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)在我國主要分布在華北、西北、華南等地區(qū)，屬擔(dān)子菌亞門、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[2]。研究發(fā)現(xiàn)多糖類、三萜類、生物堿類、微量元素、甾醇類等[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，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)，超過人體細(xì)胞總數(shù)的10倍[6]。腸道菌群主要包括厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)，這兩大類菌所占比例高達(dá)90%，另外還包含少量的變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、梭桿菌門(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[13]。有研究表明，GLP的結(jié)構(gòu)與其藥理作用密切相關(guān)，一般來說，多糖主鏈越長，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、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)合酶來輔助提取。

1.2 靈芝三萜類化合物

赤芝三萜類化合物(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GLT是一類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。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的三萜類化合物約有300多種,如靈芝酸類(靈芝酸A、靈芝酸B)、靈芝醇類、赤芝孢子內(nèi)酯等[17]。

GLT的提取方法與多糖提取方法類似，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，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、無有機(jī)溶劑殘留的優(yōu)點(diǎn)。通過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 甾醇類化合物

靈芝中所含甾醇類化合物含量高，主要包括靈芝甾醇、羊毛甾醇類化合物、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種類型[21]，一般通過紫外分光光度法或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

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

靈芝子實(shí)體中含有人體需要的必需氨基酸，如：谷氨酸、賴氨酸、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、三萜類化合物、甾醇類化合物，這些活性成分進(jìn)入機(jī)體后，小分子活性物質(zhì)(三萜類、甾醇類)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)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程。HU等[32]用55%乙醇提取靈芝活性成分，通過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，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/擬桿菌門相對(duì)豐度的比例，而且還能保護(hù)腸道黏膜完整性；通過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，隨著人們生活水平的改善，糖尿病已成為威脅人類健康的慢性疾病。開發(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，抑制腸球菌屬、明串珠菌屬等有害菌的生長，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)，通過促使有益菌的增加和有害菌的減少從而達(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可以通過調(diào)節(jié)炎癥因子和小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)高脂小鼠對(duì)胰島素抵抗的敏感性，小鼠經(jīng)過高脂飼料喂養(yǎng)后其腸道中與胰島素抵抗相關(guān)的放線菌科、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95%乙醇對(duì)靈芝進(jìn)行提取，得到三萜類化合物(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)理來發(fā)揮抗腫瘤作用[47]。目前，GLP[48]、GLT[49]和甾醇類[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G蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來誘導(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)靈芝通過調(diào)節(jié)腸道菌群來發(fā)揮抗腫瘤作用研究甚少，在臨床上通過調(diào)節(jié)腸道菌群來增強(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，通過增加SCFA來改善2型糖尿病小鼠肝損傷癥狀；江國勇[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，主要通過加強(qiáng)巴比妥類藥物對(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

近年來，靈芝中所含的生物活性成分及藥理作用受到國內(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、三萜類物質(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)。