王 敦
(西北農(nóng)林科技大學(xué)昆蟲學(xué)研究所,陜西楊凌 712100)
冬蟲夏草,簡稱蟲草,最早記載于《本草綱目拾遺》中“冬在土中,身活如老蠶,有毛能動(dòng),至夏則毛出土上,連身俱化為草。若不取,至冬復(fù)化為蟲”(趙學(xué)敏, 2020),這致使多數(shù)人認(rèn)為冬蟲夏草冬日為蟲、夏季變成草。實(shí)際上,冬蟲夏草是蟲草菌Cordycepssinensis感染蝙蝠蛾Hepialusspp.幼蟲形成的蟲菌復(fù)合體,是一種被真菌感染后僵死的蟲體。中國被毛孢Hirsutellasinenese是冬蟲夏草菌的無性階段(劉錫琎等, 1989; 朵金玲等, 2018)。在世界范圍內(nèi),冬蟲夏草主要分布于喜馬拉雅山脈,其中我國青海、西藏、四川和云南是蟲草的主產(chǎn)區(qū)。其分布海拔多在4 000 m以上,植被為高山草甸、亞高山草甸和高山灌叢草甸。土壤壞境寒冷而濕潤、晝夜溫差大是蟲草生長的最適宜的生態(tài)環(huán)境(Winkler, 2009;周刊社等, 2018)。冬蟲夏草是中國傳統(tǒng)的中藥材和重要的滋補(bǔ)品,具有補(bǔ)腎興陽、滋陰保肺、補(bǔ)虛損、補(bǔ)精髓、實(shí)腠理(增強(qiáng)免疫力)的功效,也是藥食兼顧的補(bǔ)品(趙學(xué)敏, 2020)。盡管目前人們對冬蟲夏草的功效和副作用有諸多存疑,例如網(wǎng)絡(luò)上流傳的冬蟲夏草有害重金屬超標(biāo)、堪比毒藥,以及相關(guān)研究認(rèn)為冬蟲夏草并無抗癌作用的成分(Xiaetal., 2017)等,但醫(yī)藥和保健品市場對其的需求依然旺盛,導(dǎo)致其價(jià)格居高不下。冬蟲夏草是否具有特殊的生物活性,尚需更為精確的藥物分析和藥理學(xué)驗(yàn)證。本文就冬蟲夏草的有效成分及其生物活性,特別是多糖、核苷、肽類和甾醇等主要的活性成分及其藥理作用研究進(jìn)展做一綜述,并厘清一些科學(xué)問題。
現(xiàn)代藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn),冬蟲夏草具有抗氧化活性(Dong and Yao, 2008;陳佳等, 2020)、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能(顧欣霞和葛曉群, 2017)、鎮(zhèn)靜催眠(劉高強(qiáng)等, 2007)、免疫調(diào)節(jié)(胡敏等, 2008)、抗病毒(王國華, 2017)等作用,也可作為抗癌癥治療的輔助藥物(Wuetal., 2017)。盡管這些研究還不足以全面反映冬蟲夏草的藥理活性,但已然起到了拋磚引玉的作用。
隨著對冬蟲夏草研究的深入,運(yùn)用冷浸提取、超臨界二氧化碳提取(Wangetal., 2004)、索氏提取(錢正明等, 2016)、低溫超聲波提取(田野等, 2018;李慶文等, 2018)等方法得到冬蟲夏草的粗體物質(zhì),通過高效液相色譜(HPLC)、高效液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC-MC)和氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)等方法鑒定出冬蟲夏草含有多糖、氨基酸、核苷、甾醇、脂肪酸、酚、黃酮類和揮發(fā)性物質(zhì)(Yuanetal., 2007; 錢正明等, 2016; 錢正明等, 2018; 方秋月, 2020)。但上述物質(zhì)均屬于在冬蟲夏草中含量較高的化合物,是否還有一些含量較少、生物學(xué)活性極強(qiáng)的特殊物質(zhì),還有待進(jìn)一步的研究。隨著科技的進(jìn)步和儀器設(shè)備精確度的升級,相信人們對冬蟲夏草有效成分的研究會進(jìn)一步深入,新的化合物會被逐漸發(fā)現(xiàn)和利用。
對于冬蟲夏草及其替代品(發(fā)酵菌絲產(chǎn)物)的有效成分質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)也有相關(guān)的研究探討,例如:基于HPLC指紋圖譜分析結(jié)合相似分析(SA)和層次聚類分析(HCA),建立了區(qū)分和綜合評價(jià)發(fā)酵冬蟲夏草產(chǎn)品質(zhì)量的新策略(Chenetal., 2018)。這些評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立,對于科學(xué)化評價(jià)冬蟲夏草的有效成分及含量提供了新的手段。
針對一些關(guān)于冬蟲夏草重金屬含量超標(biāo)的說法,有學(xué)者用電感耦合等離子體質(zhì)譜法分析了冬蟲夏草中的砷含量,表明冬蟲夏草中砷含量遠(yuǎn)低于安全標(biāo)準(zhǔn),藥用和食用冬蟲夏草對人健康并無影響(Zuoetal., 2018)。由于野生冬蟲夏草的替代品多是大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)的菌絲干燥物,關(guān)于冬蟲夏草重金屬殘留問題,可能是源于其替代品商業(yè)化競爭需求,也可能是局部地區(qū)土壤特性造成,還有待進(jìn)一步研究甄別。
利用化學(xué)法、傅里葉紅外光譜法及色譜法對冬蟲夏草多糖的組分和含量測定可知,D-葡萄糖(59.13%)、D-甘露糖(21.73%)和D-半乳糖(19.14%)是其主要成分(趙彪希等, 2020),且與冬蟲夏草的生長周期相關(guān)(Xiaetal., 2021)。D-甘露糖醇的俗名為蟲草酸,截至目前被認(rèn)為是蟲草中主要的活性成分之一,也是目前評價(jià)蟲草質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)(王鵬躍等, 2018)。當(dāng)然,這一標(biāo)準(zhǔn)是基于現(xiàn)階段的測試水平與研究結(jié)果,隨著科技和分析儀器的進(jìn)步,有可能會被修正或取代。
較蟲草的其他代謝物而言,蟲草多糖在調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng)、提高免疫力方面起著重要作用。大量試驗(yàn)證明,蟲草多糖主要能增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬能力和促進(jìn)其分泌細(xì)胞因子,進(jìn)而增強(qiáng)免疫能力(Methacanonetal., 2005; Chenetal., 2014)。蟲草多糖和靈芝真菌多糖組合使用,同樣可以調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的種類和數(shù)量,從而影響機(jī)體的免疫系統(tǒng)(Fanetal., 2018)。蟲草多糖還可以通過促進(jìn)機(jī)體分泌免疫球蛋白,增強(qiáng)免疫能力和補(bǔ)體效果,有效緩解急性疲勞,提升機(jī)體抗疲勞能力(黃學(xué)惠, 2019; 杜秀芳和宋志偉, 2019)。
2.2.1 冬蟲夏草多糖抗腫瘤活性
蟲草多糖具有抗腫瘤作用的研究較多,主要集中在對結(jié)腸癌、肝癌、肺癌、黑色素瘤、肉瘤等實(shí)體瘤和淋巴癌、白血病等非實(shí)體瘤的繁殖和抗癌機(jī)理上(Chenetal., 2006; 蔡偉, 2011; 楊建鑫和李向陽, 2019)。研究表明,蟲草多糖可以誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抑制凋亡因子Bcl-2的表達(dá),提高Bcl-2/Bax比值(諸葛定娟等, 2016)、通過PI3K-AKT-mTOR和AMPK-mTOR-ULK1信號通路促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡(Qietal., 2020)。通過腹腔注射將蟲草多糖用于被B16黑色素瘤細(xì)胞感染的小鼠,發(fā)現(xiàn)蟲草多糖能顯著的抑制B16黑色素瘤細(xì)胞在肺和肝的轉(zhuǎn)移(Zhangetal., 2005);Mei等從冬蟲夏草中分離出一種分子量為117×105Da的蟲草多糖1,研究發(fā)現(xiàn)蟲草多糖1對肉瘤180細(xì)胞的增殖具有抑制作用,同時(shí)還能誘導(dǎo)其凋亡(Meietal., 2014)。
2.2.2冬蟲夏草多糖抗氧化活性
蟲草多糖具有抗氧化的活性,抗氧化活性對于機(jī)體損傷修復(fù)、改善器官功能、抗衰老均有促進(jìn)作用。趙秋榮等(2012)確定了蟲草多糖具有較好的清除羥基自由基和超氧化自由基的活性,且清除效果隨蟲草多糖濃度的增加而增強(qiáng)。Chen等(2006)研究表明蟲草多糖可以增加小鼠腦、肝、血清中的過氧化物歧化酶以及肝和腦中的谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)的含量,保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞,免受自由基引起的細(xì)胞毒性的影響(Lietal., 2003)。此外,冬蟲夏草的胞外多糖也具有抗氧化和抑制α-葡萄糖苷酶活性的作用(Leetal., 2020)。
2.2.3冬蟲夏草多糖降血糖作用
研究發(fā)現(xiàn)蟲草多糖具有降血糖的作用,黃志江等(2002)將從人工蟲草中提取的蟲草多糖作用于四氧嘧啶糖尿病小鼠,結(jié)果顯示小鼠通過提高胰島素抵抗脂肪細(xì)胞的葡萄糖攝取水平,使其血糖水平和糖基化血清蛋白的含量顯著降低,糖耐量增加。蟲草多糖作為一種可溶性的膳食纖維,可以有效的防治小鼠體重的增加,對肥胖和相關(guān)疾病有保護(hù)作用(Chenetal., 2020)。
2.2.4冬蟲夏草多糖其它作用
隨著研究的深入,蟲草多糖更多的生物活性被驗(yàn)證,如:蟲草多糖可以抑制轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)/Smad通路,治療過敏性哮喘(Zhengetal., 2020);平衡促炎癥因子和抗炎癥因子、同時(shí)降低正常細(xì)胞的凋亡,從而緩解急性腎衰竭(Guetal., 2020);抑制人腎系膜細(xì)胞(HMCs)的增值治療慢性腎功能衰竭(Wangetal., 2014);通過MAPK信號通路緩解由X射線造成的機(jī)體損傷(楊建鑫, 2020);抑制肺纖維化(崔兵兵等, 2019)和脾臟增生(Zhangetal., 2005)。
研究人員通過色譜法結(jié)合不同的流動(dòng)相、流速和洗脫條件測定了冬蟲夏草核苷的主要成分及其含量,主要有蟲草素(Cordycepin; 3′-脫氧腺苷, 結(jié)構(gòu)如圖1所示)、2′-脫氧腺苷、腺嘌呤、腺苷、單磷酸腺苷、尿嘧啶、尿苷、二磷酸腺苷、次黃嘌呤、肌苷、鳥苷、鳥嘌呤、鳥苷(錢正明等, 2016; Fuetal., 2018; 昝珂等, 2018)。其中的蟲草素和蟲草多糖一樣,也是目前被認(rèn)為是蟲草中主要的活性成分和評價(jià)蟲草質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。目前,已經(jīng)建立了蟲草核苷的HPLC指紋圖譜分析法(王冰等, 2015; 安超等, 2017);電容耦合非接觸電導(dǎo)率檢測與毛細(xì)管電泳聯(lián)用(C4D-CE)可以對冬蟲夏草的品質(zhì)進(jìn)行快速檢測(Nguyenetal., 2021)。
圖1 蟲草素的結(jié)構(gòu)(引自Yang et al., 2019)Fig.1 Structure of cordycepin
目前,國內(nèi)外的研究表明蟲草素作為冬蟲夏草核苷的主要活性物質(zhì),具有降血脂、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫機(jī)能、抗腫瘤、消炎等多種功能,下面就分別做一總結(jié)。
3.2.1冬蟲夏草核苷抗腫瘤活性
蟲草素具有抗腫瘤活性和癌癥治療的輔助作用。蟲草素可以有效地促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞、膽管癌細(xì)胞、卵巢癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞、睪丸癌細(xì)胞、舌癌細(xì)胞、食管癌細(xì)胞等的凋亡,同時(shí)抑制其在體內(nèi)的增殖與轉(zhuǎn)移(Xuetal., 2019; Jangetal., 2019; Changetal., 2020; Lietal., 2020; Liuetal., 2020; Zhengetal., 2020)。蟲草素通過誘導(dǎo)細(xì)胞中心體擴(kuò)增,破壞細(xì)胞骨架、抑制細(xì)胞增殖,促進(jìn)人妊娠期絨毛膜癌細(xì)胞凋亡(Wangetal., 2020)。不同的癌癥細(xì)胞對蟲草素的耐藥性不同,前列腺癌對其的最敏感,腎癌對其的耐藥性最好(?zenveretal., 2021)。蟲草素可以使得口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞DNA損傷修復(fù)相關(guān)的蛋白質(zhì)表達(dá)的下調(diào),延長了放療和化療(RT)誘導(dǎo)的G2/M期阻滯、增長DNA雙鏈斷裂的持續(xù)時(shí)間(Suetal., 2019; Hoetal., 2019)。臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明蟲草素能有效地減輕非小細(xì)胞肺癌術(shù)患者在化療期間的不良反應(yīng),增強(qiáng)其免疫力,同時(shí)蟲草素可以增強(qiáng)非小細(xì)胞肺癌、食管癌對順式鉑氨的化學(xué)敏感性(王智霖等, 2017; Gaoetal., 2020; Liaoetal., 2021);由木薯納米顆粒負(fù)載的蟲草素,可抑制人口腔鱗癌細(xì)胞活性增強(qiáng),同時(shí)能促進(jìn)正常人下頜腺細(xì)胞增殖(Kaokaenetal., 2020);而蟲草素與Apatinib聯(lián)合使用可以提升其抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的遷移與增殖、促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡;與阿霉素聯(lián)合使用可以干擾乳腺癌細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移(胡鑫等, 2021)。將蟲草素搭載在納米材料上,可以增強(qiáng)其對腫瘤細(xì)胞的毒性(Ngocetal., 2021; Warutetal., 2021),但血液毒性更小(Marslinetal., 2020)。
3.2.2冬蟲夏草核苷抗炎作用
蟲草素具有抗炎癥作用。蟲草素可以有效降低機(jī)體內(nèi)的ROS水平,消除炎癥反應(yīng)(楊永麗等, 2021);可以降低組織過度炎癥細(xì)胞浸潤,治療炎癥相關(guān)疾病(Yangetal., 2020);蟲草素也可以激活NLR家族PYRIN結(jié)構(gòu)蛋白3(NLRP3)炎癥小體治療急性胰腺炎(Yangetal., 2020);可以通過抗炎、抗纖維化作用治療燒堿等腐蝕性藥物引起的燒傷(Ercanetal., 2021);蟲草素與谷氨酰胺聯(lián)合使用能有效改善機(jī)體炎癥失衡和緩解肺部病理變化(樊曉光等, 2019)。
3.2.3冬蟲夏草核苷保肝護(hù)腎作用
蟲草素具有保肝護(hù)腎作用。蟲草素可以激活A(yù)MPK信號通路、β-氧化相關(guān)蛋白,緩解代謝應(yīng)激下的脂質(zhì)積累、炎癥和脂肪毒性,緩解高脂飲食引起的非酒精性脂肪肝病(Lanetal., 2021; Gongetal., 2021)。蟲草素可以誘導(dǎo)自噬作用治療糖尿病引起的腎病(Caoetal., 2019), 也能保護(hù)腎臟,減輕缺血再灌注帶來的損傷(Aydinetal., 2020)。
3.2.4冬蟲夏草核苷對神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)作用
蟲草素具有保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)的作用。蟲草素可以調(diào)節(jié)小鼠海馬回CA1區(qū)中突觸可塑性和緩解CA1區(qū)神經(jīng)的過度興奮、激活A(yù)ChE酶的活性,提高記憶力,延緩阿爾茲海默病的發(fā)展(Yaoetal., 2019; Hanetal., 2019; 王金秀等, 2020; Maietal., 2021);可以抑制神經(jīng)炎癥性脫髓鞘相關(guān)的疾病(Jiaetal., 2019);可以緩解炎癥誘導(dǎo)的神經(jīng)元功能障礙,保護(hù)神經(jīng)、用于帕金森癥初期的治療(Zhangetal., 2021)。蟲草素能有效減緩因缺血引起的大腦、心臟等器官的損傷,且呈現(xiàn)藥物濃度依賴性(馬競等, 2020)。
3.2.5冬蟲夏草核苷對正常細(xì)胞的保護(hù)作用
蟲草素可以保護(hù)正常細(xì)胞,促進(jìn)其細(xì)胞增殖。通過抑制NF-κB 信號通路和下游的細(xì)胞因子表達(dá),促進(jìn)鼻黏膜上皮細(xì)胞增殖(姚香萍等, 2020);通過促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖,加速骨折愈合(Lietal., 2020);調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)來維持干細(xì)胞多能性,提高誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的生成效率(Wangetal., 2020);促進(jìn)沉默信息調(diào)節(jié)因子2同源蛋白1(SIRT1)表達(dá),緩解高糖引起的內(nèi)皮細(xì)胞損傷(林慧榕等, 2020)。
3.2.6冬蟲夏草核苷免疫促進(jìn)和抗生活性
Wu等將蟲草素作用于小鼠的巨噬細(xì)胞,通過測定發(fā)現(xiàn)小鼠巨噬細(xì)胞的胞飲作用增強(qiáng)、NO的釋放量增加及細(xì)胞因子產(chǎn)生的種類增多同時(shí)數(shù)量也明顯增加(Wuetal., 2014)。
蟲草素在體外是一種高效的錐蟲Trypanosomabrucei殺蟲劑,口服后也能有效治療由錐蟲引起的昏睡癥晚期患者(Hulpiaetal., 2019)。
研究發(fā)現(xiàn),冬蟲夏草中含有谷氨酸、精氨酸、天門冬氨酸、色氨酸、酪氨酸等氨基酸(王征和劉建利, 2009),其中7種為人體必需氨基酸、4種為鮮味氨基酸和9種藥效氨基酸(嚴(yán)冬和楊鑫嵎, 2014),谷氨酸和天門冬氨酸是兩種主要的氨基酸(Hsuetal., 2002),谷氨酸、色氨酸和酪氨酸為主要藥理成分。
陳麗云和祁真(2018)通過小鼠的游泳力竭訓(xùn)練和免疫力檢測試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),冬蟲夏草氨基酸能有效地增加小鼠的游泳時(shí)間,降低血乳糖水平,具有抗疲勞的作用,還有增強(qiáng)免疫力的功能。
近年來的研究發(fā)現(xiàn),冬蟲夏草中的甾醇類具有多種生物活性。冬蟲夏草中的甾醇類物質(zhì)主要是麥角甾醇,且冬蟲夏草的發(fā)育階段和部位對甾醇類物質(zhì)的組成與含量有影響(錢正明等, 2018; 錢正明等, 2019)。小鼠的體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)均可證明,麥角甾醇通過抑制p38和ERK信號通路被激活,能治療糖尿病引起的腎病(董中華, 2020)。孫鑫等(2017)研究證明蟲草菌絲體中提取的蟲草素、腺苷和麥角甾醇能顯著抑制機(jī)體血管增殖,同時(shí)可以不同程度地抑制人肝癌SK-HEP-1細(xì)胞的增殖、遷移及管腔形成。
冬蟲夏草作為我國藥食兩用的傳統(tǒng)中草藥,盡管有很多學(xué)者對其主要活性成分及其功能進(jìn)行了廣泛而深入的研究,但對其全部有效成分、替代物有效性、人工栽培冬蟲夏草等尚存在諸多疑問。較為突出的一個(gè)疑問是冬蟲夏草中蟲草素的問題,中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所研究發(fā)現(xiàn)蟲草菌C.sinensis基因組中并沒有涉及合成蟲草素和噴司他丁的基因簇,而同屬蟲草菌屬的蛹蟲草C.militaris卻具有合成相關(guān)的基因簇(Xiaetal., 2017)。這表明作為冬蟲夏草的標(biāo)志性成分的蟲草素可能是另外一種類似結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì),需要進(jìn)一步的化學(xué)分析來確認(rèn);也可能是不同菌株有不同的合成蟲草素的代謝途徑,畢竟蛹蟲草與蟲草菌是同屬真菌,二者合成代謝同一類物質(zhì)可能會存在異常差異。關(guān)于冬蟲夏草中蟲草素的質(zhì)疑,尚需更為深入的研究來揭示。
關(guān)于冬蟲夏草的有效成分是否就局限于本文所述的幾類物質(zhì)?或者說冬蟲夏草的全部有效成分是否已經(jīng)完全明確?答案顯然是否定的。因?yàn)閷Χx夏草的主要有效成分分離鑒定最早是在上世紀(jì)80年代(呂瑞綿等, 1981; 肖永慶等, 1983),當(dāng)時(shí)的科技水平和儀器檢測精度十分有限,所測得結(jié)果主要還是以含量多的物質(zhì)為主,尚不能完全反映出冬蟲夏草的有效成分。近些年來盡管分析儀器進(jìn)步極快,但野生的冬蟲夏草價(jià)格已經(jīng)非常昂貴,高品質(zhì)的冬蟲夏草價(jià)格已經(jīng)高過黃金(以同仁堂零售價(jià)格為參考),分離、鑒定天然產(chǎn)物至少以藥材干重公斤級起步,這樣的代價(jià),很難采用常規(guī)的化學(xué)分析方法將冬蟲夏草的有效成分進(jìn)行測定。
近些年的報(bào)道多數(shù)是基于其替代品——菌絲發(fā)酵產(chǎn)物,但菌絲發(fā)酵產(chǎn)物的培養(yǎng)條件和野生冬蟲夏草生長環(huán)境差異極大,加之人工發(fā)酵用的都是冬蟲夏草菌的無性型,而冬蟲夏草是有性型階段,因此,發(fā)酵物的天然成分尚無法完全代表冬蟲夏草。
近些年,冬蟲夏草有性型的人工培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)完全成功,這不僅能有效降低研究成本,也有望為進(jìn)一步明確冬蟲夏草化學(xué)組成提供可靠的依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和分析儀器的進(jìn)一步升級,有望采用少量的樣本就可能分離鑒定出其中微量甚至痕量的化學(xué)物質(zhì),屆時(shí),全面而準(zhǔn)確地揭開冬蟲夏草有效成分的“神秘面紗”將不會是一個(gè)難題。