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食药用菌多糖调控胃肠道功能

发表时间:2024-10-12 09:05

胃肠道从口腔延伸到胃、小肠和大肠,是食物摄取、消化、吸收和排泄的场所。此外,胃肠道黏膜屏障在分隔体内与外界环境方面起着至关重要的作用,通过胃肠道病原体、胃肠道微生物群、胃肠道黏液和黏膜之间的相互作用,维持胃肠道内稳态与健康功能。胃肠道微生物群数量众多、功能复杂,其中大肠是微生物群落最大的宿主场所。胃肠道微生物组可以产生影响宿主生理学和病理学的多种化学物质,从而发挥许多重要的功能,包括抵御病原体、改变营养物质的消化和吸收、生产维生素B和K等必需的营养物质,以及调节免疫功能。同样,胃对机体的保护屏障也发挥着重要的作用。有研究证实,微生物群在健康和患病的胃中都发挥着重要作用。然而,针对胃黏膜屏障,尤其是胃菌群在调节人体健康中发挥的重要作用往往被忽视。

食药用菌中含有丰富的生物活性化合物,如生物碱、类固醇、多酚、多糖、脂肪酸、微量营养素、矿物质、维生素等。而多糖是食药用菌中最重要的生物活性化合物之一,具有良好的营养和治疗特性。通常来说,多糖是由10个及以上的单糖组成的生物活性大分子。近年研究发现,食药用菌多糖虽然难以被机体消化吸收,但具有多种生物学功能,而其发挥作用的主要场所很可能在胃肠道。多糖不仅可以被肠道微生物发酵利用,还可以刺激各类淋巴细胞,从而激活胃肠道免疫屏障发挥免疫作用,进而维持正常胃肠道功能。此外,食药用菌多糖的摄入也会引起肠道微生物群及微生物代谢产物的变化,从而影响宿主免疫系统,降低疾病风险。


食药用菌多糖调节

胃部健康功效及作用机制




近年来,大量研究证实食药用菌多糖具有调节胃部健康的功效,主要表现在以下四个方面:

(1)具有清除胃幽门螺旋杆菌(HP)的功效,抑制幽门螺旋杆菌的增殖,削弱幽门螺旋杆菌与胃部细胞之间的黏附作用;

(2)具有保护胃黏膜损伤及胃溃疡的功效,在抗氧化、抗炎方面有很好的促进作用;

(3)具有抗癌功效,具有一定的抗肿瘤活性,还可制成毒副作用较小的天然抗肿瘤药物。表1总结了食药用菌多糖保护胃健康的作用机制及效果。


近年来,大量研究证实食药用菌多糖具有调节胃部健康的功效,主要表现在以下四个方面:

(1)具有清除胃幽门螺旋杆菌(HP)的功效,抑制幽门螺旋杆菌的增殖,削弱幽门螺旋杆菌与胃部细胞之间的黏附作用;

(2)具有保护胃黏膜损伤及胃溃疡的功效,在抗氧化、抗炎方面有很好的促进作用;

(3)具有抗癌功效,具有一定的抗肿瘤活性,还可制成毒副作用较小的天然抗肿瘤药物。表1总结了食药用菌多糖保护胃健康的作用机制及效果。


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抑制胃幽门螺旋杆菌


幽门螺旋杆菌是一种革兰氏阴性、螺旋态、有鞭毛的细菌,由于其在胃酸环境下生存能力很强,因此可以在人类胃中存活。HP感染是导致胃部疾病的常见感染之一,在发展中国家的感染率为70%~90%,在发达国家的感染率为25%~50%。幽门螺旋杆菌也是胃癌癌前病变的重要促进因素。猴头菇多糖提取物具有抗幽门螺旋杆菌活性。对猴头菇多糖提取物联合羟氨苄青霉素、甲硝唑、雷贝拉唑肠溶片三联治疗幽门螺杆菌相关性胃炎进行研究,发现其缓解腹痛和恶心的效果更为显著。此外,猪苓多糖可以通过抑制核因子κB(NF-κB)信号通路与炎症因子,对幽门螺旋杆菌感染的人胃黏膜上皮细胞系GES-1发挥抗炎保护作用。但关于食药用菌多糖抑制幽门螺旋杆菌的作用机制需要进一步完善。


保护胃黏膜损伤


由于压力、吸烟、酒精、营养缺乏、感染以及频繁使用非甾体类抗炎药等因素,可刺激胃炎、胃黏膜病理性变化进一步发展成为胃溃疡。大量研究证实食药用菌多糖能够形成凝胶或粘稠溶液,发挥强效的抗溃疡、抗炎等保护胃黏膜损伤的功能。在人胃黏膜上皮细胞系GES-1中,猴头菇多糖可以阻止过氧化氢(H2O2)诱导的细胞凋亡与氧化损伤,从而表现出良好的胃黏膜保护作用。此外,在毛细管划痕处理GES‐1细胞以模拟胃粘膜损伤中,灰树花多糖可以加速胃黏膜愈合,促进胃粘膜细胞增殖、迁移,从而修复胃粘膜。乙醇诱导的胃黏膜损伤是一种急性胃黏膜损伤模型。乙醇可诱导急性胃黏膜损伤,直接作用于胃黏膜,导致胃黏膜糜烂、出血、穿孔等,促进组织氧化应激,引发脂质过氧化增加,从而导致胃损伤。已有不少研究证实,猴头菇多糖可有效缓解乙醇诱导的小鼠、大鼠胃溃疡和急性损伤,主要通过增加胃黏膜血流量,促进胃黏膜自身的防御功能,激活修复和防御系统,减少炎症反应,减轻氧化损伤,缓解胃溃疡,促进细胞迁移以保护胃黏膜。其中,由猴头菇子实体中提取出的两种多糖β-葡聚糖H6PC20和α-杂多糖HPB-3虽然均具有胃保护活性,但研究发现大分子β-葡聚糖具有更好的修复和防御系统作用,而小分子α-杂多糖则侧重于抗炎作用,说明猴头菇多糖的胃保护活性差异可能与其结构有关。同样,茯苓多糖可以显著改善胃黏膜上皮细胞脱落、胃黏膜充血及腺体结构紊乱情况,且缓解炎性反应,从而缓解乙醇致小鼠急性胃黏膜损伤。黑木耳多糖在药物新斯的明致小鼠胃排空亢进中,可以促进小鼠的胃排空,对胃功能亢进产生拮抗作用。在水浸束缚引发应激性胃溃疡模型中,黑木耳多糖可以增加大鼠应激反应中胃酸水平,减少溃疡面积,从而起到保护胃黏膜组织的作用。此外,吲哚美辛诱导的胃溃疡模型也是一种急性胃黏膜损伤模型。一种生长在西孟加拉邦地区的野生食用菌,其多糖可以促进吲哚美辛胃溃疡小鼠伤口的愈合,降低髓过氧化物酶(MPO)活性,增加环加氧酶-1(COX-1)和环加氧酶-2(COX-2)的蛋白表达量,同时增加粘蛋白的含量。醋酸致慢性胃溃疡模型是一种溃疡深而大的慢性胃溃疡模型,应用较为广泛。研究发现平菇多糖可以促进醋酸诱导的胃溃疡模型大鼠胃的粘液合成和前列腺素含量,增强胃组织抗氧化能力,从而发挥胃黏膜保护作用。


抗胃癌作用


胃癌是最普遍的癌症类型之一,虽然近年来全球死亡率有所下降,但其预后很差。食药用菌多糖因其免疫调节特性,在抗肿瘤方面具有巨大的潜力。低分子量姬松茸多糖可以显著抑制人胃癌细胞BGC-823的生长和侵袭。主要由葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖和阿拉伯糖组成的平菇多糖在BGC-823细胞与植入癌细胞小鼠中均发挥抗癌作用,可以有效抑制癌细胞集落形成和侵袭能力,减少植入癌细胞小鼠的肿瘤重量和体积。此外,灵芝多糖主要含有L-岩藻糖,D-半乳糖,D-甘露糖及葡萄糖,能够有效促进胃癌细胞株MKN45及AGS的凋亡,减少胃癌细胞周期;抑制小鼠胃肿瘤的大小,减少胃癌细胞增值,且促进肿瘤细胞凋亡的敏感性。猪苓多糖可以有效阻断人胃黏膜上皮细胞系GES-1中胃黏膜上皮细胞向肠上皮化生的转变,具有一定的抗肿瘤潜力。


食药用菌多糖胃保护

活性作用机制


胃黏膜屏障与损伤是胃部疾病的共同发病机制,不仅涉及糜烂、溃疡等黏膜受损,同时也会导致胃肠动力、消化吸收、肠道微生态异常。食药用菌多糖可以通过各种潜在机制发挥胃保护作用,如增强胃黏膜屏障、激活胃黏膜免疫系统、调节胃菌群等。胃黏膜上皮表面存在的胃粘液,可以形成粘液屏障,具有特定防御功能。食药用菌多糖可以促进胃粘液的合成,增强胃组织抗氧化能力,从而增强胃黏膜屏障。胃黏膜免疫系统,包括肥大细胞、巨噬细胞和T淋巴细胞等,可以感受异体或有害成分,形成炎症性反应。食药用菌多糖能够有效地改善胃黏膜上皮细胞脱落,激活修复和防御系统,减少炎症反应,发挥抗溃疡、抗炎作用。人体胃肠道中有着丰富的菌群,其中肠道中的菌群更加多样,胃中菌群受到胃中低pH、高胆汁浓度以及快速蠕动的特点影响,种类和肠道相比较为有限,胃环境中的链球菌属、罗氏菌属等为优势菌属。近年来,人们也开始认识到正常稳定的胃菌群对于人体免疫等诸多机体生理功能有着不可或缺的作用。钟千贵等通过体外培养的方法,发现不同浓度梯度的猴头菇多糖对于嗜热链球菌、青春双歧杆菌、保加利亚乳杆菌的生长繁殖具有一定的促进作用。


食药用菌多糖

调节肠道健康功效及作用机制




黏膜是胃肠道的最内层,包括定植的微生物、主要由吞咽细胞分泌的粘液层、单层上皮细胞以及存在大量免疫细胞和淋巴管的底层固有膜。而肠黏膜可以通过肠上皮细胞间的紧密连接(物理屏障)、粘液层、消化液、抗菌肽(化学屏障)、肠道黏膜免疫系统(免疫屏障)和肠道菌群(生物屏障)发挥肠道健康保护作用。食药用菌一直被认为是有效的天然免疫调节剂,可以维持肠道稳态、保护肠道屏障。已有大量研究证实,食药用菌多糖具有调节肠道菌群与维持肠道稳态、改善炎症性肠病、缓解肠癌等多种健康功效。


调节肠道菌群

与维持肠道稳态


肠道中分布着数以万亿计的微生物,包括至少1000种不同的细菌,对人类健康至关重要。肠道菌群与机体处于平衡关系,当受到宿主或外界环境的影响时,就可能打破这种平衡,导致肠道微生态系统的紊乱,从而产生疾病。食药用菌多糖作为不可消化的碳水化合物,可以到达直肠和结肠,作为益生元影响肠道微生物的群落组成和多样性。例如,在体外发酵模型中,金针菇多糖可以调控肠道微生物群的构成,如促进双歧杆菌科和拟杆菌科的生长,减少毛螺菌科和肠球菌科的数量。同样,银耳多糖可以增加体外肠道微生物中考拉杆菌属、拟杆菌属和毛梭菌属的相对丰度。在动物模型中,香菇多糖可以增加肠道生态失调的哲罗幼鱼肠道中有益细菌(如乳杆菌科、毛螺菌科和瘤胃球菌科)的相对丰度,减少有害细菌(如肠杆菌科、梭杆菌科和黄杆菌科)的相对丰度。猴头菇多糖和杏鲍菇多糖均能够增加小鼠结肠和盲肠内容物中短链脂肪酸(SCFAs)的含量,降低肠道pH值,从而改善肠道健康。黑木耳多糖和金针菇多糖也具有相似效果,且减少小鼠厚壁菌门/拟杆菌门比率,增加卟啉单胞菌科和拟杆菌科的相对丰度。SCFAs是肠道菌群的代谢产物,具有调节免疫系统、抑制炎症以及调节结肠细胞通透性和肠屏障功能等特性。茶树菇多糖可以有效改善抗生素诱导的小鼠肠道菌群失衡。在小鼠免疫抑制模型中,灵芝多糖可以有效改善其小肠组织形态、小肠绒毛长度、隐窝深度,增强肠道免疫功能,增加粪便中SCFAs排出量,增强免疫抑制小鼠的肠黏膜屏障功能。冬虫夏草多糖可以显著改善环磷酰胺导致的小鼠小肠肠道损伤,调节肠道免疫,改善结肠菌群结构,促进肠道健康。总之,补充食药用菌多糖可以改善肠道形态,增强肠黏膜屏障功能,调节肠道微生物的群落丰度和结构组成,促进肠道稳态平衡,具有改善肠道健康的潜力(表2)。


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改善炎症性肠病


炎症性肠病作为一种慢性炎性疾病,临床上根据病理类型可分为克罗恩病、溃疡性结肠炎和未定型结肠炎。相关报道认为,其发病原因可能与环境、遗传、菌群改变、免疫系统损伤等有关。溃疡性结肠炎是影响人类生活质量和威胁健康的主要疾病之一,目前相关研究较多。在动物模型中,通常采用乙酸、三硝基苯磺酸(TNBS)、恶唑酮(OXZ)和葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导溃疡性结肠炎。而天然的食药用菌多糖可发挥明显的抗炎活性,在改善炎症性肠病的症状方面具有很大的潜力(表3)。在乙酸诱导的溃疡性结肠炎大鼠模型中,猴头菇多糖能够调节肠道菌群的多样性与丰富度,促进短链脂肪酸的生成,以及减少促炎因子的分泌,且其抗结肠炎的作用机制可能与增加线粒体膜电位相关。在TNBS引发的炎症性肠病模型中,猴头菇多糖和茯苓多糖均可发挥抗炎作用,有效减轻相关症状。在OXZ诱导的溃疡性结肠炎模型中,灰树花多糖可以通过增加结肠长度,提高白细胞、血小板和中性粒细胞水平,抑制促炎细胞因子,体现出抗炎活性。目前,采用DSS诱导建立溃疡性结肠炎的研究较多,食药用菌多糖主要通过调节肠粘膜屏障、肠粘膜免疫反应、肠道菌群及其代谢产物等三个方面发挥抗溃疡性结肠炎的作用。保护肠粘膜屏障的稳态和促进肠粘膜屏障的愈合对于改善抗溃疡性结肠炎至关重要。紧密连接是肠粘膜屏障的重要组成结构,主要由咬合蛋白、闭合蛋白、连接黏附分子(JAM)和闭锁小带蛋白1(ZO-1)组成。溃疡性结肠炎动物模型中,相邻细胞膜之间紧密连接遭到破坏。然而,食药用菌多糖,如桦褐孔菌、竹荪、灵芝、金针菇、血红密孔菌、姬松茸、花菇、猴头菇等均能促进动物体内紧密连接蛋白的表达,还可以减轻肠绒毛的损伤。溃疡性结肠炎还会导致肠道粘膜的通透性增加,从而使肠道病原体及其有害代谢产物进入全身循环,从而导致过度氧化应激和炎症。黑木耳多糖、银耳多糖和紫皮灵芝多糖都可以通过降低肠粘膜通透性,恢复肠上皮屏障的完整性,改善肠粘膜免疫屏障。肠粘膜免疫紊乱是溃疡性结肠炎发病的核心因素。食药用菌多糖主要通过调节免疫细胞、细胞因子和炎症信号通路来改善溃疡性结肠炎条件下的粘膜免疫反应。提取自杏鲍菇、银耳、三黄菇、杏鲍菇、巴楚蘑菇、猴头菇等食药用菌的多糖均可以通过增加抗炎因子水平和抑制促炎因子以保护肠上皮屏障,维持肠粘膜免疫功能。


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缓解肠癌


近年来,我国结直肠癌发病率逐年增长,是最常见的恶性肿瘤之一。食药用菌多糖可以通过激活自然杀伤细胞、巨噬细胞和T细胞从而发挥免疫调节功效,并且可以改善肠道代谢,表现出很强的抗肿瘤活性(表4)。例如,在氧化偶氮甲烷(AOM)/DSS诱发的结直肠原位癌小鼠模型中,云芝多糖可有效辅助结直肠癌放疗,减小结直肠癌的肿瘤体积,延长小鼠生存时间。灵芝多糖能够有效降低结直肠癌小鼠的死亡率,主要通过改善微生物群失调、增强肠道屏障功能、调节肠道免疫与内毒素血症等机制发挥抗肿瘤作用。此外,灰树花多糖和桦褐孔菌多糖能够通过激活免疫反应以抑制结肠癌的发展。最新的研究发现,杨树桑黄多糖可以通过增强1型T辅助细胞(Th1)功能和降低2型T辅助细胞(Th2)细胞的抑制作用,从而重塑肠道微生物群和L-精氨酸代谢,从而在Apc Min/+小鼠中发挥抗肿瘤作用。


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结语



综上所述,食药用菌多糖对于胃肠道功能具有有效的保护作用。在保护胃健康方面,食药用菌多糖可以有效抑制幽门螺旋杆菌,通过抗溃疡、抗炎、抗氧化、拮抗胃功能亢进等作用保护胃黏膜损伤,并且具有一定的抗胃肿瘤作用。此外,其在调节胃菌群以发挥胃黏膜保护作用方面也具有一定的潜力。在保护肠道健康方面,食药用菌多糖具有维持肠道内稳态、增强肠道屏障、炎症性肠病、抗肿瘤作用等多种健康功效,其作用机制主要包括抗氧化、拮抗胃功能亢进、抗炎、调节胃肠道菌群及肠道代谢产物、增强胃肠道黏膜屏障等多种途径(图1)。



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食药用菌多糖可作为益生元,在增强胃肠道免疫及健康功能方面发挥重要作用。然而,未来有关食药用菌多糖调节胃肠道健康的功效和作用机制,仍需进行深入研究。食药用菌多糖种类繁杂、结构多样,对于不同结构组成的胃肠道菌群的影响更为复杂,探究多糖的构效关系仍然面对许多挑战。此外,食药用菌多糖在疾病的预防和治疗应用尚未成熟,未来应继续挖掘其在功能食品、美容护肤品等大健康产业的应用,发挥其巨大的市场潜力。


参考资料:

[1]刘建辉,戴燚,岳玉玲,等.食药用菌多糖调控胃肠道功能的研究进展[J].食品科学.









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