食品界

Introduction

食用菌是天然的保健食品，是很多生物活性成分的重要来源，其独特的天然结构有利于寻找阻止耐药微生物和寄生菌株不断增加的新化合物分子，将其作为天然药物，在医学上具有巨大的应用价值。然而，在全球范围内，对食用菌作为重要药用原料的研究很少，本综述对食用菌进行了全面的分析与探讨，分别讨论了从食用菌培养物分离提取得到的活性分子的生物化学性质、结构活性关系（SAR）以及抗疟原虫和抗结核活性分子的细胞毒理学特征，以期科学合理地评估食用菌的营养价值及药用功能，为药物化学和食品科学领域未来的研发提供新热点。

食用菌中的生物活性成分

抗结核活性成分

聚乙炔

真菌子实体中检测到的化学物质远少于植物中检测到的化学物质。在二形多孔菌液体培养物中接种CzapekDox培养基上的琼脂圆片后分离得到抗生素双形蕈素，其对强毒力结核杆菌和金黄色葡萄球菌的IC₅₀值低至0.56～1 μg/mL，对小鼠无明显化疗效果。从树皮生卧孔菌和多年卧孔菌属中分离鉴定了2个具有抗耻垢分枝杆菌和结核杆菌H37RV活性的抗生素草居蕈素A和草居蕈酸，MIC值分别为1～4 μg/mL和7 μg/mL。

图1 食用菌中聚乙炔化合物化学结构

聚酮类化合物

食用菌中的多酮类化合物含量较少。在液体培养中，由于纯的灰侧耳菌素对相同的结核杆菌菌株无效，但菌丝体提取物显示出比灰侧耳菌素更强的效果，因此抗结核作用并不归因于从同一真菌中分离得到的灰侧耳菌素，需要进一步研究其他抗生素分子。通过对不同种类担子菌的研究，证明了灰侧耳菌素对硫氧还蛋白还原酶体系的抑制效果，并采用改良的发酵程序使其培养产量最大化，最高可达> 300 mg/L。

平菇醇提物对结核杆菌的IC₅₀值在2.5～15 mg/mL之间，经LC/MS检测到的化合物大部分为酚类、黄酮类化合物，对多种病原菌的抑菌效果较好；但结核杆菌只对粗提物效应敏感。因此，提取物活性归因于生物活性成分之间的协同作用。

甾醇类和萜类化合物

萜类化合物是食用菌中分布最广泛的代谢物之一，三萜类化合物在真菌代谢产物中最常见，具有降压、抗肿瘤、抗组胺等作用。甾体化合物是形成胆固醇的基础。关于甾醇，栓菌属提取物对结核杆菌也抑制作用，IC₅₀为6.18 μg/mL；啤酒酵母甾醇是另一个有效的甾醇代谢物，效价为6 μg/mL。

利用1D、2D核磁共振、高分辨率质谱鉴定，分别对不同食用菌子实体和95%乙醇提取物成分进行了检测、分离，及鉴定，发现其含有新型萜类化合物，通过Alamar Blue微孔板试验，3-epi-astrahygrol、astrahygrone和3-epi-astrapteridiol对结核杆菌H37Rv具有中等活性。

值得一提的是，C-3和C-22官能团是抗结核病作用模式构效关系中的重要结构，C-3羰基与C-22乙酰基或OH基团结合时具有抗结核活性，而C-3 OH与C-22 OH或乙酰基结合时则无活性；此外，羧酸侧链也是必不可少的。Atraeus asiaticus和A. odoratus是两种昂贵的食用菌，从假地星菌（A. odoratus）中分离得到的黄芪酸A和B表现出中等活性，黄芪酸C和D无活性，说明C-25立体化学结构对分子生物活性具有一定的影响。通过对类固醇及其抗结核作用的仔细筛选，显示出极性基团和柔性的非极性植酸基尾及其取代基对生物活性和结核杆菌H37Rv菌株的破坏至关重要。

近年来，基因工程在调控关键酶的生物合成方面的作用受到高度重视；特别是参与生物合成的速率限制酶，能够有效提高灵芝三萜的产量。

图2 食用菌中具有抗结核活性萜类化合物化学结构

酚类物质

酚类化合物是食用菌的主要成分，具有显著的抗菌特性；本文综述了最新的具有显著抗疟疾或结核病活性的酚类化合物，经抗结核作用测定，从珊瑚菌子实体中分离的新丁烯酸内酯类化合物对结核杆菌具有杀菌作用。有少数报道药用拟层孔菌中独特的三萜类化合物用于治疗结核病、哮喘和肺炎。在对阿魏菌菌丝乙醇培养的研究中，合成并表征了2种新天然氯代香豆素及两种类似物以进一步研究其抗结核杆菌的活性谱。为了阐明四种香豆素的作用机制，进行微孔板Alamar blue显色法（MABA）和低氧恢复实验（LORA），乙酯取代的6-氯同系物具有较好的抗结核作用，在LORA中具有更重要的意义。关于SAR相关性，具有乙酯侧链的7-氯同系物显示出最高的活性，而烯烃3位取代活性略低。

图3 食用菌中酚类化合物化学结构

多糖和核苷酸类似物

多糖是高等担子菌中另一类具有多样化学结构的生物活性成分；β-D-葡聚糖由于其高分子量和独特的β-连接，即（β-1-3）和（β-1-6），被报道具有抗炎、抗癌、平喘和免疫调节作用。从香菇菌丝体和子实体中分离得到免疫调节剂支链(1,3)-β-D-葡聚糖（香菇多糖）（图4），通过在小鼠感染结核前腹腔注射香菇多糖进行体内研究，发现香菇多糖减少脾脏和肝脏内结核杆菌的生长，杀伤指数（KI）为2.03和7.9，显示了积极的临床实验结果。

图4 食用菌中多糖和核苷酸类似物化学结构

抗疟原虫活性成分

萜类化合物

有研究表明在担子菌韧革菌属培养物中含新倍半萜类化合物和含呋喃环的伊鲁烷型化合物，通过改良Mosher方法对立体化学结构进行了确认，其中伊鲁烷型和降-伊鲁烷型的脱氢产物通过Diels-Alder反应最终形成芳香类化合物和醛，Sterostrein A具有抗疟原虫K1活性，如表1所示。

紫棕炭团菌的甲醇提取物对疟原虫的氯喹抗性菌株W2和氯喹敏感菌株D6的IC₅₀值分别为8.33和6.98 μg/mL，而对氯喹和青蒿素的IC₅₀值小于0.0256 μg/mL。根据已报道的抗疟原虫的活性标准此，紫棕炭团菌被认为是抗疟分子的有效来源，其细胞毒性明显，在MTT活力实验测试炭团菌属子实体提取物时抑菌效果显著。

在所有天然产物中，林地蘑菇是具有高活性的抗氧化分子群，可作为治疗疟疾的辅助药物。从桑黄菌培养物中发现其二氯甲烷和甲醇粗提物对多抗品系恶性疟原虫具有抗疟活性。

不同灵芝子实体中分离提取物中具有独特结构的甾醇、萜类和黄酮类化合物，物质间的协同或单一作用抑制疟原虫的生长，且含有灵芝酸的极性部位的生物活性远远小于非极性部位羊毛甾烷系列。其中，灵芝子实体醇提物、乙酸乙酯提取物中具有复杂的新碳骨架结构的萜类化合物，能够有效抑制了疟原虫的生长，降低对肝脏造成的损伤。灵芝KM01培养物含有丰富的萜类内酯，其中灵芝内酯F、五味子内酯B和大花内酯E表现出明显的抗疟作用。

在50 μg/mL浓度下，泰国黑红菇中russulanigrin D和marasman lactone对抗结核杆菌的MIC值不显著，甚至在10 μg/mL浓度下对抗疟原虫活性也不显著。此外，发现几种细胞系（KB、MCF-7和NCI-H187）没有细胞毒性。从食用菌Astraeus asiaticus中分离得到7个新羊毛甾烷型三萜化合物对恶性疟原虫K1均有活性。

图5 食用菌中具有抗疟原虫活性的萜类化合物化学结构

聚酮化合物

在MCF-7和Vero细胞系中，金鱼藻属小皮伞科分离提取物对恶性疟原虫K1株表现出了良好的抗疟原虫作用，且细胞毒性较小，是有效分离抗疟原虫分子的优良候选物。随后，分离得到新型倍半萜化合物，邻香豆酸，邻香豆酮等，其中aurisins A，G和K具有抗寄生虫活性。有研究首次通过X-射线晶体学测定了aurisin A的立体化学，并报道了aurisin G的质子核磁共振谱和碳的核磁共振谱。值得注意的是，在另一项研究中，aurisin A和K在NCI-H187和胆管癌细胞系中显示出显著的抗结核活性。

从榆耳蘑粗提物得到11个前所未有的化合物，从麦芽提取物琼脂中的真菌发酵液和细胞培养物中获得(E)-dictyochromenol和硫酸软骨素B，从细胞培养物中纯化得到的incarnatin A等化合物均具有较强的抗疟原虫活性。生物活性研究表明，incarnatin B和C中C-11位羟基的缺失可能与抗结核、抗疟活性及细胞毒性有关。incarnatin A中C-6位的羟基可能与抗疟作用有关。

通过resazuin微孔板法评估了大多数化合物在Vero和MCF-7细胞系、KB和NCI-H187细胞系中的细胞毒作用，证明它们的细胞毒性都很低。从微皮伞属分离新的倍半萜化合物在抗疟和抗结核实验中表现出微弱的活性。从胶孔菌属分离得到甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂和oudemansins，并提出其抗疟活性的构效关系。总之，胶孔菌属提取物化学结构独特，聚酮类化合物对Vero细胞的细胞毒性最小，是重要的疟疾抑制剂。就SAR而言，苯环的取代基起着至关重要的作用，其中9-甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂K、G和E的抗疟作用最强。

通过计算选择性指数证明对恶性疟原虫活性最强的化合物是细胞毒性最小的化合物，标准氯喹的IC₅₀为0.016 μg/mL，选择性指数大于4，表现出微弱的细胞毒性。

图6 食用菌中聚酮类化合物化学结构

表1 具有生物活性的天然化合物及其菇类来源

Discussion

迄今为止，已鉴定的食用菌有2 160多种，但仅有少数文献对其进行过较深入和全面的研究。食用菌含有丰富的生物活性化合物，其中萜类、固醇类、聚酮类、聚乙炔类和酚类化合物占主导地位。探索食用菌中抗结核和抗疟原虫生物活性分子，有利于生产不受抗生素耐药性影响的药物，成为未来治疗相关疾病的先导药物。
基于本研究的分析，从39种药用蘑菇中分离得到273个疟疾和结核病的靶向化合物，其中108个含有新型碳骨架。本文报道的大部分研究缺乏对其作用机制的深入探讨，因此，发现新的生物活性分子，优化和利用新型生物活性结构，成为分析化学领域一个新的发展方向。
Conclusion
食用菌作为保健食品的原料，有益于解决人类健康面临的一些难题，例如，自身免疫性疾病、高血压、高血脂等。但是作为抗疟疾和抗结核药物的使用很少。它们的抗菌作用在各种担子菌中存在显著差异，除了大量分离得到的生物活性化合物外，还有许多化合物有待从丰富的培养物中提取鉴定，并对其活性结构进行评价。本综述强调了食用菌作为治疗结核病和疟疾的营养保健品的前景，而且所述各类化合物均未表现出明显的细胞毒性，证明食用菌对疟疾和结核病这两种致命疾病是安全可靠的。

通信作者

徐宝军讲座教授
北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院生命科学系主任
徐宝军，讲座教授（Chair Professor），博士生导师，珠海特聘学者，现任北师港浸大生命科学系主任。2005年2月于韩国忠南国立大学食品科学与技术系获博士学位。2005—2008年于美国北达科达州立大学谷物与食品科学系从事博士后研究，2008—2009年于美国普渡大学兽医临床系从事博士后研究，同时在美国Gerald P. Murphy Cancer Foundation担任研究科学家。2009年7月受聘为北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院（北师港浸大，UIC）食品科学专业，任助理教授，2013年晋升为副教授，2015年晋升为教授，2022晋升为讲座教授。UIC任职期间先后赴美国北达科达州立大学、佐治亚大学做访问研究，2016年获国家公派奖学金赴美国宾夕法尼亚州立大学访学。2015年至今任珠海市农产品质量与食物安全重点实验室副主任。2018年9月至今担任北师港浸大食品科学专业主任，2022年9月至今担任生命科学系主任。2009年至今主要承担UIC全英文教学课程《食品化学》、《生物化学》、《分析化学》、《食材科学》、《谷物科学》和《食品科学实验》。徐博士系美国化学会会员、中国食品科学技术学会高级会员、珠海欧美同学会常务理事和广东省高层次人才评审专家。广东省本科高校教学指导委员会“新农科”建设指导委员会委员。现担任国际学术期刊Food Research International（SCI、IF 7.425、Q1）、Food Science and Human Wellness（SCI、IF 8.022、Q1）、Food Frontiers副主编和Antioxidants（SCI、IF 7.675、Q1）、International Journal of Molecular Sciences（SCI、IF 6.208、Q1）、Molecules（SCI、IF 4.927、Q2）等期刊专刊编辑及Food Chemistry、Food Chemistry: X、Food Science & Nutrition等十几个国际学术期刊编委。共发表论文290余篇，其中SCI国际期刊发表论文260余篇，8 篇ESI高被引论文，2 篇ESI热点论文。出版英文书章节6 部，授权发明专利1 项。论文已经被广泛引用，并在引导着公众的健康消费观念。论文总被引用次数15 582 次，单篇最高被引用次数1 280 次（2023年4月统计），论文影响因子总和1 060.8，h-index为63，i10 index为187。徐博士主持多项国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广东省科技厅及教育厅项目，10多项UIC校内课题资助，以及多项横向合作课题。徐博士于美国IFT 2010学术年会获论文被高引用认证，2012年荣获“杰出科研人才奖”，于2015年被珠海市授予珠海学者特聘教授，2016年获UIC首届校长研究奖，2020年校长服务奖获得者，2020—2022年连续3 年入选全球前2%顶尖科学家“终身科学影响力”和“年度科学影响力”两个榜单；国际学术网站Research.com近期发布多个学科领域世界顶级科学家排名，徐教授入选世界顶级生物与生化科学家榜单。