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研究进展 | 食用菌多糖与人体健康的研究进展

 东营菌物科学 2023-09-22
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食用菌属于我国“三色农业”之一的白色农业-微生物资源产业化的工业型新农业中的微生物食品。食用菌是一类实体硕大同时又可供食用的大型真菌,是一类有机、营养和健康为一体的绿色食品,有着广阔的市场前景。将大型真菌资源价值进行归类统计,可分为食用菌、药用菌、食药用菌和毒菌 4 类。我国有森林大型真菌约 4250 种,其中食用菌 1020种,药用菌 692 种。世界粮农组织科普“一荤、一素、一菇”的饮食结构有助于实现营养均衡和免疫调节,因为食用菌不仅能为人体提供所需要的蛋白质,还被用于医药领域解决疾病问题,这是源于食用菌的子实体和菌丝体中的活性物质真菌多糖、糖苷、生物碱、挥发油、酚类、酮类和有机酸等具有的免疫调节功能。近年来,随着生物学、营养学和医学界对 100 多种真菌多糖的深入研究应用,逐渐证实了真菌多糖对人类健康的作用,一些有代表性的病案也开始逐渐获得循证医学的支持。

1 食用菌多糖与糖的概述

日本的核污染区癌症病例增多,而疏散移居在长崎女岛的居民,因为服用岛上桑树上生长的桑黄,所以罹患癌症的人较少。这引发了人们对桑黄药用的兴趣,后研究表明桑黄中的真菌多糖(桑黄多糖)就是一种有效的抗癌物质。20 世纪 60 年代末、70 年代初,在日本学者千原羽田首次证明了香菇多糖抗肿瘤的独特生物活性后,食用菌多糖引起了生物学、营养学、医学和食品科学领域的关注。生物学家和营养学家们发现,被医学界所认知的绝大多数人类细胞表面都有一层聚糖成分,经显微镜学家证实后被命名为“多糖和蛋白质复合物”。细胞表面的“多糖和蛋白质复合物”类型多样且构造各异,可以作为受体识别其他多糖配体从而相互发生作用。多糖是由单糖连接而成的天然高分子多聚糖,维持着生命所必需的多种功能,作为人体的重要组成成分被西方医学称为“生物应答效应物”或“生物反应调节物”(Biological Response Modifier,BRM)或“活性多糖”(Active Polysaccharides,AP)。

中医认为药食同源物质,如银耳、灵芝等既可药用又可食用,食用真菌和部分药用真菌在日常生活中被统称为食用菌。食用菌多糖作为药食同源的菌蕈类子实体的主要成分,被中国古代中医先贤应用的历史可追溯到 2000 多年前的春秋战国和秦汉时期。周朝《列子·汤问》中就有“朽壤之上,有菌芝者”的论述,这是世界上有关菌类最早的记载;《神农本草经》根据中医阴阳五行学说将灵芝分为 5 类,是最早论及灵芝的药学著作。随着生物学、营养学、医学和食品科学领域的关注以及膳食纤维被公认为第七大营养素以后,食用菌多糖才逐渐被现代西方医学应用。

糖是碳水化合物的一种,营养学中糖是由碳、氢和氧 3 种元素按照一定比例组成。根据聚合程度不同分为单糖、双糖、寡糖和多糖。其中,寡糖和多糖统称为聚糖。多糖按还原性特性可分为还原性糖和非还原性糖,按来源可分为植物多糖、动物多糖、微生物多糖以及海洋生物多糖。多糖是继蛋白质、核酸之后的第三条生命链,不仅作为能量物质和结构物质发挥作用,还作为信息物质广泛地参与调节生物体生命现象的全周期。

2 人体健康与人类进化的关系

回顾人类的历史进化过程,每一次大型自然灾害后能活下来的人群不一定是最强壮的人群,而是最能适应环境的人群。这表明了人体健康与人类进化充满了辩证关系,人类自身的进化充满了正反馈和负反馈的博弈。研究表明,黑猩猩(大多数脊椎动物)体内可以合成抗坏血酸(水溶性维生素 C)从而与艾滋病病毒形成了免疫平衡,然而人类作为认知中先进的灵长类动物,感染艾滋病病毒会发病是因为在人类进化的历程中,基因突变导致肝脏中缺失了古洛糖酸内脂氧化酶,无法将葡萄糖转化为维生素C,这是人类基因在面对压力下自我进化的结果。

1949 年以后,我国有过两次疟疾大流行,循证医学发现,凡是地中海贫血的人群就不容易得疟疾,凡是婚前得过疟疾人群的基因组会发生改变,通过遗传,她们的子孙后辈中普遍存在轻度的地中海贫血现象。这是人类自我进化为最有利于自身生存的选择,面对高死亡率疟疾疾病的压力,得过疟疾疾病的群体进化出了地中海贫血用来延续基因。

20 世纪 60 年代末 70 年代初,卫生部中医研究院(中国中医科学院前身)中药研究所团队集体寻找抗疟疾的中草药,课题组组长屠呦呦研究员从我国古代东晋葛洪的《肘后备急方》书中获得灵感从中医药方黄花蒿中提纯了青蒿素,并从青蒿素的衍生物中提取了双氢青蒿素用于治疗疟疾。20 世纪 80 年代,中国创新药物研究的先驱、中国科学院上海药物研究所的嵇汝运博士从青蒿素的衍生物中提取了蒿甲醚用于治疗凶险型恶性疟疾。随着疟疾疾病的消失和人类的繁衍迁移,同为轻度地中海贫血的夫妻群体的子孙后代会出现一部分中度或重度的地中海贫血群体,于是出现了一种新型的需要治疗的疾病,实际上这是人类进化适应自然选择的结果。

3 食用菌多糖修复细胞的原理

细胞是一切生物体结构和功能的基本单位,细胞的主要结构有细胞膜、细胞质和细胞核,构建细胞的 4 个基本组成部分分别是核酸、蛋白质、脂质和糖。脱氧核糖核酸主要存在于细胞核中,核糖核酸主要存在于细胞质中,蛋白质、脂质和糖主要存在于细胞膜上。其中蛋白质占比 42%,脂质占比 50% 以及糖占比 2% ~ 8%,细胞膜具有选择性让物质进入或排出细胞的渗透特点,细胞所需营养的吸收和代谢产物的排出都需要通过细胞膜来实现,细胞膜把细胞裹起来使细胞能够保持相对的稳定性,以维持正常的生命活动。因此人体细胞的大小和形态与其所处的环境和功能有着密切的关系。

食用菌是具有三股立体结构的 β- 葡聚糖,不同于一般的糖。常见的淀粉和糖原等分子结构主要为α-(1 → 4) 糖苷键连接的葡聚糖,可以被人体内的 α-淀粉酶降解成葡萄糖被吸收利用。燕麦和大麦等谷物中常见的β-葡聚糖主要是以β-(1→3)糖苷键和β-(1 → 4)糖苷键连接的葡聚糖,不能被 α- 淀粉酶降解,β- 葡聚糖可作为膳食纤维调节机体的代谢功能。食用菌中的 β- 葡聚糖主要是以 β-(1 → 3) 糖苷键连接的主链,且含有一些 β-(1 → 6) 糖苷键的支链,正因为这种独特的连接方式以及分子内氢键的存在,使它常以三股螺旋链的三维立体结构形式存在。这种独特的构型很容易被免疫细胞表面的受体识别,通过激活免疫细胞产生抗体、促进细胞因子的分泌并调节细胞内信号分子的浓度水平等提高机体的免疫功能,全面调节人体机能来抵抗疾病。除具有较好的免疫调节功能外,食用菌中的 β- 葡聚糖在功能食品中还发挥降血糖、降血脂、保肝、抗炎和抗病毒等多种功能。

在人类饮食结构中,米面等主要食物中的多糖大多数是淀粉,属于 α- 多糖,进入人体后在人体 α-葡聚糖酶的作用下被分解葡萄糖,其作用是为人体提供日常生活的能量,因为没有药理活性,所以不能发挥修复细胞膜的作用。生物学家研究发现,部分草食动物体内有一种 β- 葡聚糖酶,而人体内没有β- 葡聚糖酶,当食用菌子实体细胞壁上的食用菌多糖进入人体后,由于细胞的胞噬作用和胞饮作用,食用菌多糖得以发挥药理活性。食用菌多糖的药理活性还与分子量和三股立体结构相关。例如,灵芝多糖的药理活性与灵芝多糖的立体结构有关,若其螺旋形立体结构被破坏,灵芝多糖的活性也会大大降低。多糖是人体细胞不可缺少的活性物质和人体细胞受体的重要组成结构。而细胞受体是镶嵌在细胞膜表面的糖蛋白,它由多糖和蛋白质构成,能识别和接受细胞所需的特定物质,进而向细胞内部传递信息,实现生物催化和物质转换的生理过程。

食用菌多糖进入人体后作为配体与细胞膜上的“多糖和蛋白质复合物受体”相结合,当食用菌多糖与受体作用时,往往是其中的特异性寡聚糖片段与受体相结合,识别配体的受体开始活化,启动细胞内的信号传导途径从而产生效应功能。

食用菌多糖作为配体,直接修复细胞膜上受体中 2% ~ 8% 的聚糖成分,不仅可以活化淋巴细胞,还可以提高抗体的含量进而激活人体的免疫系统,保持细胞膜的流动性。同时,食用菌多糖还具有“六抗三降”的生理功能和独特的免疫调节能力。六抗是指抗辐射、抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、抗溃疡和抗衰老,三降是指降血压、降血脂(胆固醇)和降血糖,独特的免疫调节能力是指调节免疫系统、清除自由基并增强心脏功能。

营养学领域研究发现,猴头菇等多种食用菌所含的食用菌多糖对免疫过敏和免疫过度有较好的疗效。食用菌多糖对体液免疫有双向调节作用,低剂量服用时能提高免疫水平和免疫系统对异常细胞的识别率,高剂量服用时能抑制过度的体液免疫水平,调节免疫球蛋白达到理想水平]。由此可见,食用菌多糖是通过调节免疫能力来促进人体阴阳保持平衡和人体机能保持稳态,是治疗免疫过敏和免疫过度最理想的途径之一。

4 食用菌多糖在系统医学

和功能医学临床中的应用

通过在河南、山东和江苏走访大量病人寻医问药的历程,清楚地了解病人群体的实际需求是“解除病痛”,治疗原则是“宜中则中、宜西则西或者中西结合”,一切以“唯实唯效,解除病痛”为衡量标准,同时也发现了民间应用食用菌食疗调理慢性疾病的众多病案。食用菌食疗受药食同源的中医药文化影响,把人体看作一个宏观的整体,在调理慢性疾病时有显著的效果。现代医学通过人体解剖的研究走向了微观,对人的死亡原因了解得比较清楚,在处理外伤和紧急救援上有优势。但从病理学角度去了解病人的疾病只局限于诊断和医治疾病,只能对症治疗。现代医学治疗慢性疾病大多数是通过抑制、覆盖、阻断或者影响病理和生理机制的方法,忽略了去寻找导致疾病发生的根本原因。生物学、营养学和医学等基础科学的研究成果通常需要数十年才能转化为医疗技术和临床应用,一味地追求新的医疗技术来治疗疾病变得越来越困难。历史上重大的医学发现都源自生物学家、营养学家、医学家和心理学家在治疗患者疾病中的敏锐观察和深度总结,而解释疾病的起因可以借助积极心理学、系统医学、功能医学和中医五行理论的帮助。例如,国医大师邓铁涛、山西知名中医李可和畅销书《人体使用手册》的作者吴清忠都曾总结发现在中医药治疗疾病和调理身体时,有部分病人会出现“瞑眩反应”或“旧病复发”的重现过程,其原因是人体的健康状况受自身短板的器官所影响,人体中的气血能量(功能医学中称作生命活力指数)有低水平的相对平衡和高水平的相对平衡,通过调理气血能量从低水平趋向高水平,自身短板得到重新修复后会打破原来低水平的相对平衡,这是身体恢复高水平的相对平衡走向健康的必然过程,在这一过程中,因个体体质不同所呈现的形式和程度也不尽相同。

中国功能医学理论和实践的先行者,北京协和医学院教授、博士生导师何健老师认为,功能医学是以科学为基础的保健医学和预防医学,它从人的基因倾向、生物遗传、环境、生理、心理、饮食和生活形态等多个纬度来研究人体器官从功能下降到病理改变的整个过程。功能医学调理疾病时倾向于关注人的生命活力指数,基于环境与胃肠道和内分泌与免疫系统之间的相互作用着重寻找疾病发生的根本原因,不仅可以预测疾病而且有助于探求一些慢性疑难病症的病因,从而对因治疗。首都医科大学宣武医院神经外科主任凌锋博士倡导系统医学时提出,系统医学是生理学、病理学、临床医学和临床人文医学的综合,它可以走出现代经典医学的思想困境。两次诺贝尔奖的获得者美国著名量子化学和结构生物学家莱纳斯·鲍林认为,慢性病其实就是细胞代谢异常的疾病,是起因于分子细胞活力以及分子细胞营养的代谢失衡。

食用菌所含的生物活性物质除主要成分食用菌多糖外,还含有天然有机锗、核酸降解物以及三萜类化合物等生物活性物质,同时富含蛋白质、膳食纤维、维生素、微量元素等营养素以及人体自身不能合成的 8 种必需氨基酸,所含的脂肪酸也是以有利于预防动脉粥样硬化的不饱和脂肪酸为主。食用菌不仅具有极高的营养价值和功能价值,其主要成分食用菌多糖还可以迅速修复损伤的黏膜组织,提高人体的综合机能。正是因为食用菌多糖的药理活性的优异表现,在中西医的临床配伍中才被广泛应用。

研究发现,食用菌中所含的多种天然物质均具有较大的开发和利用价值。比如,猴头菇中的猴菇菌素能显著减少神经毒物对神经细胞的伤害,改善阿兹海默氏症;猴头菇多糖在模拟人胃和肠道环境中,可促进胃肠道益生菌的生长并提高益生菌对胃肠道消化液的耐受力;香菇多糖在小鼠喂养实验中表现出对肠道菌群结构的多样性和均匀性具有双向调节作用。灰树花作为食药用菌,其多糖具有抗氧化、免疫调节和抗肿瘤等多种活性功能。

糖类在过去一直都没有受到科学研究机构的充分重视,许多天然产物中包含着对自身生物学活性起至关重要作用的聚糖结构。脂质和聚糖作为构造细胞的两个基本组成部分,在构造细胞完整生命分子编排时竟然不能由基因进行编码,这也许是揭示了一直以来无法探究全貌的许多疾病的起因。

5 食用菌多糖的理论假说与未来展望

美国著名科学家莱纳德·海弗利克发现人类一生中细胞平均分裂次数为 50 次,每一次的分裂产生的新细胞平均存活 2.4 年,理论上人类能活到 120 岁。进化论认为,衰老与死亡是整个物种生存和繁衍必须付出的代价,虽然现代医学很发达,但是面临很多疾病时却又无计可施。薄世宁研究发现医疗的本质是支持生命的自我修复,衰老的本质不是年龄,而是自我修复能力的下降。

目前,中国食用菌产业基本上已呈现出长期稳步发展的态势。耿建芳等研究发现,松茸和绣球菌等食用菌中富含的食用菌多糖作为免疫活性多糖能增强 NK 细胞、T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞等多种免疫细胞的识别能力和杀伤能力,能促进抗体形成,激活补体和清除自由基的效应;而特定浓度范围的灵芝多糖、云芝多糖、香菇多糖、猪苓多糖、糙皮侧耳多糖和冬虫夏草多糖等食用菌多糖与枸杞多糖和人参多糖等免疫活性多糖在临床中与重组人白细胞介素 -2 合用时均能够显著增强淋巴因子活化杀伤细胞的细胞活性。食用菌多糖与人体健康的循证关系已经逐渐得到了医学界的认可,同时也引起了科研机构的重视。作者基于对食用菌产量大省河南省、山东省和江苏省共 3 省 7 个城市民间食用菌食疗的配方和大量慢性疾病病案的调查研究提出,食用菌多糖与人体健康密切相关,随着食用菌多糖、中药多糖和海洋多糖等越来越多药理以及药效研究成果的累积和迭代,系统医学和功能医学得到主流医学的广泛认可。食用菌多糖在修复人体细胞、辅助人体内的自动纠偏机制、促进人体机能保持稳态、开启微妙的自身躯体智慧和开启人体的自愈能力等方面将会被广泛应用。

2023 年 6 月 2 日,中国食品发酵工业研究院针对国内对食用菌多糖的生产加工起步较晚、缺乏统一的行业产品标准监督规范的实际问题,主持启动了《食用菌多糖行业标准》制定工作。此次《食用菌多糖行业标准》的制定,将填补我国食用菌多糖的标准空白,助力这一新兴食品产业培育和发展,促进我国食用菌产业转型升级和深度开发利用。

6 结语

综上所述,食用菌富含蛋白质、矿物质、人体必需氨基酸、维生素和膳食纤维等营养物质,具有极优的营养价值和衍生利用空间。食用菌的主要活性成分食用菌多糖具有复杂的分子组成和构造,不仅是能量物质和结构物质,更是重要的生物活性信息物质。

食用菌多糖作为生物免疫调节剂对人体的特异性免疫与非特异性免疫以及细胞免疫与体液免疫都有着广泛的影响,其在平衡肠道菌群、修复人体受损细胞、辅助人体纠偏机制和保持人体的稳态和激活人体自愈力等方面具有巨大的食用和药用潜力,其“六抗三降”的生理功能和独特的免疫调节功能在临床应用和民间食疗中展现出越来越广阔的前景,营养价值和药用价值逐渐被人们认可。许多从抗炎、抗癌、抗氧化、降糖、降脂到免疫调节等方面的研究证明了食用菌多糖作为信息物质具有显著的调理疗效。这些研究成果全面综述了食用菌多糖的结构、提取、纯化以及生物活性的研究进展,应用于功能性食品和免疫调节剂的开发利用是体现食用菌多糖功效的重要途径。食用菌多糖与人体健康关系的研究与迭代,对探索食用菌多糖更多的构象和功能信息及衍生产品研发,对系统医学和功能医学的发展及探究一直以来无法了解全貌的众多慢性疾病的起因以及普及“一荤一素一菇”的科学膳食结构提供了学术支撑。

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王永前:男,(1983.11-),本科,国家二级公共营养师(技师级),主要从事系统医学与功能医学科普,食用菌多糖与人体健康研究、文学创作与研究。

来源:《食品安全导刊》 作者:王永前

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