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桦褐孔菌的研究现状及应用前景*

2021-12-01陈正启孙达锋冯云利熊永生罗孝坤

中国食用菌 2021年10期
关键词:菌核多糖化合物

陈正启,周 汐,华 蓉,孙达锋,冯云利,熊永生,罗孝坤

(中华全国供销合作总社昆明食用菌研究所,云南 昆明 650221)

桦褐孔菌 [Inonotus obliquus(Pers.:Fr.)Pilát],又名斜纤孔菌、斜生纤孔菌、桦癌孔菌、白桦茸等,是珍贵的药用真菌[1-5]。几百年来,东欧、俄罗斯等地民间就广泛利用桦褐孔菌来防治各种疑难杂症,如糖尿病、心脏病及各种癌症[6-7]。桦褐孔菌突出的保健及药理方面的功效,引起科研人员的高度关注。众多药理学和药效相关研究证明,桦褐孔菌具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗炎、调节血糖、血脂和免疫功能等方面活性,而且还能调节血压及胃肠道机能[8-10]。通过文献检索,对桦褐孔菌研究现状包括生态学、人工栽培、药理方面等进行综述,以期进一步分析桦褐孔菌应用前景。

1 桦褐孔菌的生态学研究

1.1 定名与分类地位

I.obliquus的汉语学名最早由郑儒永等[11]1990年翻译为斜纤孔菌。潘学仁等[12]于1996年在大兴安岭阿里河林区的活桦树立干上发现桦褐孔菌,使用的拉丁名是其同物异名Fuscoporia obliqua。赵俊等[13]1998年以病原菌为主题,研究报道了I.obliquus在我国的分布,并使用汉语学名斜生纤孔菌,主要依据是该菌菌管为斜生。然而,目前大多中文文献中将I.obliquus命名为桦褐孔菌,该中文名最早来自黄年来[1]2002年的研究论文,取此名是因为该菌长在桦树上且子实体为褐色。戴玉成和杨祝良[2]2008年发表的中国药用真菌名录及部分名称的修订中,则将I.obliquus描述为斜生纤孔菌。

按发表时间的优先性,I.obliquus的中文学名应叫斜纤孔菌,但由于桦褐孔菌这个名称目前已在国内研究中广泛使用,因此戴玉成和李玉建议将桦褐孔菌认定为I.obliquus的汉语学名,斜纤孔菌、斜生纤孔菌、桦癌孔菌、白桦茸等为其同物异名[3]。

按最新分类系统,桦褐孔菌(I.obliquus)隶属担子菌门(Basidiomycota)蘑菇纲(Agaricomycetes)锈革孔菌目(Hymenochaetales)锈革孔菌科(Hymenochaetaceae)褐卧孔菌属(纤孔菌属)(Inonotus)[4-7,9]。有一些论文仍将其归入非褶菌目(Aphyllophorales),但目前非褶菌目已不再使用。

1.2 形态

桦褐孔菌子实体呈瘤状,直径25 cm~40 cm,色深,表面深裂,硬,干时脆,可育部分厚5 mm,皮壳状,薄,暗褐色;菌管3 cm~10mm,脆,通常菌管的前端开裂,菌孔6个/mm2~8个/mm2,圆形,浅白色,后变暗褐色;无柄;菌肉木栓质,有轻微模糊不清的环纹,鲜(明亮)淡黄褐色。担孢子阔椭圆形至卵形,光滑,(9.0~10.0)μm ×(5.5~6.5)μm,具刚毛[1,7]。

1.3 生境与分布

桦褐孔菌一般生长于白桦、银桦、榆树、赤杨等活立木的树皮下或砍伐后树木的枯干上,可引起桦树的白色腐朽病,是一种木腐菌[7,9,13]。

桦褐孔菌主要分布在北半球北纬40°至50°地区,如北美(北部)、波兰、芬兰、俄罗斯、白俄罗斯、日本北海道等国家和地区[5,9,14]。桦褐孔菌在我国主要分布在吉林省长白山地区、黑龙江省大小兴安岭以及内蒙古自治区等地[9]。

潘学仁等[12]于1996年在大兴安岭阿里河林区进行真菌资源调查,在活桦树干上发现了桦褐孔菌。赵俊等[13]1997年在长白山地区调查时发现了桦褐孔菌。戴玉成等[15]1997年报道了桦褐孔菌在我国东北地区的分布。毕湘虹等、张跃华等[16-17]从2003年开始,分别在黑龙江小兴安岭丰林国家自然保护区大亮子河国家森林公园等地进行大型真菌资源调查,均在红松阔叶混交林中发现了桦褐孔菌。孙亚红等[18]于2003年~2007年在内蒙古根河市进行大型真菌资源调查,发现桦褐孔菌。张春凤等[19]于2004年~2005年在黑龙江省和吉林省均采集到了桦褐孔菌。李艳婷等[20]于2017年10月在山西省方山县关帝山(吕梁山南段)发现大量桦褐孔菌。

2 桦褐孔菌的人工栽培

桦褐孔菌为木腐菌,野生资源稀少,目前虽已有较多关于桦褐孔菌人工栽培的研究,但因人工栽培的子实体成核困难且栽培原料受限,尚未实现规模化生产[19,21-23]。

国外开展相关研究较早的有韩国国立农业学院张弦酋教授团队,筛选出适合桦褐孔菌菌丝生长的温度、pH、碳源、氮源及有机酸源等[7]。

目前国内多数研究者进行栽培试验时,采用的菌种为采集自国内的桦褐孔菌菌株。由于使用桦木屑为基质原料进行栽培,生物学效率较低且会对木材资源造成浪费,目前桦褐孔菌的栽培以代料栽培为主。研究表明,桦褐孔菌菌丝适应性较强,但母种培养基配方、原种培养基配方对菌丝生长速度影响显著;不同代料培养基质和培养条件对菌核的形成有显著影响[22,24-25]。桦褐孔菌的代料栽培大多以桦木屑为主要原料,但是也有以其他硬木屑为主要原料栽培成功的案例[21-22]。

冀宏等[26]用采集、分离自俄罗斯阿尔泰地区的桦褐孔菌,进行生物学特性和人工驯化培养研究,得到了适宜桦褐孔菌菌丝生长的温度范围、pH等条件;指出Cu2+和Mn2+对菌丝的生长有促进作用,Zn2+和Fe2+对菌丝的生长有抑制作用;栽培的生物学效率达50%以上,原基分化和子实体形成时期均不需要开袋通气,开袋后反而不易产生子实体。吴珊娇[27]研究指出桦褐孔菌栽培过程中,适当的光照有利于菌核的生长,出核过程中套双层袋影响菌核生长。陈艳秋等[24]对采集、分离自野外的桦褐孔菌,进行母种培养基、原种培养基、代料培养基的对比试验及菌核形成研究,得到了适宜的母种培养基、原种培养基配方,以及生物学效率可达30%的代料培养基配方和培养条件。韩增华等[22]用硬杂木屑代替桦木屑,进行桦褐孔菌栽培研究,生物学效率也达30%以上。李喜范等[28]2005年开始用白桦等树木作为栽培原料对桦褐孔菌进行段木栽培,获得成功,但未说明产量。

关于桦褐孔菌生物学特性研究较多,目前母种培养基、原种培养基组成及菌丝培养条件等都有深入且多样的研究成果。母种培养基配方大多在PDA培养基的基础上进行优化改良,原种培养基大多以桦木屑、玉米芯、麦麸、石膏、糖、水分等为主要成分[24,29]。在桦褐孔菌代料栽培菌核形成方面,栽培料大多以桦木屑为主要原料,配以麦麸、糖、石膏等辅料[22-24,30];菌核形成温度大多控制在20℃~26℃;栽培袋封口利于菌核的形成;较高的CO2环境也能促进菌核的形成,桦褐孔菌菌核的形成具限氧特性;一定的散射光有利于菌核的形成和生长,光照强度以 300 lx~500 lx 为宜[22-24,31-32]。

3 桦褐孔菌的化学成分与药理研究

众多研究表明桦褐孔菌有抗肿瘤、抗氧化、抗病毒、抗炎止痛、降血糖、免疫调节等药理作用,均与其所含化学成分和含量有关。目前,从桦褐孔菌中分离出的化学成分包括多糖类化合物、三萜类化合物、甾类化合物、芳香化合物、核苷类化合物、叶酸衍生物、糖蛋白、氨基酸、类固醇、生物碱类化合物、黑色素类化合物和木质类化合物等[33-36]。

3.1 抗肿瘤

目前的研究证实,桦褐孔菌多糖和三萜类化合物有抗肿瘤的药理作用[37-39]。一些研究证实,桦褐孔菌水提取物、石油醚提取物及丙酮萃取物对癌细胞有抑制作用[35,40]。Kim等[41]研究指出桦褐孔菌多糖对BDF1鼠黑色素瘤生长有明显的抑制作用。张惠丽等[42]研究表明,桦褐孔菌多糖浓度在 1.0 μg·mL-1~16.0 μg·mL-1时,对肝癌 SMMC7721 细胞株的增殖有抑制作用。金光等[43]用桦褐孔菌多糖灌胃小鼠,发现桦褐孔菌多糖对小鼠S180肉瘤具有抑制作用。陈义勇等[44]研究指出桦褐孔菌多糖不仅能在体外直接杀死Daudi和Jurkat肿瘤细胞,同时还具有显著的体内抗肿瘤活性。Jiang等[45]研究指出,桦褐孔菌多糖激活癌细胞中的磷酸腺苷蛋白激酶AMPK(adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase,AMPK),AMPK通过打开线粒体通透性转换孔和降低线粒体膜电位触发凋亡途径,抑制ATP的产生,导致癌细胞凋亡。金黎达[46-47]研究证实,桦褐孔菌三萜类成分可明显抑制体外培养人卵巢癌细胞株ES2、SKOV3和肺癌细胞株A549、PC9的增殖。赵卓卓等[48-50]研究指出,桦褐孔菌中的三萜类化合物桦褐孔菌醇,对人卵巢癌细胞、肺癌A549细胞、宫颈癌HeLa细胞等癌细胞具有很强的体内抗肿瘤活性。Nakata等[51]研究表明桦褐孔菌菌核中的三萜类化合物桦褐孔菌醇具有显著的抗小鼠皮肤癌活性。

目前认为桦褐孔菌的抗癌作用机理主要包括:1)有效成分直接通过抑制肿瘤细胞生长和蛋白质合成而产生抗癌作用;2)改变细胞的超微结构和肿瘤细胞膜的生存特性等抑制肿瘤细胞的生长;3)诱导肿瘤细胞凋亡而起到抗肿瘤作用;4)通过激活免疫系统增强免疫反应而间接产生抗癌作用[42,52-54]。

3.2 抗氧化

桦褐孔菌有较强的清除自由基的能力,目前的研究证实桦褐孔菌多糖、三萜类、黄酮、多酚类以及甲醇提取物、水提取物、乙酸乙酯提取物等具有抗氧化作用[34,55-56]。

梁丽雅等[57]通过乙醇提取和乙酸乙酯萃取得到桦褐孔菌抗氧化提取物,探究其体内抗氧化活性,结果表明提取物可提高衰老小鼠体内总抗氧化能力。赵伟等[58]研究证实,桦褐孔菌多酚不仅有抗氧化活性,且多酚数量和组成影响着抗氧化活性。林雪松等[59]研究证实桦褐孔菌总黄酮有一定的抗氧化能力。Zhang等[60]研究表明桦褐孔菌水溶性多糖的抗氧化活性高于碱溶性多糖。檀棋[61]通过考察桦褐孔菌三萜类化合物清除DPPH自由基、ABTS自由基能力,表明桦褐孔菌三萜类化合物有较好的抗氧化活性。

3.3 降血糖、降血脂

桦褐孔菌能降血脂、降血糖,同时具有作用范围广、副作用小等特点。

有研究表明,桦褐孔菌多糖具有改善糖尿病临床症状、降低模型动物空腹血糖、修复胰岛功能受损等作用,并可显著降低高脂血症大鼠的血清总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白和丙二醛含量,提高血清高密度脂蛋白含量[62-63]。周秀梅等[64]用桦褐孔菌多糖对四氧嘧啶糖尿病小鼠进行试验,结果证实桦褐孔菌多糖具有降血糖作用,同时推断其具有一定的修复受损胰岛B细胞的功能。高愿军等[65]研究表明,桦褐孔菌多糖能促进小鼠胰岛素分泌,有效降低糖尿病小鼠血糖。张蕾等[66]研究结果指出,桦褐孔菌多糖有一定的体外降脂作用。

3.4 抗病毒

桦褐孔菌多糖、三萜类化合物及桦褐孔菌水提物等均有抗病毒的活性。

蒋月等[67]对桦褐孔菌多糖抗新城疫病毒活性进行研究,结果表明桦褐孔菌多糖有一定的抗病毒活性且药物安全性很高。黄纪国等[68]对从桦褐孔菌中分离的8个单体化合物进行了抗单纯疱疹病毒(HSV-1)活性和细胞毒性研究,结果表明,化合物2(三萜类化合物桦褐孔菌醇)、化合物3(三萜类化合物3-羟基羊毛甾-8,24-二烯-21-醛)、化合物7(邻苯二甲酸二丁酯)和化合物8(5-脱氢麦角甾醇)均对HSV-1表现出一定的活性作用,其中化合物3的活性作用最强。郭婷婷等[69]通过细胞毒性、假病毒单轮感染等试验,证实桦褐孔菌水提物对人类免疫缺陷病毒Ⅰ型(HIV-1)有体外抑制作用,并提出了潜在的作用靶点。

3.5 抗炎

桦褐孔菌抗炎的活性成分是桦褐孔菌多糖和三萜类化合物,主要是通过调节细胞水平、纠正细胞水平失衡,从而达到治疗效果。

王天等[70]研究桦褐孔菌多糖对哮喘小鼠气道炎症的影响,通过结果推断桦褐孔菌多糖可通过降低Th2细胞(辅助性T细胞2)因子水平以及影响由这些细胞因子介导的信号级联来抑制哮喘气道炎。李越等[71]通过研究桦褐孔菌多糖对大鼠溃疡性结肠炎的作用,发现桦褐孔菌多糖能改变细胞因子的水平、改变失衡状态,达到治疗效果。任春爱[72]利用桦褐孔菌多糖对大鼠类风湿关节炎的调节作用进行研究,结果表明桦褐孔菌多糖对类风湿关节炎有治疗效果,可能是通过调节Th1/Th2平衡机制来发挥作用,主要是抑制Th1细胞的功能,限制其分泌促炎因子,促进Th2细胞分泌更多抗炎因子。张旭等[73]从桦褐孔菌乙醇提取物中得到3个三萜类化合物,并将3个化合物用于二甲苯致小鼠耳肿胀和二甲苯致小鼠腹膜炎的模型进行抗炎活性试验,结果表明3个三萜类化合物均有抗炎活性,但作用机制还不明确。

3.6 调节免疫

桦褐孔菌的免疫调节功能受到国内外科研人员的普遍关注。王田心等[74]用桦褐孔菌水提物对免疫低下BALB/c小鼠的免疫调节作用进行研究,结果表明桦褐孔菌水提物能明显增强环磷酰胺致免疫低下小鼠巨噬细胞的吞噬能力,显著提高NK细胞的杀伤活性,并提高小鼠血清和肝脏中的CAT、SOD、AKP等酶的活性,从而增强小鼠的免疫功能。姜新[75]研究桦褐孔菌多糖对小鼠的糖脂和免疫功能的影响,结果表明桦褐孔菌多糖能降低糖尿病小鼠糖、脂水平,提高糖尿病小鼠的免疫功能。张慧丽等[76]的研究指出桦褐孔菌多糖可增强巨噬细胞功能,促进吞噬细胞功能,显著提高小白鼠的免疫功能。

3.7 其他药理作用

桦褐孔菌多糖和水提物均能起到良好的保护肝脏作用[77]。桦褐孔菌菌丝体中的酚类物质有抗血小板凝聚的作用[78],且桦褐孔菌菌丝体乙醇提取物经提纯后可作为抗血栓的功能食品。此外,桦褐孔菌提取物还有利尿、防治高血压、减少鼻咽部炎症改善呼吸等药理作用[79-80]。桦褐孔菌中的低分子酚类物质对帕金森病患有改善作用[81]。桦褐孔菌还可用于恶性肿瘤患者化疗、放疗后的辅助治疗,增强病人的耐受性[9,82]。民间还用桦褐孔菌来治疗蛔虫病、结核病、十二指肠溃疡等疾病[9,36]。目前的急性毒性试验证实桦褐孔菌水提物属实际无毒物质,桦褐孔菌浸膏多糖不具备急性毒性和遗传毒性[5,83]。

4 桦褐孔菌的应用前景及展望

结合桦褐孔菌所具有的多种药理作用,以及目前已被证实的安全性高、低毒性的特点,使得其既可用于保健食品的开发应用,又可开发为治疗临床疾病的药品,应用前景较广。目前已经有大量桦褐孔菌产品面世,如食品、保健饮料、茶剂等[9,36],但随着发酵生产技术的进步,桦褐孔菌开发应用的未来应该着重于生物医药和保健领域。

桦褐孔菌在我国分布较少,且野生资源状况不容乐观,所以应该尽快融合多渠道的力量探明其资源本底,建立健全跟踪保护措施,保护其资源多样性。桦褐孔菌人工栽培的研究虽然较多,但大多存在出核效率不高、栽培基质受限等问题,要达到规模化人工栽培还任重道远。桦褐孔菌广泛的药理作用,及其发酵产物也具有类似的药理功效[9],为桦褐孔菌的下一步研究与开发指出了更易达到且重要的方向。相信随着研究的不断深入,多学科的交叉融合发展,科技水平和经济社会发展加速渗透融合,拥有不同功效的桦褐孔菌保健品和药品一定会走进千家万户,造福人类。

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