靈芝活性成分及其對(duì)腸道菌群和機(jī)體代謝影響的研究進(jìn)展

靈芝屬(Ganoderma)在我國(guó)主要分布在華北、西北、華南等地區(qū)，屬擔(dān)子菌亞門(mén)、層菌綱、非褶菌目、靈芝菌科[1]。根據(jù)其顏色不同，可將靈芝分為黑、青、赤、白、紫、黃6個(gè)種類(lèi)[2]。研究發(fā)現(xiàn)多糖類(lèi)、三萜類(lèi)、生物堿類(lèi)、微量元素、甾醇類(lèi)等[3]是靈芝中主要的生物活性成分，靈芝作為傳統(tǒng)食藥用菌，古籍中記載靈芝具有扶正固本、延年益壽、滋補(bǔ)身體等功效[4]。近年來(lái)，一些現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，靈芝具有降血糖、抗腫瘤、保肝、延緩衰老等藥理作用[5]，但是其作用機(jī)制尚未明確。

腸道菌群(細(xì)菌、真菌、病毒)寄居在人體胃腸道內(nèi)，數(shù)量大約在1014個(gè)，超過(guò)人體細(xì)胞總數(shù)的10倍[6]。腸道菌群主要包括厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)，這兩大類(lèi)菌所占比例高達(dá)90%，另外還包含少量的變形菌門(mén)(Proteobacteria)、放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)、梭桿菌門(mén)(Fusobacteria)等[7]。腸道菌群在宿主體內(nèi)發(fā)揮重要的生理功能，如：機(jī)體不易消化的大分子碳水化合物可以被腸道菌群分解成短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)等小分子物質(zhì)，SCFA易被腸上皮細(xì)胞吸收，能提高宿主對(duì)能量的利用率；腸道菌群還可以影響腸上皮細(xì)胞，維持腸道穩(wěn)態(tài)和免疫保護(hù)[8]。在正常情況下，腸道菌群處于動(dòng)態(tài)平衡，以維持機(jī)體健康，當(dāng)腸道菌群失調(diào)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致糖尿病、肥胖、心血管疾病[9-10]等癥狀。

臨床研究表明，靈芝在輔助腫瘤治療、降血糖、降血脂等方面有不同程度的改善作用[11]，本文揭示靈芝活性成分-腸道菌群-機(jī)體代謝三者之間的關(guān)系，總結(jié)靈芝活性成分通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群改善相關(guān)代謝疾病，為靈芝在臨床中應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 靈芝活性成分

1.1 靈芝多糖

赤芝多糖(Ganoderma lucidum polysaccharide，GLP)是靈芝中研究最多的活性成分之一，主要存在于細(xì)胞壁中。目前已經(jīng)從靈芝子實(shí)體、菌絲體、孢子、發(fā)酵培養(yǎng)液中分離出200多種GLP[12]。GLP結(jié)構(gòu)復(fù)雜，呈立體螺旋狀，分子質(zhì)量可達(dá)幾千至幾百萬(wàn)[13]。有研究表明，GLP的結(jié)構(gòu)與其藥理作用密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，多糖主鏈越長(zhǎng)，分子質(zhì)量越大，藥理活性越好，其分子質(zhì)量一般高于104Da，當(dāng)?shù)陀谠撝禃r(shí)藥理活性很低或完全沒(méi)有[14]。

GLP是大分子極性化合物，易溶于水難溶于有機(jī)溶劑，多采用熱水提取法，經(jīng)有機(jī)溶劑沉淀、真空冷凍干燥后得到粗多糖，該方法易于操作、安全性好，不會(huì)導(dǎo)致多糖降解，適合工業(yè)化提取多糖[15]，但該方法提取時(shí)間長(zhǎng)、得率低，一般只能提取胞壁外多糖且生物活性較低，因此采用多種方法協(xié)同作用破壞靈芝細(xì)胞壁提高多糖得率，如利用微波、超聲波、復(fù)合酶來(lái)輔助提取。

1.2 靈芝三萜類(lèi)化合物

赤芝三萜類(lèi)化合物(Ganoderma lucidum triterpenoids，GLT)是從赤芝中分離得到的另一生物活性成分，脂溶性較高。附圖1為GLT基本骨架，可見(jiàn)GLT是一類(lèi)高度氧化的羊毛甾烷衍生物[16]。按其所含碳原子數(shù)可分為C24、C27、C30三大類(lèi)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的三萜類(lèi)化合物約有300多種,如靈芝酸類(lèi)(靈芝酸A、靈芝酸B)、靈芝醇類(lèi)、赤芝孢子內(nèi)酯等[17]。

GLT的提取方法與多糖提取方法類(lèi)似，但GLT易溶于有機(jī)溶劑不易溶于水，目前多采用有機(jī)溶劑、超聲輔助等方法來(lái)提取GLT[18]。傳統(tǒng)提取法一般用氯仿、甲醇等有機(jī)溶劑在適宜溫度下提取，該方法易于操作，但存在提取時(shí)間長(zhǎng)，提取率較低、有機(jī)溶劑易殘留等缺點(diǎn)[19]；新型綠色提取技術(shù)——超臨界CO2提取法具有能耗低、不易破壞活性成分、無(wú)有機(jī)溶劑殘留的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)該方法提取靈芝三萜化合物，提取率要高于傳統(tǒng)提取方法[20]。

1.3 甾醇類(lèi)化合物

靈芝中所含甾醇類(lèi)化合物含量高，主要包括靈芝甾醇、羊毛甾醇類(lèi)化合物、麥角甾醇及衍生物等，目前研究發(fā)現(xiàn)靈芝甾醇約有20種，其基本結(jié)構(gòu)主要為麥角甾醇和膽甾醇2種類(lèi)型[21]，一般通過(guò)紫外分光光度法或HPLC法測(cè)定靈芝中甾醇物質(zhì)含量。研究發(fā)現(xiàn)，甾醇類(lèi)化合物具有殺死腫瘤細(xì)胞[22]、抑菌[23]的藥理作用。

1.4 生物堿類(lèi)

生物堿也是靈芝中重要的活性物質(zhì)，從靈芝中分離得到的生物堿類(lèi)物質(zhì)主要有：膽堿、甜菜堿、靈芝堿甲、靈芝堿乙等。靈芝中含有少量的生物堿，有研究表明生物堿具有顯著降低膽固醇、降血脂、保肝、改善心血管疾病等功效[24]。

1.5 氨基酸、蛋白質(zhì)、多肽類(lèi)

靈芝子實(shí)體中含有人體需要的必需氨基酸，如：谷氨酸、賴(lài)氨酸、亮氨酸等，其含量高于一般食藥用菌含量。于華崢等[25]通過(guò)離子色譜檢測(cè)靈芝中氨基酸含量，發(fā)現(xiàn)靈芝不同部位所含氨基酸比例不同，而靈芝中粗蛋白含量約在7.9%～11.83%。KINO等[26]和ZHANG等[27]從靈芝子實(shí)體和菌絲體中分離得到了真菌免疫調(diào)節(jié)蛋白和蛋白多糖；SA-ARD等[28]證明了從靈芝中分離得到的蛋白具有抗氧化、殺菌等功效。

1.6 其他活性成分

研究表明靈芝中還含有一些生理活性物質(zhì)如：脂肪酸(苯甲酸、硬脂酸)，維生素，Mn、Ca、Fe、Zn、Ni等多種微量元素，酚類(lèi)化合物，研究表明，這些活性成分也具有改善炎癥、高血脂等作用[29]。

2 靈芝活性成分對(duì)腸道菌群和機(jī)體代謝的影響

2.1 靈芝活性成分與腸道菌群的相互作用

腸道菌群在機(jī)體中扮演重要角色，可維持正常的生理功能、減少某些疾病的發(fā)生。前文提到靈芝中含有豐富的多糖、三萜類(lèi)化合物、甾醇類(lèi)化合物，這些活性成分進(jìn)入機(jī)體后，小分子活性物質(zhì)(三萜類(lèi)、甾醇類(lèi))可被胃腸道吸收，不能被胃腸道吸收的大分子物質(zhì)(多糖類(lèi))與腸道中的菌群相互作用，分解成小分子物質(zhì)再經(jīng)腸肝循環(huán)被吸收后發(fā)揮藥理作用(附圖2)[30]。丁翹[31]研究體外發(fā)酵黑靈芝多糖(polysaccharides from Ganoderma atrum，PSG)在胃腸道消化過(guò)程中的變化，發(fā)現(xiàn)黑靈芝多糖不能在胃和小腸中完全消化，主要在腸道菌群作用下被分解成SCFA，并改變了腸道菌群的結(jié)構(gòu)，后續(xù)可在其基礎(chǔ)上繼續(xù)深入闡述活性成分與腸道菌群之間的相互作用關(guān)系。

2.2 靈芝活性成分調(diào)節(jié)腸道菌群代謝

腸道菌群參與機(jī)體各種生理活動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，如膽汁酸、SCFA、脂多糖。當(dāng)機(jī)體被病原菌侵染或患有某些疾病時(shí)，腸道微生態(tài)被打亂，靈芝活性成分在腸道菌群作用下，會(huì)分解成小分子物質(zhì)，同時(shí)影響腸道菌群代謝過(guò)程。HU等[32]用55%乙醇提取靈芝活性成分，通過(guò)超高效液相色譜四級(jí)桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀(ultra performance liquid chromatography quadrupole time of flight mass spectrometry, UPLC-QTOF-MS)分析得出，靈芝55%乙醇提取物(GL55)中富含靈芝酸A和皂苷類(lèi)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充GL55可以改變大鼠腸道菌群組成，增加瘤胃球菌屬等有益菌的相對(duì)豐度，降低有害菌(如梭菌屬)的相對(duì)豐度，因此，當(dāng)活性成分進(jìn)入機(jī)體后，會(huì)對(duì)腸道菌群產(chǎn)生影響，促使有益菌增多，減少有害菌數(shù)量，維持腸道內(nèi)環(huán)境平衡(表1)。因此，研究靈芝中活性成分如何調(diào)控腸道菌群具有重大意義。CHANG等[33]用靈芝提取物喂養(yǎng)高脂小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)靈芝提取物可以降低小鼠體內(nèi)厚壁菌門(mén)/擬桿菌門(mén)相對(duì)豐度的比例，而且還能保護(hù)腸道黏膜完整性；通過(guò)收集正常小鼠糞便再將其移植到肥胖小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)糞菌移植能夠緩解肥胖小鼠的癥狀，這與靈芝提取物發(fā)揮作用相一致。

表1 靈芝藥理作用與主要活性成分及腸道菌群的變化
Table 1 Pharmacological action and main active components of G. lucidum and changes of intestinal microbiota

2.3 靈芝調(diào)控腸道菌群降血糖作用

近年來(lái)，隨著人們生活水平的改善，糖尿病已成為威脅人類(lèi)健康的慢性疾病。開(kāi)發(fā)新型、高效、安全的降糖藥物或具有輔助效果的功能性食品，對(duì)臨床治療或改善糖尿病具有重大意義。有研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失調(diào)是2型糖尿病患者的表現(xiàn)癥狀之一，同時(shí)糖尿病也伴隨炎癥產(chǎn)生[40]。目前，已證實(shí)GLP具有良好的降血糖活性，其機(jī)制主要是修復(fù)損傷的胰島細(xì)胞、調(diào)節(jié)關(guān)鍵胰島素蛋白信號(hào)通路、調(diào)節(jié)腸道菌群等[41]。MENG等[42]研究由高脂飲食造模成功的糖尿病小鼠經(jīng)GLP喂養(yǎng)一段時(shí)間各項(xiàng)指標(biāo)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠血糖、血脂水平顯著下降，且胰島素分泌量顯著增加；也有研究發(fā)現(xiàn)小腸中α-葡萄糖苷酶經(jīng)靈芝多肽作用后活性可得到抑制，從而降低血液中葡萄糖含量。丁翹[31]探究了PSG基于腸道菌群改善2型糖尿病大鼠的高血糖癥狀，通過(guò)16S rRNA高通量測(cè)序檢測(cè)PSG對(duì)大鼠腸道菌群的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PSG能顯著促進(jìn)雙歧桿菌屬、糞球菌屬等有益菌的增長(zhǎng)，抑制腸球菌屬、明串珠菌屬等有害菌的生長(zhǎng)，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)PSG不能在胃腸道中完全消化吸收，主要被腸道微生物降解成SCFA，從而改善2型糖尿病。CHEN等[34]通過(guò)注射鏈脲佐菌素結(jié)合高脂飲食構(gòu)建2型糖尿病小鼠模型，探究GLP對(duì)糖尿病小鼠的改善作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)GLP處理后可以降低大鼠體內(nèi)瘤胃球菌屬、變形桿菌等有害菌的數(shù)量，增加擬桿菌等有益菌的數(shù)量，因此，GLP可以將糖尿病大鼠體內(nèi)紊亂的腸道菌群恢復(fù)至正常水平，最終使血糖恢復(fù)正常水平。綜上可知，靈芝發(fā)揮降血糖作用主要與引起血糖升高的腸道菌群密切相關(guān)，通過(guò)促使有益菌的增加和有害菌的減少?gòu)亩_(dá)到降血糖的目的。

2.4 靈芝調(diào)控腸道菌群降血脂作用

高脂血癥是一個(gè)備受全球關(guān)注的公共衛(wèi)生問(wèn)題，臨床癥狀主要表現(xiàn)為血清總膽固醇(total cholesterol，TC)、甘油三酯(triglyceride，TG)、低密度脂蛋白(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)水平異常升高[43]。膽汁酸是脂質(zhì)和膽固醇代謝的主要產(chǎn)物，諸多研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)代謝和膽汁酸平衡會(huì)受腸道菌群的影響進(jìn)而對(duì)人體健康產(chǎn)生影響，高脂血癥通常會(huì)伴隨腸道菌群失調(diào)，而腸道菌群失調(diào)紊亂又可能進(jìn)一步加重脂代謝癥狀[44]。XU等[35]研究表明GLP可以通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥因子和小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)高脂小鼠對(duì)胰島素抵抗的敏感性，小鼠經(jīng)過(guò)高脂飼料喂養(yǎng)后其腸道中與胰島素抵抗相關(guān)的放線(xiàn)菌科、明串珠菌屬相對(duì)豐度增加，而與抗炎有關(guān)的毛螺旋菌屬、艾克曼菌相對(duì)豐度減少。有研究發(fā)現(xiàn)，給予高脂小鼠靈芝多糖肽，可以降低小鼠血清中TG、TC、LDL-C水平，抑制肝臟脂肪蓄積，宏基因組學(xué)分析得出，高脂小鼠體內(nèi)腸道菌群相對(duì)豐度發(fā)生了顯著改變，其中擬桿菌數(shù)量顯著增加，膽汁酸代謝加快，從而改善脂質(zhì)代謝紊亂[45]。GUO等[36]通過(guò)95%乙醇對(duì)靈芝進(jìn)行提取，得到三萜類(lèi)化合物(GL95，主要是靈芝酸)對(duì)高脂小鼠補(bǔ)充GL95后改善了其高血脂癥狀，表明靈芝三萜類(lèi)化合物可以作為潛在治療或改善高脂血癥的新型功能食品。

2.5 靈芝調(diào)控腸道菌群增強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)作用

研究發(fā)現(xiàn)靈芝對(duì)非特異性免疫和特異性免疫都有一定的作用效果，靈芝不同部位以及提取液都具有免疫調(diào)節(jié)作用。腸道菌群與機(jī)體免疫功能密不可分，楊開(kāi)等[37]發(fā)現(xiàn)破壁與未破壁靈芝孢子粉中的低聚糖可以增加雙歧桿菌、乳酸菌屬等有益菌數(shù)量，增加SCFA含量，調(diào)節(jié)腸道菌群功能；楊旭[46]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明GLP及其水解物可以影響腸道菌群代謝產(chǎn)物SCFA，從而增強(qiáng)腸黏膜免疫功能。

2.6 靈芝調(diào)控腸道菌群抗腫瘤作用

靈芝所含活性成分復(fù)雜，其抗癌機(jī)理目前尚不明確。普遍認(rèn)為靈芝能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)使其凋亡、影響腫瘤代謝、抑制腫瘤血管生成作用、調(diào)節(jié)腸道菌群等機(jī)理來(lái)發(fā)揮抗腫瘤作用[47]。目前，GLP[48]、GLT[49]和甾醇類(lèi)[50]已被證實(shí)具有抗腫瘤作用。SU等[38]建立了乳腺癌小鼠模型，通過(guò)16S rRNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)赤芝孢子粉多糖可以改善由紫杉醇引起的腸道微生物群失調(diào)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)類(lèi)桿菌屬、瘤胃球菌屬等5個(gè)屬細(xì)菌豐度明顯增加，而增加腫瘤風(fēng)險(xiǎn)的菌屬——臭桿菌屬、脫硫弧菌豐度降低；張莘莘[51]研究PSG-1對(duì)S180荷瘤小鼠體內(nèi)抗腫瘤作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)PSG-1通過(guò)G蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來(lái)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡從而發(fā)揮抗腫瘤活性。徐鳳姣等[52]體外實(shí)驗(yàn)也證明了靈芝醇提物與腫瘤細(xì)胞相互作用后，腫瘤細(xì)胞受到了抑制。目前對(duì)靈芝通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群來(lái)發(fā)揮抗腫瘤作用研究甚少，在臨床上通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群來(lái)增強(qiáng)機(jī)體免疫力，最終達(dá)到輔助腫瘤治療的目的是今后的研究方向。

2.7 靈芝調(diào)控腸道菌群保肝作用

肝臟不僅參與物質(zhì)和能量代謝，也參與生物解毒等過(guò)程[53]。肝損傷疾病是目前發(fā)病率比較高的疾病，若惡化發(fā)展可能導(dǎo)致肝癌，而臨床治療肝損傷的藥物具有一定的副作用，靈芝作為天然的食藥用菌，在臨床中輔助治療肝炎、肝硬化等疾病發(fā)揮了作用，因此研發(fā)天然藥物保護(hù)肝損傷成為必然趨勢(shì)。ZHU等[54]研究發(fā)現(xiàn)GLP可以增加2型糖尿病小鼠中肝糖原水平，通過(guò)增加SCFA來(lái)改善2型糖尿病小鼠肝損傷癥狀；江國(guó)勇[39]研究發(fā)現(xiàn)PSG可以改善丙烯酰胺誘導(dǎo)肝損傷大鼠腸道菌群紊亂的狀況，通過(guò)增加瘤胃球菌屬、乳酸桿菌相對(duì)豐度，降低普氏菌屬相對(duì)豐度，從而產(chǎn)生護(hù)肝效果。

2.8 其他作用

此外，靈芝還具有延緩衰老、改善睡眠、緩解疼痛等作用。研究發(fā)現(xiàn)，GLP和GLT均可清除體內(nèi)自由基，減少自由基對(duì)機(jī)體的損傷、減少皮膚老化，從而達(dá)到延緩衰老的目的[5]。靈芝提取物能明顯緩解小鼠疼痛的癥狀，主要通過(guò)加強(qiáng)巴比妥類(lèi)藥物對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制作用，達(dá)到延緩小鼠疼痛出現(xiàn)時(shí)間[55]。樸瑋等[56]研究表明，破壁靈芝孢子粉和靈芝全活性物質(zhì)能改善小鼠睡眠。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，靈芝中所含的生物活性成分及藥理作用受到國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，靈芝作為一種名貴的食藥用菌，其化學(xué)成分復(fù)雜，發(fā)揮藥理作用機(jī)制尚不明確。目前，對(duì)靈芝的研究主要集中在多糖類(lèi)、三萜類(lèi)物質(zhì)，由于分離制備單一活性物質(zhì)難度較大，所得組分的結(jié)構(gòu)和藥理作用有待明確，因此不能滿(mǎn)足工業(yè)化大批量生產(chǎn)需求，這嚴(yán)重制約了研發(fā)靈芝高端產(chǎn)品和靈芝國(guó)際化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

目前關(guān)于“靈芝活性成分-腸道菌群-機(jī)體代謝”三者之間的關(guān)系對(duì)腸道健康、相關(guān)代謝疾病的作用機(jī)制需進(jìn)一步深入研究。如：靈芝活性成分介導(dǎo)腸道菌群發(fā)揮作用機(jī)制、調(diào)控腸道菌群對(duì)靈芝活性成分的影響、靈芝活性成分發(fā)揮藥理作用后對(duì)腸道菌群的影響仍需進(jìn)一步探索。此外，靈芝在腫瘤、高血糖、高血脂、心血管疾病中與腸道菌群相互作用分子機(jī)制有待深入研究，為更好地利用靈芝這一寶貴的自然資源提供理論依據(jù)。