竹荪多糖化学结构及其生物活性的研究进展

张春梅，陈宏，何铭琪，祝诗欣，张菊，李海峰

（广东药科大学生命科学与生物制药学院，广东广州510006）

竹荪属真菌（Dictyophoraspp.）隶属于真菌门、腹菌纲、鬼笔目、鬼笔科，是我国名贵的大型食用菌，主要包括长裙、短裙、红托和棘托竹荪等食药两用品种。竹荪营养丰富且滋味鲜美，早在春秋战国时期，《楚辞·九歌》就将竹荪列为“香草”，唐代《食疗本草》和《酉阳杂俎》中亦有收录，竹荪在近现代也常被用来制作国宴名肴，因此享有“山珍之花”、“菌中皇后”的美誉。竹荪性凉，味甘微苦，归肺、胃经，《本草纲目》等医著记载其有宁神健体、益气补脑、润肺养阴、消炎止痛、清热利湿等功效，可治肺虚、热咳、咽喉炎、风湿、痢疾等症。现代研究表明，竹荪主要含有多糖、氨基酸和挥发油等成分，具有免疫调节、抗肿瘤、降血脂和降血糖等功能[1]。近年来有报道显示，竹荪多糖是竹荪生物活性的重要物质基础，具有抗氧化、增强免疫、抗肿瘤、神经保护、抗衰老等多种活性[1-3]。本文综述了近年来竹荪多糖结构特性和生物活性的研究进展，以期推动竹荪属真菌在食品和医药领域的深入应用。

1 竹荪多糖的化学结构特征

本课题组曾采用水提醇沉和离子交换等提取纯化工艺从长裙竹荪子实体中制备了酸性多糖DiPS，通过气相色谱分析发现其单糖组成主要为甘露糖，还包括少量的岩藻糖、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]从长裙竹荪子实体中也分离出了多个多糖组分，这些组分分子量分布在18 kDa～4 600 kDa，单糖组成包括半乳糖、葡萄糖、甘露糖、岩藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖和核糖，但是组成比例各有不同，糖链连接包括（1→6）-葡萄糖、（1→3，6）-甘露糖、（1→5）-木糖、（1→3）-半乳糖和（1→6）-半乳糖等多种方式。这些结果表明竹荪多糖是组成较为复杂的杂多糖，而且同一品种竹荪的多糖化学结构存在一定差异，这可能与竹荪生长环境和采收时期以及多糖制备方法等因素有关。此外，不同种类竹荪的多糖结构也有所不同。连宾等[7]采用水提醇沉和葡聚糖凝胶层析法从红托竹荪子实体中分离得到的3 种多糖组分均由半乳糖、葡萄糖、甘露糖和木糖组成。郑杨等[8]和林玉满等[9]分别从短裙竹荪和棘托竹荪子实体中分离获得了多糖组分DdS3P 和DE2-2，前者分子量为380 kDa，单糖组成为葡萄糖、甘露糖和木糖，后者分子量为84 kDa，含有葡萄糖、甘露糖、半乳糖和岩藻糖。目前有关竹荪多糖构象的研究较少，但有报道显示长裙竹荪多糖PD3 的主链结构为（1→3）-β-D-葡聚糖，侧链为（1→6）-β-葡萄糖苷，其在水溶液中具有与硬葡聚糖和香菇多糖相似的三螺旋结构[10]。鉴于真菌多糖的抗肿瘤活性与三螺旋构象有关，这些结果表明竹荪葡聚糖PD3 可能具有相关活性。综上所述，竹荪多糖的分子量分布范围较广，其单糖组成和糖苷键连接方式多样，这些复杂的结构特征是其具有多种生物学活性的基础。

2 竹荪多糖的生物活性及相关机制

2.1 抗氧化与抗炎作用

竹荪多糖在体外化学体系以及细胞和动物模型中具有良好的抗氧化活性。Deng 等[11]探索了长裙竹荪多糖DIP 的体外抗氧化作用，发现其具有较强的体外还原能力，能够有效清除DPPH 自由基、羟自由基和超氧阴离子自由基。Hua 等[6]进一步采用DIP 饲喂D-半乳糖造模的衰老大鼠，发现该多糖可以降低血清中丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量和肝脏中脂褐素水平，并能提高血清中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GPx）的活性。此外，Yu 等[12]研究发现棘托竹荪多糖能够缓解双氧水介导的PC12 大鼠肾上腺嗜铬瘤细胞活力下降，减少促凋亡蛋白Bax、半胱天冬酶Caspases 3 和细胞色素C 水平并提高抗凋亡蛋白Bcl-2含量，说明该多糖的抗氧化作用与抑制细胞凋亡有关。本课题组最近采用超氧阴离子诱导剂百草枯胁迫野生型秀丽线虫模型，发现长裙竹荪酸性多糖DiPS 可以提高秀丽线虫的存活率，还能降低秀丽线虫体内活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）和MDA 水平，提高SOD 活力并恢复线粒体膜电位和ATP 含量，而且DiPS 的抗氧化作用与调控胁迫响应转录因子DAF-16 有关[4]。由于氧化胁迫与衰老以及神经退行性疾病和癌症等多种疾病的发生发展密切相关，而且许多抗氧化剂被证实能够延缓衰老和防治氧化胁迫相关疾病[13]，因此上述研究表明竹荪多糖可能具有抗衰老和缓解氧化胁迫相关病症的生物活性。

炎症反应参与了多种疾病的发生和发展，因此抑制炎症是缓解相关病症的有效策略。研究表明，竹荪水提物及其多糖成分能够抑制多种炎性物质的致炎作用和细胞毒性。例如，Ukai 等[14]采用卡拉胶注射法和烫伤法诱导大鼠后肢产生炎症，然后以长裙竹荪多糖T-5-N 饲喂大鼠，发现该多糖能够缓解卡拉胶引起的水肿和烫伤性水肿痛觉过敏，具有退热止痛的抗炎作用。

2.2 增强免疫作用

竹荪多糖可以通过非特异性免疫途径来增强动物模型的免疫系统功能，比如Hua 等[15]分别采用酸提法和碱提法从长裙竹荪中提取出DIP I 和DIP II 两种多糖成分，前者可以增加正常小鼠胸腺的重量和单核细胞的吞噬依赖性，后者可以提高小鼠脾脏和胸腺重量以及脾细胞增殖能力和自然杀伤细胞活性，还能恢复对二硝基氟苯的迟发型超敏反应。除了单核细胞和自然杀伤细胞，竹荪多糖对非特异性免疫细胞中的其它成员也有激活作用。例如，Deng 等[16-17]研究发现长裙竹荪多糖DIP 能诱导小鼠腹腔巨噬细胞RAW264.7 中一氧化氮产生，促进白介素-1、白介素-6、肿瘤坏死因子和核因子 κB（nuclear factor-κB，NF-κB）等基因的表达，而抗Toll 样受体4（Toll-like receptor 4，TLR4）和抗模式识别受体Dectin-1 的单克隆抗体都可以显著抑制DIP 与靶细胞的特异性结合以及对巨噬细胞的激活。此外，廖文镇[18]发现红托竹荪多糖DP1 能够与RAW264.7 细胞膜表面的补体受体3（complement receptor 3，CR3）特异性结合，通过PI3K/Akt/MAPK/NF-κB 信号转导通路激活巨噬细胞的免疫应答，促进一氧化氮和白介素的分泌。综上所述，TLR4、Dectin-1 和CR3 等表面受体以及NF-κB 转录因子在竹荪多糖活化巨噬细胞过程中发挥了关键作用。

2.3 抗肿瘤作用

研究表明，竹荪多糖可以通过诱导凋亡抑制多种肿瘤细胞的增殖。例如，叶建方等[19]发现红托竹荪多糖能够提高小鼠腹水瘤细胞S180 中Bax、Caspase-3 和Caspase-9 的含量并降低Bcl-2 的含量，从而诱导细胞凋亡并抑制细胞生长。此外，一些化学修饰和改造手段可有效提高竹荪多糖的抗肿瘤活性。例如，与未修饰多糖相比，磷酸化或硫酸化的竹荪多糖对人乳腺癌细胞MCF-7 和小鼠黑色素瘤细胞B16 体外增殖的抑制作用更强[11，20]，经NaOH 变性和透析复性处理的竹荪多糖对S180 细胞在小鼠体内增殖的抑制作用也有所提高[21]。Liao 等[22]将长裙竹荪多糖连接到单分散硒纳米颗粒表面，发现该缀合物对人肝癌细胞HepG2、人非小细胞肺癌细胞A549 等多种肿瘤细胞增殖的抑制作用较未改造多糖的更强，并能显著诱导肿瘤细胞出现核固缩、DNA 降解等凋亡现象，而且这种促凋亡作用与激活Fas 相关死亡结构域蛋白和Caspase 以及诱导ROS 过量生成和线粒体功能障碍有关。有趣的是，竹荪多糖的抗氧化活性与抑制凋亡途径有关，这些看似矛盾的结果说明不同疾病的基因表达模式存在差异，也说明竹荪多糖在不同疾病背景下的基因调控方式不同。

除了增殖过度和凋亡抑制，肿瘤微环境在肿瘤生长过程中也起着重要作用，而肿瘤相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）是肿瘤微环境的主要基质细胞，能够分泌多种因子抑制免疫系统并促进肿瘤生长和转移[23]。最近有研究显示，前列腺CAFs能够抑制小鼠CD4+/CD8+T 细胞的生长，而长裙竹荪多糖ZSP4 不仅能够促进小鼠脾脏中免疫细胞的增殖，还可以通过下调α-平滑肌肌动蛋白的表达来缓解前列腺CAFs 对免疫细胞的抑制[24]，这说明竹荪多糖的体内抗肿瘤作用与调节免疫系统和肿瘤微环境有关。

2.4 神经保护作用

许多神经退行性疾病的病理机制都涉及到蛋白质异常聚集、氧化胁迫和细胞凋亡，比如β-淀粉样肽（amyloid-β peptide，Aβ）和多聚谷氨酰胺（polyglutamine，polyQ）分别是阿尔茨海默症和亨廷顿舞蹈病的关键致病蛋白，其聚集产物可诱发氧化胁迫与炎症，导致神经元凋亡和功能衰退[25]。因此，缓解致病蛋白异常聚集介导的毒性胁迫是防治神经退行性疾病的有效策略。本课题组最近以Aβ 和polyQ 转基因秀丽线虫为模型，发现DiPS 不仅能够有效抑制蛋白聚集介导的趋化和避化行为缺陷，还可以降低秀丽线虫体内的ROS 水平，并促进胰岛素信号通路关键转录因子DAF-16 的入核[4]。由于DAF-16 是调节蛋白聚集毒性、胁迫和寿命等生物过程的关键因子，这些结果说明竹荪多糖能够通过调控该转录因子在秀丽线虫体内抑制蛋白神经毒性和缓解氧化胁迫。除了异聚蛋白，吴雪艳[26]采用亚砷酸钠对大鼠进行造模，通过Morris 水迷宫、避暗和跳台等实验发现砷中毒大鼠的学习记忆能力和海马神经元结构受损，而且脑组织中的脑源性神经营养因子、N-甲基-D-天冬氨酸和谷胱甘肽含量以及SOD 和乙酰胆碱转移酶活力均降低。采用红托竹荪多糖制备的饮料饲喂砷中毒大鼠后，上述症状有所缓解。此外，红托竹荪多糖饮料还能提高正常大鼠的学习记忆能力，并可以增加大鼠血清中总SOD 和GPx含量以及脑组织中GPx 活力[26]。因此，这些研究充分表明竹荪多糖能够提高正常动物和疾病动物模型的神经系统功能，而且抗氧化作用是其发挥神经保护活性的重要基础。

2.5 护肝作用

砷是国际癌症研究机构明确认定的一级致癌物，不仅可以诱发多种癌症，还能增加心血管疾病、糖尿病等常见疾病的患病风险。肝脏是砷主要的蓄积器官和受损器官，因此缓解肝损伤有助于治疗砷中毒。最近有研究表明，竹荪多糖在细胞和整体动物水平上能够抑制砷毒性并促进砷排出。杨红艳等[27]发现高剂量的亚砷酸钠能引起L-02 人肝脏细胞的活力、Bcl-2/Bax 比值及总SOD、过氧化氢酶和谷胱甘肽水平降低，使MDA 含量以及细胞色素C 和Caspase-3 活力升高，说明砷盐可诱导氧化胁迫与细胞凋亡。采用竹荪多糖处理砷胁迫的L-02 细胞，上述细胞活力、凋亡和氧化胁迫相关指标的变化均有所缓和。胡婷等[28]利用基因表达谱芯片技术进行深入研究，发现亚砷酸钠可以调控一些与炎症、增殖和凋亡相关基因的表达，而竹荪多糖能够干预砷盐调控的多个差异表达基因，所涉及的信号通路包括NOD 受体样通路、MAPK 通路和PPAR 通路等。因此，这些结果表明竹荪多糖可通过调控氧化胁迫、炎症、增殖和凋亡等多种途径抑制砷的肝细胞毒性。此外，胡婷等[29]对竹荪多糖的体内护肝活性进行了探索，发现该多糖能够抑制亚砷酸钠造成的小鼠体重下降和肝组织损伤，并能降低肝砷含量和提高血砷及尿砷水平。值得注意的是，在小鼠砷中毒前给予竹荪多糖处理的护肝作用优于砷造模后再干预，表明该多糖能够通过增强正常肝脏的功能来抵抗外源胁迫。曾丹[30]利用染毒大鼠模型也证实了竹荪多糖可以缓解亚砷酸钠所致肝纤维化，并能够降低肝脏组织中MKK3、MKK4、p-JNK 和p-P38 蛋白水平以及提高MKK1 和p-ERK 蛋白水平，进一步说明调控MAPK信号通路是竹荪多糖抑制砷肝毒性的重要机制。

2.6 抗衰老作用

越来越多报道显示，过氧化产物大量累积和抗氧化系统功能下降是机体衰老的重要诱因，而一些抗衰老普通食物和食药两用食物来源的多糖具有延缓衰老及防治衰老相关疾病的活性[31]。Ye 等[32]采用D-半乳糖对小鼠进行皮下注射，可引起小鼠血清和肝脏中MDA 含量升高而SOD 和GPx 活性降低，导致胸腺和脾脏指数均显著下降，从而造成动物亚急性衰老。采用红托竹荪多糖DRP 处理衰老小鼠后，发现上述氧化胁迫相关指标以及器官指数均有所改善。因此，竹荪多糖可能通过清除过氧化产物和增强抗氧化酶功能发挥抗衰老作用。

2.7 抑菌作用

早期有报道显示，竹荪水提物能够抑制一些常见的食品腐败菌和致病菌的生长[33-34]。近年来研究发现，竹荪中的多糖成分对多种细菌和真菌有显著的抑制作用，王宪伟[35]采用抑菌圈法发现竹荪多糖能够抑制黑曲霉、草酸青霉、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，而且对真菌的抑制效果优于细菌。目前有关竹荪多糖抑菌机理的研究极少，但孙晓红等[36]发现棘托竹荪水提物能够上调副溶血性弧菌中转录调控因子nusA 等基因的表达并下调延伸因子ef-Tu 等基因的表达，使菌体细胞膜受损和细胞质溶出，从而导致菌体死亡。鉴于多糖是竹荪发挥抑菌作用的重要物质基础，这些研究为深入探索竹荪多糖的抑菌机理提供了参考。

2.8 其它作用

Ye 等[37]研究发现竹荪多糖DRP 可以延长负重小鼠的游泳时间和缺氧小鼠的存活时间，说明该多糖能够缓解动物的疲劳与缺氧症状。DRP 还能降低疲劳小鼠血清中的血乳酸、尿素氮和MDA 含量，并提高血清SOD、肝脏肝糖原和腿部肌糖原含量，表明其抗疲劳作用与改善糖代谢、清除代谢产物和减轻氧化胁迫有关。Kanwal 等[38]探索了长裙竹荪多糖对广谱抗生素诱导肠道菌群失衡的调节作用，发现该多糖能够改善口服克林霉素和甲硝唑导致的小鼠肠道细菌多样性和丰富度降低，增加乳酸产生菌和丁酸产生菌等有益菌群，还能降低肿瘤坏死因子、白介素-6 和白介素-1β水平并提高紧密连接相关蛋白水平，从而发挥保护肠道微生物群、增强肠屏障完整性和减少炎症的功能。此外，熊彬等[39]发现长裙竹荪的菌托和菌盖水提液能提高钴-60 辐射大鼠的脾脏指数和血清中IgG 等免疫球蛋白水平，说明其具有修复辐射致免疫系统损伤的作用。

3 总结与展望

竹荪有着广泛的资源分布和悠久的食药两用历史，近年来研究发现其多糖成分具有减轻氧化和炎症胁迫、增强机体免疫、抑制肿瘤生长及缓解神经毒性等多种生物活性，在普通食品、保健食品和医药领域蕴含着良好的开发应用潜力。然而，总结竹荪多糖的研究现状，仍然存在一些不足，今后可从以下几方面进行完善：探索竹荪菌丝体的液体深层培养技术，研究培养条件、食用部位和制备方法对多糖结构与活性的影响，制定多糖质量控制方案；阐明竹荪多糖的高级结构并开展构效关系研究，利用多种生化物理技术对多糖进行修饰，如酶解、羧甲基化和乙酰化等，同时运用纳微化合物载体增强多糖的体内活性；探索竹荪多糖与心脑血管疾病、糖尿病、高血脂症、肝炎等常见疾病相关的生物活性，开展体内代谢动力学研究；采用转录组测序、蛋白质组定量和修饰分析等前沿技术阐释竹荪多糖生物活性的分子机理，比如免疫调节、抗衰老、抗炎和抑菌作用相关的基因表达和信号调控途径，为竹荪多糖深入开发应用提供理论依据。