵州大学微生物专业在读研究生。 E -mail: bin2368 vip. 163. com 收稿日期: 2005- 08- 09 第 21卷第 6 期 2 005年 11 月 Vol. 21, No. 6 Nov . , 2 005 食药用真菌多糖的研究与应用 Progress on polysaccharides from edible and medicinal fungi 王 ? 斌1,3 WANG Bin1,3 ? 连 ? 宾1, 2 LIAN Bin1,2 (1? 贵州大学发酵工程与生物制药贵州省重点实验室, 贵州 贵阳? 550003; 2? 重庆大学西南资源开发及环境灾害 控制工程教育部重点实验室, 重庆? 400044; 3? 河南科技学院生物工程系, 河南 新乡? 453003) (1?The Provincial Key Laboratory o f Fermentation Engineering and Bio -Pharmaceutical, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550003, China; 2?Key Laboratory for the Exploitation o f Southwestern Resources 3?HenanScience and Technology College, Xinxiang, Henan 453003, China) 摘要: 论述了食药用真菌多糖的提取、 分离、 纯化及结构鉴 定, 阐述了食药用真菌多糖的化学结构及构效关系, 并对食 药用真菌多糖的药理作用、 生物学效应以及研究应用现状和 发展前景进行了讨论, 提出了进一步研究开发的建议。 关键词: 食用真菌; 药用真菌; 多糖; 结构; 功能 Abstract:The chemical structure and the relationship between structure and function of polysaccharides were elaborated. The paper also discussed the progress and the future of the polysaccharides from edible and medicinal fun - gi.Some suggestion related to the studying and application of polysaccharides were provided. Keywords:Eible fungi;Dcinal fungi; Plysaccharides; Rcture;Ntion 食药用真菌多糖具有抗感染、 抗辐射、 抗凝血、 降血糖、 预防 和治疗肿瘤、 抗疲劳等多种生物学功能, 属于天然药用活性成 分, 具有重要的医疗价值和经济价值。近几十年来, 随着糖化 学、 糖生物学、 糖工程学、 分子生物学及现代分析技术的建立和 发展, 针对多糖的研究方法和技术有了长足的进步。人们逐步 认识到多糖物质具有重要的生物学功能, 涉及到有机体生命活 动的整个时空序列, 如: 受精、 着床、 分化、 发育、 免疫、 感染、 癌变 和衰老等;20世纪90年代以来, 多种新方法、 新技术被应用于多 糖物质的研究中, 一些不同生理活性的多糖物质被分离、 纯化和 鉴定, 部分研究成果所形成的产品已投放市场, 并显示出良好的 经济效益; 鉴于多糖研究所具有的学术价值和广阔的应用前景, 使得多糖研究成为人们关注的研究热点之一1。 真菌为适应外界环境, 在长期的生物进化过程中形成了 大量的具有独特生理活性的物质, 真菌多糖就是其中的一 类。现代药理学研究表明, 真菌多糖具有抗感染、 抗辐射、 抗 凝血、 降血糖、 预防和治疗 肿瘤、 抗 疲劳等多种生物学功 能 2 7, 是重要的天然药用活性成分和保健食品。 1? 提取 分离 纯化及结构鉴定 1?1? 真菌多糖的提取 提取食药用真菌多糖的常见方法有: 热水浸提法 8 11、 碱提法 9, 12、 酸提法 13及酶法 14, 15等, 一般是根据原料的差 别及对多糖品质要求的不同而采用不同的方法。其中, 热水 浸提法由于具有多糖溶出率较高、 有机溶剂使用量少、 对多 糖活性破坏小、 操作简便和节约等优点, 成为最为常见的使 用方法。在提取前应对原料进行一定程度的预处理, 以提高 多糖的溶出率。如: 对子实体进行粉碎、 对菌丝体进行匀浆、 研磨、 对细胞或孢子进行超声波破碎和酶解等。 多糖提取的工艺流程见图 1。 图1? 多糖提取的一般工艺流程 96 1?2? 分离纯化与鉴定 一般采用乙醇分级沉淀法 16, 17、 季铵盐沉淀法18、 层析 法19, 20和超滤法21, 22等分离食药用真菌多糖。其中超滤法 具有稳定性好、 试剂使用量少、 工艺简单、 可连续操作等优 点, 若将食药用真菌多糖溶出液的微滤预处理和超滤纯化相 结合, 可实现提取、 分离和纯化工艺的连续操作, 省去分段工 艺的不便, 这是一种值得进一步开发的提取方法。在纯化食 药用真菌多糖时应尽可能除去杂质, 目前的除杂处理方法主 要有: (1) 用 Sevag 法 9, 16、 鞣酸法 13、 蛋白酶法 14,15等去除蛋 白, 其中 Sevag 法最为常用。 (2) 用活性炭吸附法23、 离子交换法 20、 氧化脱色法24 等除色素, 其中离子交换法因具有去除效果好、 多糖损失少 等优点被广泛使用。 (3) 采用半透膜逆向流水透析法和柱离子交换法 19,20 等除去低聚糖、 氨基酸等小分子物质。 纯化后的多糖进行鉴定可以采用凝胶柱层析法 19, 20、 电 泳法 19、 色谱 法17和光 谱法 17等。李小定 等人 17采用 Sephadex G -200 凝胶柱层析和聚丙烯酰胺凝胶电泳测得 4 种 灰树花多糖 PGF -1、 PGF -2、PGF -3、PGF -4 均为单一组分; 另 外, 李小定等人 17对灰树花多糖 PGF -1 进行了深入的研究, 他们用气相色谱法测得 PGF -1 的水解物只有一个色谱峰, 且 其保留时间与标准葡萄糖的保留时间一致, 说明 PGF -1 是由 葡萄糖组成的葡聚糖, 红外光谱分析的结果显示: PGF -1 在 1020 1180 cm- 1处的 3 个吸收峰表明糖环构型为吡喃型, 而 在890 cm- 1处的吸收峰提示 PGF -1 的结构中存在 ? 型糖苷 键。陈和生等人 19用 Sephadex G -100 凝胶柱层析和聚丙烯 酰胺凝胶电泳两种方法对比分析了黑木耳酸性多糖 F( ?) , 结果均表明黑木耳酸性多糖 F( ?) 是单一组分。叶姜瑜等 人20用薄层色谱法对水溶性紫芝多糖 PW1 和 PS 进行了分 析, 结果表明前者是由木糖、 甘露糖和葡萄糖组成的杂多糖, 后者则是较为均一的葡聚糖。 2? 化学结构及构效关系 综观近年来的研究, 食药用真菌多糖的组成方式主要有 以下几种类型25, 26: (1) 以葡聚糖为主要组分: 这种葡聚糖由? -(1, 3)糖苷键 连接的主链和? -( 1, 6) 糖苷键连接的支链组成。例如: 香菇 (Lentinus edodes) 多糖、 茯苓(Poxia cocos) 多糖、 云芝( Coridus versicolor) 多糖、 裂褶菌(Schizophyllum commune) 多糖等都是这 种结构。 (2) 以由 ? -糖苷键连接的甘露聚糖为主的结构: 属于这 种结构的有蛹虫草( Cordyceps militaris) 多糖、 银耳( Tremella Fuciformis) 多糖、 灵芝(Ganoderma Lucidum) 多糖。 (3) 杂多糖: 如冬虫夏草( Card yceps sinensis) 多糖, 其中 的单糖组分半乳糖与甘露糖之比为 6?5, 是含少量蛋白有高 度分支结构的杂多糖, 它以 ? -(1, 2) 糖苷键连接的甘露糖为 主干, 支链由大量的 ? -( 1, 6) 糖苷键连接半乳糖和大量的 ? -( 1, 2) 糖苷键连接的呋喃半乳糖构成。 ( 4) 糖蛋白和多糖肽: 如云芝多糖就是以葡聚糖为主要 组分的糖蛋白, 当彻底除去蛋白质或多肽后, 其抗肿瘤活性 将大大降低 26; 糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus) 多糖是一种多糖 肽, 其 中 多 肽 和 多 糖 的 含 量 分 别 是 171?1 ?g/mL 和 138?8 ?g/mL 27。 随着高效液相色谱分析、 红外光谱分析、 气相色谱和质 谱联用、 核磁共振和质谱联用、 喇曼激光光谱分析、 X -射线法 等现代先进分析技术的应用, 食药用真菌多糖的化学结构及 构效关系方面的研究取得了一定进展, 主要有: ( 1) 糖苷键的键型与食药用真菌多糖的生物活性有关: 如裂褶菌和小核菌(Sclerotium rolfsii) 多糖中, ? -(1, 3) 糖苷键 连接的 D -葡聚糖具有抑制肿瘤活性, 而 ? -(1, 3) 糖苷键连接 的 D -葡聚糖没有抑制肿瘤的活性 28。在灰树花(Grifola fron - dosus) 多糖中,? -(1, 3) 糖苷键连接的 D -葡聚糖能抑制 S180 瘤 细胞的增殖, 而? -(1, 4) 糖苷键连接的 D -葡聚糖和? -(1, 6) 糖 苷键连接的 D -葡聚糖没有这种活性。但令人 费解的是, ? -( 1, 6)-D -葡 聚 糖 能增 强 ? -( 1, 3)-D 葡 聚 糖 的活 性, 而 ? -( 1, 4)-D葡聚糖起反向调节作用28。 ( 2) 糖链分支度对食药用真菌多糖活性的影响: 分支度 ( degreeofbranch, DB)指平均每个糖单位所具有的分支数目, 也 称取代度(degreeofsubstitute, DS) 。食药用真菌多糖达到一定 分支度时, 才具有生物活性。如大多数食药用真菌活性多糖 中的? -( 1, 3)-D -葡聚糖, 当分支度在 0?2 0?33 时生物活性 较强, 此外, 硫酸化的真菌多糖不管硫酸取代基的分布怎样, 当 DB 1?3 时, 抗 HIV 活性明显降低 29。但并不是所有的 食药用真菌多糖 的 DB 越高, 活 性就越强。如真 菌多糖 pestalotan 是一种高度分化的葡聚糖, DB 值为 2?8 时活性很 低, 经过氧化还原处理将部分葡聚糖分支还原成羟基后, DB 值虽然降至 1 ?0, 但抑瘤率却从 57% 提高到了 92?3% 30。可 见, 多糖的活性与 DB 大小密切相关, 并且存在着最佳 DB 值。另外, Adachi等 31发现灰树花多糖的分支结构是宿主补 体系统识别的位点, 可能是灰树花多糖免疫活性的结构基 础。 ( 3) 空间结构对食药用真菌多糖生物活性的影响: 研究 表明, 食药用真菌多糖的特异空间构像是其生物活性的基 础。一般地, 具有规则空间构象的真菌多糖, 其生物活性较 强, 而且结构呈螺旋的多糖活性较高, 呈带状的多糖活性较 低甚至没有活性。X- 衍射结果显示三股螺旋构型是真菌多 糖最具活性的空间构象 30。天然香菇多糖的空间结构为? 三股绳状螺旋立体结构, 具有生物活性, 但用脲或胍处理过 的香菇多糖却没有活性, 这种现象是由于脲或胍的作用改变 其空间构型而引起的32, 33; 茯苓多糖的空间结构与香菇多糖 相似, 但无抗肿瘤活性, 如果将其中的一些 ? -( 1, 6) 侧链切 除, 茯苓多糖则表现出强烈的抗肿瘤活性。X- 射线分析表 明此时它已形成三股螺旋构型 34; 但灰树花多糖的空间结 构与其活性似乎没有太大关系35。 ( 4) 化学修饰对食药用真菌多糖活性的影响: 天然香菇 多糖具有抗肿瘤活性, 而硫酸化的香菇多糖具有抗 HIV 活 97 专论与综述?2005 年第 6 期 性30; 天然甘露聚糖没有活性, 但在硬脂酰化和磷酸酯化后 获得抗肿瘤活性, 右旋葡聚糖在棕榈酰化和磷酸酯化后也具 有抗肿瘤活性2。 3? 真菌多糖的药理作用 3?1? 抗肿瘤作用 食药用真菌多糖的抗肿瘤作用是其最重要的生物活性 之一, 也是研究的热点。据文献报道 3, 已发现 170 多种食 药用真菌的提取物能抑制 S- 180 肉瘤及艾氏腹水瘤等细胞 的生长, 同时有促进肝脏中蛋白及核酸的合成和骨髓细胞的 造血功能恢复, 促使机体细胞免疫和体液免疫功能增强的生 物学效应。比如, 云芝多糖和灰树花多糖已经作为抗肿瘤的 临床药物, 表现出广谱抗瘤作用, 是近年来颇引人注目的抗 癌免疫药物 2, 14, 17; 香菇多糖与伏福定(UFT) 合用可用于治 疗胃癌, 疗效显著 3; 将猴头(Hericium erinaceus)多糖、 香菇多 糖和茯苓多糖按相等比例混合后, 再按一定比例配以甘草酸 等制成的复合多糖, 抑瘤效果明显高于单味香菇多糖 36, 37。 此外, 灰树花多糖、 裂褶菌多糖、 姬松茸(Agaricus biazei) 多糖、 灵芝多糖、 竹荪(Dictyophra indusiata)多糖等真菌多糖, 都具有 较强的抑瘤活性3, 4。 3?2? 免疫调节功能 食药用真菌多糖调节免疫功能的作用主要体现在以下 方面: (1) 激活巨噬细胞: 蜜环菌(Armillaria matsutakensl) 多糖 能增加免疫器官的重量, 提高单核巨噬细胞的吞噬功能 38; 香菇多糖可使小鼠腹腔巨噬细胞的数量增加, 且在给药第 5 d后达到高峰 5; 灵芝多糖、 银耳多糖、 冬虫夏草多糖等均 能增强腹腔巨噬细胞的吞噬功能2。? -(1, 3) 糖苷键连接的 葡聚糖对巨噬细胞的激活过程包括: 水溶性葡聚糖对巨噬细 胞的激活作用是通过与巨噬细胞表面特异受体结合完成的, 这种受体是一种补体? 型受体( CR3), CR3 受体有两个不同 区域, 一个与葡聚糖特异结合, 一个与补体 iC3b 特异结合, CR3 受体与葡聚糖结合后, 可促进巨噬细胞对 iC3b 调理的靶 细胞的吞噬作用, 同时激活巨噬细胞中大量溶酶体的产生, 以消化靶细胞39, 40。 (2) 激活淋巴细胞: 大多数食用药用真菌多糖在体内和 体外都能激活 T 细胞, 促进特异性 T 淋巴细胞毒细胞的产 生, 提高其杀伤力, 如香菇多糖、 冬虫夏草多糖、 蜜环菌多糖、 灵芝多糖、 猴头多糖、 裂褶菌多糖都有在体外增强淋巴细胞 增殖的作用5。因此食药用真菌多糖可作为恢复并增强患 者免疫功能的辅助性药物。 (3) 促进生成干扰素(IFN) : 香菇多糖能使血浆中的 IFN 浓度增大, 云芝糖肽在 10 100?g/mL 时, 能使正常人外周白 细胞产生 IFN -?和 IFN -?的能力分别提高 8倍和 4 倍 7。 (4) 促进生成白细胞介素( IL) : 银耳多糖(TP) 不仅能增 加正常小鼠脾细胞 IL- 2 的产生, 而且使老年小鼠脾细胞分 泌 IL- 2 的功能恢复2, 5。 多糖对淋巴细胞的激活作用及后续生物学效应包括: 多 糖链与辅助性 T 细胞(Th0) 上的受体特异性结合, 促使 Th0 分化成 Th1 和Th2 细胞; 多糖又诱导 Th1 和Th2 分泌白细胞 介素和干扰素; Th1 分泌的干扰素 IFN -?和白细胞介素 IL -2 不仅促使自身的增殖, 又能诱导杀伤性 T 细胞(TC) 和迟发变 态反应细胞(TDTH) 的产生, 发挥细胞免疫和免疫监视功能; Th2分泌的白细胞介素 IL -4 和 IL -10 能促使自身的增殖, 同 时可促使 B细胞的形成, 发挥体液免疫的功效 40。 3?3? 降血压? 降血脂? 降血糖功能 食药用真菌多糖在降低血压、 血脂和血糖方面有显著的 作用。它们能有效增强冠状动脉机能、 扩大冠体流量, 增强 心肌供氧能力, 降低血脂, 预防动脉硬化, 改善血液循环。如 虫草多糖能增强血管弹性, 调节心律失常 3, 25; 竹荪多糖能 降低血压, 减小心脏和血管压力 26; 姬松茸多糖能降低血 脂、 提高耐缺氧能力 25; 在桦褐孔菌( Inonotus obliquus) 子实 体中分离到的一种糖蛋白和一种水溶性多糖, 均有明显的降 血糖作用, 尤其是桦褐孔菌多糖提取液, 其降血糖作用时间 可持续48 h 41。此外, 还发现桦褐孔菌多糖提取液中的栓菌 酸对非胰岛素依赖型糖病有显著疗效 41。 3?4? 健胃保肝 大多数食药用真菌多糖对人体的消化器官都具有保健 作用。猴头菌多糖可促使胃液分泌、 稀释胃酸, 防止胃溃疡 患者胃部溃疡面的扩大 13, 25; 茯苓多糖提取物中含有层孔 酸、 茯苓酸等物质具有护肝解毒作用 3, 26。 3?5? 其它药理作用 食药用真菌多糖还具有抗氧化、 延缓衰老、 抗感染、 抗辐 射和修复损伤组织细胞、 抗水肿、 抗晕、 祛痰镇咳等方面的功 效 26,41。 4? 应用与展望 4?1? 开发利用现状 近年来, 食药用真菌多糖以其独特的生物活性和安全无 毒副作用的特性而备受欢迎, 许多大专院校、 科研机构和生 产企业都加大投入开发食药用真菌多糖制品, 目前已研发出 了一系列药品、 保健品和功能性食品 42, 43。现将已投放市场 的常见的药品类和保健品类的食药用真菌多糖列表 1、 表 2。 表 1? 常见的药品类食药用真菌多糖制品 商品名主要成分功效 猪苓多糖注射液猪苓多糖 治疗慢性乙型肝炎、 癌 症辅助疗 香菇多糖注射液香菇多糖抗肿瘤、 抗病毒 云芝肝泰冲剂云芝多糖 治疗慢性气管炎、 慢性 活动性炎 银孢糖浆银耳多糖和孢子 抗辐射、 增强免疫功能、 治疗慢性支气管炎 多糖蛋白饮片白蘑水提物 治疗白血球减少症、 肝 炎和神经衰弱 羧甲基茯苓多 糖注射液 羧甲基茯苓多糖抗肿瘤、 增强免疫力 灵芝注射液灵芝多糖抗肿瘤、 增强免疫力 虫草精虫草多糖脂质体增强免疫力、 治疗肝炎 98 第21 卷第 6 期 王? 斌等: 食药用真菌多糖的研究与应用? 表 2? 常见的保健品类食药用真菌多糖制品 商品名主要成分保健作用 冬虫夏草营养液虫草多糖调节免疫功能 福寿仙多糖王口 服液 香菇多糖和茯苓 多糖 调节免疫功能 灵芝胶囊灵芝多糖调节免疫功能 增健口服液 香菇、 茯苓、 银耳、 金针菇多糖 调节免疫功能 调脂灵灵芝多糖降血脂 山珍清脂康口 服液 香菇、 木耳、 银耳多糖 降血脂 降脂胶囊杏鲍菇、 灵芝多糖降血脂 东方波保健酒双孢蘑菇氨基多糖改善胃肠道功能 莱福活力源 虫草孢菌粉、 灵芝多糖 抗疲劳 理科王虫草口 服液 冬虫夏草、 香菇、 灵芝多糖 抗疲劳 4?2? 前景与展望 食药用真菌多糖作为一种重要的生物活性物质, 在一些 疑难病症的治疗方面发挥了重要作用, 显示出很好的疗效。 国内外相关科技人员在食药用真菌多糖的分离纯化、 化学组 成鉴定和生物活性构效关系等方面做了大量的工作, 取得了 喜人的成果。但同时也存在一些问题: 在理论研究方面, 对 食药用真菌多糖的活性机制和构效关系的研究还不够深入, 对多糖与靶细胞的作用机制及一系列后续生物学效应还知 之甚少; 在产品研发上, 提取纯化及鉴定技术未得到提高, 多 糖物质难以得到均一组分, 产品的科技含量不高; 在应用及 产业化进程上, 一方面由于对多糖的作用机制还没有科学准 确的解释, 致使许多食药用真菌多糖制品的应用仅仅停留在 试用阶段, 另一方面, 工厂化生产条件并不完全具备, 加上市 场上各种假冒伪劣产品的以次充好, 致使产业化进程任重而 道远。 展望未来, 在食药用真菌多糖研究与开发上, 应做好以 下几个方面的工作: (1) 进一步加强食药用真菌多糖构效关系和与靶细胞 的作用机制及一系列后续生物学效应的研究, 为产品的研发 奠定坚实的理论基础。 (2) 实施技术创新, 革新现有的分离、 提纯及鉴定技术, 为获得组分均一、 效果稳定的产品提供技术支撑。 (3) 建立相关的行业标准和国家标准, 整体上提升产业 水平, 促进产业化进程步伐。 (4) 运用先进的生物信息学和生物系统学的理论和方 法, 强化食药用真菌种质资源的鉴定和保护, 为建立现代化 的原料生产基地创造条件。总之, 随着技术的不断进步和管 理的不断完善, 在不久的将来, 食药用真菌多糖制品在医疗、 保健、 食品等领域中的应用会更为广泛。 参考文献 1? 张树政. 糖生物学: 生命科学中的新前沿 J . 生命的化学, 1999, 19 ( 3) : 103 106. 2? 周世文, 徐传福. 多糖的免疫药理作用 J . 中国生化药物杂志, 1994, 15( 2) :143 147. 3? 黄芳, 蒙义文. 活性多糖的研究进展 J . 天然产物开发与研究, 1996, 11( 5) :90 97. 4? 陈丽芳, 吴文光, 陈国锐. 真菌多糖的抗肿瘤作用探讨 J . 海峡药 学, 2002, 14( 2) : 58 60. 5? 张秀娟, 季宇彬. 真菌多糖的免疫药理作用的研究 J . 哈尔滨商 业大学学报, 2002, 18( 1) :63 65. 6? 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