梁世偉,王洪凱

(1.浙江中醫(yī)藥大學(xué),浙江 杭州 310053; 2.浙江大學(xué) 生物技術(shù)研究所,浙江 杭州 310058)

蟬花是我國(guó)的一種傳統(tǒng)中藥,民間對(duì)其保健作用很早就有認(rèn)識(shí),在我國(guó)具有悠久的食藥兩用的應(yīng)用歷史。現(xiàn)代科學(xué)研究證實(shí)蟬花是由真菌寄生蟬若蟲(chóng)后,生長(zhǎng)發(fā)育成的菌-蟲(chóng)復(fù)合體[1]。目前,蟬花是僅次于冬蟲(chóng)夏草和蛹蟲(chóng)草的蟲(chóng)草屬中的食藥用真菌[2]。近年來(lái)與冬蟲(chóng)夏草面臨的情況相似,隨著大量采集,野外蟬花數(shù)量已經(jīng)大量減少,因而人工培養(yǎng)是重要的補(bǔ)充。隨著人們對(duì)中醫(yī)藥在生命健康中作用的重視,蟬花的研究也比較迅速。本文對(duì)蟬花在科學(xué)分類、藥用成分及其治病機(jī)理、分子遺傳方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 蟬花的分類地位

蟬花是我國(guó)的傳統(tǒng)中藥,是麥角菌科真菌寄生山蟬(Cicadaeflammata)等的若蟲(chóng)后形成的菌-蟲(chóng)復(fù)合體,與冬蟲(chóng)夏草同屬[1]。蟬花真菌的有性態(tài)(Cordycepscicadae)在自然界很少見(jiàn)到,實(shí)際中采集到的多是其無(wú)性態(tài)。1838年Miquel將蟬花真菌的無(wú)性態(tài)定名為蟬棒束孢菌(Isariacicadae),1895年Massee在研究有性態(tài)-無(wú)性態(tài)的聯(lián)系中,將Isariacicadae作為C.cicadae(Miq.)的異名,命名為大蟬草[Cordycepscicadae(Miq.) Massee][3]。

由于蟬花在日本、韓國(guó)等地作為藥用菌廣泛應(yīng)用,其后出現(xiàn)了多種同物異名,如C.cicadaeS.Z. Shing、IsariacicadaeMiq.、C.cicadae(Miq.) Massee、I.sinclairii(Berk.) Lloyd、Paecilomycescicadae(Miq.) Samson以及Ophiocordycepssobolifera(Hill ex Watson)G.H. Sung et al. 等[4]。1974年,Samson對(duì)棒束孢菌及其近似種進(jìn)行研究,將分生孢子梗瓶形、向上突然變細(xì)呈細(xì)長(zhǎng)頸且分生孢子成鏈的棒束孢移入擬青霉屬,相應(yīng)地,蟬花菌的無(wú)性態(tài)命名為蟬擬青霉[Paecilomycescicadae(Miq.) Samson][5]。2005年Luangsa-Ard等[6]根據(jù)微管蛋白和ITS rDNA的序列,分析擬青霉屬和棒束孢屬的進(jìn)化關(guān)系,認(rèn)為這兩個(gè)屬的真菌進(jìn)化上區(qū)分明顯,將包括蟬擬青霉在內(nèi)的10個(gè)種歸入棒束孢屬,因此,蟬花真菌的無(wú)性態(tài)階段應(yīng)該為蟬棒束孢菌(IsariacicadaeMiq.)。

在2011年學(xué)術(shù)界已經(jīng)把“一種真菌一個(gè)名稱”作為共識(shí),在蟬花的分類上,由于其有性態(tài)在自然界很少見(jiàn)到,推薦用I.cicadae作為蟬花的科學(xué)名稱。但2017年,Kepler等[3]在對(duì)蟲(chóng)草科(Cordycipitaceae)的模式標(biāo)本進(jìn)行細(xì)致研究的基礎(chǔ)上,認(rèn)為蟲(chóng)草屬名稱比棒束孢屬更早確立,并被更廣泛應(yīng)用,提出用蟲(chóng)草屬(Cordyceps)替代棒束孢屬(Isaria)。2020年,Zha等[7]對(duì)世界各地以Isariacicadae或其異名命名的標(biāo)本細(xì)致研究,在分析了84個(gè)菌株的ITS序列的基礎(chǔ)上,認(rèn)為蟬花是蟲(chóng)草屬中一個(gè)獨(dú)立的種,而I.cicadae是巴西的標(biāo)本命名的,I.sinclairii是以新西蘭的標(biāo)本命名,沒(méi)有DNA數(shù)據(jù),因而作為異名比較合適。鑒于蟬花和Cordycepscicadae被廣泛接受并應(yīng)用,認(rèn)為恢復(fù)用Cordycepscicadae(Miq.) Massee作為蟬花的科學(xué)名稱。

由于蟬花菌的有性態(tài)很難見(jiàn)到,其有性態(tài)-無(wú)性態(tài)聯(lián)系方面的資料很少,對(duì)于蟬花菌的有性態(tài)的學(xué)名,在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用中長(zhǎng)期混亂,曾有蟬蟲(chóng)草CordycepscicadaeMassee(Massee 1895)、小蟬草Cordycepssobolifera、大蟬草(地方名“獨(dú)角龍”)CordycepscicadaeShing(TolypocladiumdujiaolongaeY.P. Cao &C.R. Li)及小林蟲(chóng)草CordycepskobayasiiKoval等名稱。李增智等[8-9]在井岡山采集到了一份標(biāo)本,其上既有蟬花有性型,也有無(wú)性型。他們采用多基因位點(diǎn)DNA片段序列分析,認(rèn)為I.cicadae是物種復(fù)合群,而歷史上曾被誤認(rèn)為是蟬花有性態(tài)的小蟬草和大蟬草(獨(dú)角龍彎頸霉)都不屬于蟬花所在的蟲(chóng)草科。他們根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)上其標(biāo)本的位置,將其作為一個(gè)新種并命名為Cordycepschanhua。關(guān)于蟬花菌有性-無(wú)性態(tài)聯(lián)系及其在科學(xué)分類中的作用,還需要做更深入的研究。

2 蟬花的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 蟬花的藥用實(shí)踐

蟬花是生活在土壤中的真菌-蟬復(fù)合體,其藥用部分包括兩部分: 地上部分為真菌子實(shí)體(子座),地下部分為菌核(蟬蛹中充滿了真菌的菌絲體)。蟬花廣泛分布于中國(guó)、南亞、韓國(guó)濟(jì)州島、北美、歐洲[7]。作為藥食兩用菌,蟬花在我國(guó)公元5世紀(jì)的南北朝時(shí)期就有記載[5],其藥用和保健應(yīng)用比冬蟲(chóng)夏草早3個(gè)多世紀(jì)。野外采到此菌后,去掉表面泥土,曬干研成粉末即可藥用[1]。中國(guó)早期的醫(yī)藥著作中記載,蟬花長(zhǎng)期以來(lái)一直被用于治療疲勞、夜汗、發(fā)燒、兒童驚厥、心悸和頭暈。由于冬蟲(chóng)夏草對(duì)腎病中的治療作用,價(jià)格越來(lái)越昂貴,因此,在臨床上有研究者將蟬花用于冬蟲(chóng)夏草的替代試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)效果近似,由此引發(fā)學(xué)術(shù)界對(duì)蟬花研究的重視?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn),蟬花的功效與冬蟲(chóng)夏草近似,在慢性腎病、免疫調(diào)節(jié)、癌癥治療方面都有效果[10],還用于哮喘的治療[11]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究還表明,蟬花具有抗腫瘤、抗疲勞、抗炎、免疫調(diào)節(jié)、鎮(zhèn)痛、保護(hù)腎臟和鎮(zhèn)靜作用,動(dòng)物試驗(yàn)還顯示其有延長(zhǎng)壽命的作用[8]。

2.2 蟬花菌在其他方面的應(yīng)用研究

蟬花作為一種蟲(chóng)生真菌,可寄生多種害蟲(chóng)。蟬花的分生孢子對(duì)小菜蛾、桃蛀果蛾、菜粉蝶等鱗翅目昆蟲(chóng)有防治作用,對(duì)小菜蛾的致病性達(dá)70%[11]。蟬花的分生孢子和發(fā)酵液對(duì)蠶豆蚜、甘藍(lán)蚜、白粉虱等同翅目害蟲(chóng)有防治作用[4],還具有殺線蟲(chóng)作用,可用于開(kāi)發(fā)防治植物病蟲(chóng)害的生防制劑。作為具有腐生作用的真菌,蟬花菌可以降解除草劑,修復(fù)除草劑污染的土壤[12]。發(fā)酵產(chǎn)物可以開(kāi)發(fā)成生物絮凝劑,用于水污染物的生物處理[13]。對(duì)動(dòng)物也有保健作用,飼料中添加蟬花菌發(fā)酵產(chǎn)物,可提高肉雞的生長(zhǎng)性能,改善機(jī)體抗氧化狀態(tài),有利于提高雞肉品質(zhì)[14]。

3 蟬花的藥用成分及其作用

3.1 蟬花的藥用成分研究

蟬花具有與冬蟲(chóng)夏草和蛹蟲(chóng)草相似的生物活性物質(zhì)和藥用價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn),蟬花粗提物具有腎臟保護(hù)、肝臟保護(hù)、神經(jīng)保護(hù)和抗癌作用[15]。丁醇提取物具有明顯抗氧化、消除活性氧的作用,乙醇提取物有抗癌效果[2]。液體培養(yǎng)產(chǎn)生的麥角甾醇過(guò)氧化物具有抗癌效果[16]。此外,還從蟬花中分離得到一些具有抗細(xì)菌和線蟲(chóng)活性的化合物[2]。

許多生物活性物質(zhì)從蟬花菌中分離鑒定出來(lái),如腺苷、真菌多糖、麥角甾醇、蟲(chóng)草素、多球殼菌素、肉豆蔻苷、過(guò)氧化麥角甾醇、核苷等[8,17],并不斷有新的活性物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)[18-20]。其中多種種活性物質(zhì),包括多糖、蟲(chóng)草素、過(guò)氧化麥角固醇、蟲(chóng)草菌素和白僵菌素等對(duì)多種細(xì)胞具有抗癌作用。此外,N6-(2-羥乙基)-腺苷[N6-(2-hydroxyethyl)-adenosine, HEA]具有保護(hù)肝臟、保護(hù)腎臟和抗糖尿病的作用[21]。腺苷、蟲(chóng)草素和丁醇提取物具有神經(jīng)保護(hù)作用。

3.2 蟬花的藥用機(jī)理

3.2.1 利用細(xì)胞系體外研究蟬花提高免疫、抗癌的機(jī)理

隨著研究的深入,蟬花菌的藥理機(jī)制不斷被揭示出來(lái)。實(shí)驗(yàn)室中可以用特定的細(xì)胞系在體外檢測(cè)蟬花菌的藥理作用。蟬花菌可以調(diào)節(jié)T細(xì)胞的免疫活性,抑制肺癌和黑色素瘤的生長(zhǎng)[22],抑制T-淋巴細(xì)胞的增殖[10]。一種被稱為PCIPS3的蟬花多糖對(duì)2,2-二苯基-1-吡啶酰肼自由基、超氧自由基、羥基自由基、ORAC自由基具有良好的清除能力,并具有中等的免疫調(diào)節(jié)活性[23]。蟬花產(chǎn)生的白僵菌素(beauvericin)對(duì)人白血病細(xì)胞系和人肺癌細(xì)胞系具有明顯的細(xì)胞毒性[24]。蟬花菌水提取物可以抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[25]。蟬花孢子破壁后,釋放出多種活性成分,具有抗腫瘤潛力[26]。

Xu等[27]研究了蟬花多糖對(duì)Hela細(xì)胞增殖和細(xì)胞毒性的影響。研究表明,蟬花多糖可抑制Hela細(xì)胞的增殖,阻斷S期細(xì)胞周期,促進(jìn)細(xì)胞凋亡。多糖處理抑制了細(xì)胞周期蛋白E、細(xì)胞周期蛋白A和CDK2的表達(dá),并上調(diào)了P53的表達(dá)。蟬花多糖能夠激活細(xì)胞凋亡的級(jí)聯(lián)反應(yīng),促進(jìn)其通路中死亡受體的上調(diào)以及促凋亡因子/抗凋亡因子的比值,從而導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。研究結(jié)果為開(kāi)發(fā)低毒、具有高效抗癌效果的天然藥物的奠定了基礎(chǔ)。

HEA是蟬花產(chǎn)生的一種重要的核苷類生物活性物質(zhì),具有抗炎、抗腎上腺皮質(zhì)激素、拮抗鈣離子、抗腫瘤、鎮(zhèn)靜、殺蟲(chóng)、抗輻射和抗糖尿病等作用。HEA經(jīng)丁醇提取后處理細(xì)胞,能夠使抗氧化酶活性升高,抑制脂質(zhì)過(guò)氧化,可以有效降低活性氧對(duì)PC12細(xì)胞系的誘導(dǎo)性細(xì)胞死亡,減少活性氧的產(chǎn)生、氧化應(yīng)激和保護(hù)線粒體功能[28]。

Xie等[29]利用胃癌細(xì)胞(SGC-7901和AGS)研究了蟬花菌絲提取物對(duì)胃癌的抗腫瘤作用。結(jié)果表明,蟬花提取物可誘導(dǎo)細(xì)胞caspase依賴性凋亡,抑制SGC-7901細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞形態(tài)異常,將細(xì)胞周期阻滯在S期,增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),蟬花菌絲中的HEA可誘導(dǎo)活性氧產(chǎn)生和線粒體膜電位去極化。HEA可以觸發(fā)caspase依賴的細(xì)胞凋亡,促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Ca2+相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)應(yīng)激和自噬。另一方面,HEA能顯著抑制裸鼠移植瘤的生長(zhǎng),并誘導(dǎo)體內(nèi)腫瘤組織細(xì)胞凋亡[30]。

3.2.2 利用大鼠模型研究蟬花對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)病害的治療保護(hù)機(jī)理

蟬花真菌多糖可以保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng),減少活性氧的傷害[31]。蟲(chóng)草素提高神經(jīng)系統(tǒng)的抗氧化作用,對(duì)帕金森氏病有效果[32]。腺苷通過(guò)抗氧化作用,可以保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng),減少谷氨酸鹽誘發(fā)的活性氧傷害[33]。用Aβ40(一種神經(jīng)毒性蛋白)和鏈脲佐菌素(STZ)可以誘導(dǎo)大鼠形成阿爾茨海默病。Wu等[34]用深海水的培養(yǎng)基培養(yǎng)蟬花菌絲(DCC)處理阿爾茨海默病大鼠模型,研究蟬花菌絲對(duì)阿爾茨海默病的治療機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn),DCC通過(guò)增加腦內(nèi)sRAGE的表達(dá),可抑制Aβ40和鏈脲佐菌素(STZ)輸注引起的BACE、促炎因子表達(dá)和Aβ40的積累,改善阿爾茨海默病引起的記憶障礙。此外,DCC中高含量的有機(jī)鎂增強(qiáng)了MAGT1的表達(dá),減輕了阿爾茨海默病癥狀。

Liu等[35]用大鼠模型,研究了蟬花的核苷的提取物(CCNE)對(duì)順鉑誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性的保護(hù)作用。大鼠口服CCNE后,降低了順鉑導(dǎo)致的大鼠乙酰膽堿酯酶水平、促炎細(xì)胞因子水平和脂質(zhì)過(guò)氧化的上升,同時(shí)增加了腦組織中的抗氧化酶譜。此外,CCNE治療減輕了順鉑治療引起的腦組織病理學(xué)改變。這些結(jié)果表明,CCNE通過(guò)抑制氧化應(yīng)激和炎癥,改善順鉑治療大鼠的記憶障礙、神經(jīng)病變、氧化應(yīng)激增加和炎癥,顯著改善順鉑誘導(dǎo)的學(xué)習(xí)記憶障礙、抑郁行為、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性以及熱刺激和機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏等不良癥狀。

3.2.3 利用模式動(dòng)物研究蟬花對(duì)細(xì)胞的抗衰老、提高免疫力機(jī)理

蟬花菌的丁醇提取物抗衰老[36]。蟬花多糖的抗氧化活性測(cè)試結(jié)果顯示,所有組分(即 cp30-cp80)均有效,其中cp70的效力最強(qiáng)。cp70能顯著延長(zhǎng)果蠅的壽命,增加過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性,抑制丙二醛的生成。此外,cp70還上調(diào)了果蠅抗氧化相關(guān)基因的表達(dá)水平從而延長(zhǎng)果蠅的壽命[36]。由此可見(jiàn),蟬花多糖具有顯著的抗氧化和抗衰老活性[37],可作為一種延緩衰老的膳食補(bǔ)充。

Xu等[38]從蟬花中分離純化得到的一種新的多糖(JCH-1),其具有促進(jìn)一氧化氮(NO)、腫瘤壞死因子(TNF-α)和白細(xì)胞介素6(IL-6)分泌的免疫調(diào)節(jié)作用。真菌多糖JCH-1通過(guò)激活 TLR4特異性促進(jìn) MAPK信號(hào)通路介導(dǎo)的p65核轉(zhuǎn)錄,可能有助于免疫細(xì)胞中免疫效果的發(fā)揮。

蟬花提取物可以通過(guò)抑制大鼠氧化應(yīng)激和促炎癥來(lái)預(yù)防CISP睪丸損傷。順鉑(CISP)是一種用于化療的有效抗癌藥物,但其臨床應(yīng)用的限制因素是其不良的副作用——導(dǎo)致器官毒性,包括造成氧化和炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)相關(guān)的睪丸損傷。Wang等[39]研究發(fā)現(xiàn),順鉑誘導(dǎo)的大鼠在處理前7天服用蟬花提取物,可以抑制睪丸谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、總抗氧化物含量(TAC)的活性,從而抑制CISP誘導(dǎo)的生殖指數(shù)改變,恢復(fù)睪丸中的抗氧化活性,減輕炎癥和組織學(xué)損傷。

3.2.4 蟬花的護(hù)肝、治療眼病的作用

蟬花菌的菌絲提取物可以防止肝臟由四氯化碳誘發(fā)的肝臟纖維化。Ke等[40]利用對(duì)四氯化碳敏感的BALB/c 小鼠研究了蟬花菌絲體對(duì)四氯化碳誘導(dǎo)的肝損傷的保護(hù)作用。蟬花菌絲體通過(guò)TNF-α/IL-6途徑、TGF-β1/CTGF途徑和抗氧化防御機(jī)制實(shí)現(xiàn)了保護(hù)肝組織纖維化的效果。盡管腺苷、HEA和多糖都對(duì)CCl4誘導(dǎo)的肝損傷有保護(hù)作用,但Ke等[40]認(rèn)為HEA應(yīng)該是蟬花菌絲體中預(yù)防肝纖維化的主要生物活性化合物。

Horng等[41]利用激素誘導(dǎo)青光眼大鼠模型,研究了蟬花對(duì)青光眼的治療作用。研究發(fā)現(xiàn),蟬花菌絲的水提取物用藥4周后,丙二醛和乳酸脫氫酶水平顯著降低,過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶水平顯著升高。結(jié)果表明,蟬花菌絲具有明顯的抗氧化活性和降低眼壓的作用,可能有助于預(yù)防或治療青光眼。

3.2.5 蟬花對(duì)肥胖糖尿病的作用機(jī)理

蟬花對(duì)于2型糖尿病患者具有治療作用[42]。Sun等[43]用鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的高脂飲食(HFD)喂養(yǎng)的白化Wistar大鼠,建立了2型糖尿病(T2DM)大鼠模型。用蟬花治療6周后,治療組的血糖、總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白(HDL-c)和低密度脂蛋白(LDL-c)都顯著降低。為了藥效的穩(wěn)定,他們以腺苷和N6-(2-羥基乙基)腺苷(HEA)作為蟬花藥效質(zhì)量指標(biāo),建立了基于高效液相色譜(HPLC)的定性定量方法,作為質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。他們的質(zhì)量控制體系是0.90 mg·g-1腺苷和0.89 mg·g-1HEA。這個(gè)研究提供了蟬花應(yīng)用的可靠的質(zhì)量控制方法,拓展了蟬花的應(yīng)用空間。

Zhang等[44]研究了蟬花多糖對(duì)肥胖和糖代謝紊亂的治療作用。利用蟬花多糖治療11周,顯著且呈劑量依賴性地降低了體重和肝臟質(zhì)量、胰島素和葡萄糖耐量、血清胰島素和葡萄糖水平?？寡趸兔富钚詸z測(cè)表明,蟬花多糖通過(guò)降低脂質(zhì)過(guò)氧化水平(MDA)和上調(diào)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性,減輕肝臟氧化應(yīng)激,并通過(guò)減少肝臟脂質(zhì)積累改善組織病變,起到了對(duì)肥胖的治療效果。

3.2.6 蟬花對(duì)細(xì)菌的抑制和對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用

蟬花產(chǎn)生的多糖能夠破壞細(xì)菌細(xì)胞壁和細(xì)胞膜,增加細(xì)胞膜透性,抑制細(xì)菌生長(zhǎng)[45]。Cen等[46]對(duì)蟬花菌絲中抗菌蛋白的抗性機(jī)理進(jìn)行了研究。蟬花菌體粗蛋白提取物對(duì)大腸埃希菌有明顯的抑制作用。粗蛋白提取物可破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜,改變整個(gè)細(xì)胞或膜蛋白的含量,能有效地與細(xì)菌DNA相互作用。實(shí)時(shí)定量PCR結(jié)果表明,蟬花粗蛋白提取物可以抑制細(xì)菌鞭毛生物合成基因fliP、fliO、flgD和flhB的表達(dá)水平下調(diào),從而有效抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖。

Tian等[47]研究了蟬花產(chǎn)生的2種胞外多糖對(duì)腸道微生物的影響。結(jié)果表明,胞外多糖不能被唾液消化,但是可以被腸道微生物降解。在此過(guò)程中,胞外多糖對(duì)腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)具有調(diào)節(jié)作用。胞外多糖可以增加類桿菌和弧菌的相對(duì)豐度,減少致病菌大腸埃希菌志賀氏菌、克雷伯菌和梭桿菌,優(yōu)化腸道微生物菌群。此外,胞外多糖還可以促進(jìn)消化道產(chǎn)生短鏈脂肪酸。這些結(jié)果表明,蟬花可以作為一種功能性食品,通過(guò)促進(jìn)腸道菌群結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)改善健康和預(yù)防疾病。

3.2.7 蟬花對(duì)腎臟病變的治療作用機(jī)理

蟬花具有潛在的腎臟保護(hù)作用,被廣泛用于治療多種腎臟疾病。高血壓性腎損害將導(dǎo)致嚴(yán)重腎病。為了探討蟬花對(duì)高血壓腎損傷保護(hù)作用的機(jī)制,Huang等[48]以自發(fā)性高血壓大鼠模型和血管緊張素Ⅱ處理培養(yǎng)的腎小管上皮細(xì)胞(TECs)為實(shí)驗(yàn)材料,研究蟬花對(duì)腎小管上皮細(xì)胞(TECs)的保護(hù)作用。結(jié)果表明,蟬花可降低腎組織24 h尿清蛋白、白蛋白/肌酐比值(ACR),降低 β2-MG 水平和腎損傷分子-1(Kim-1)水平,減輕腎間質(zhì)纖維化,降低腎組織 α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)的表達(dá),顯著減少血管緊張素誘導(dǎo)產(chǎn)物和中性粒細(xì)胞明膠化脂質(zhì)蛋白的產(chǎn)生,能抑制caspase-3的活性,提高細(xì)胞活力,減少細(xì)胞的凋亡。蟬花在高血壓條件下對(duì)腎小管上皮細(xì)胞的保護(hù)作用可能與其通過(guò)調(diào)節(jié)SIRT1/p53通路抑制凋亡有關(guān)。Cai等[49]利用高血壓腎病大鼠模型,研究了蟬花對(duì)高血壓腎損傷的治療作用機(jī)理。他們研究發(fā)現(xiàn),蟬花顯著降低了對(duì)腎小管上皮細(xì)胞的損傷以及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGFβ1)、α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)、I型膠原蛋白(Col-1)和纖維連接蛋白的表達(dá)。同時(shí),蟬花顯著下調(diào)Beclin-1和自噬蛋白LC3Ⅱ,降低自噬受體SQSTM1/p62的表達(dá),顯示出對(duì)自噬小泡的抑制和自噬應(yīng)激的緩解。Yang等[50]研究發(fā)現(xiàn),用黃芪經(jīng)蟬花發(fā)酵后,其發(fā)酵產(chǎn)物對(duì)糖尿病腎病的延緩作用優(yōu)于黃芪。發(fā)酵產(chǎn)物可能通過(guò)抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路增強(qiáng)腎臟的足突細(xì)胞自噬并延緩糖尿病腎病的損傷。

對(duì)于蟬花對(duì)慢性腎病的治療機(jī)理,Zhu等[51]認(rèn)為蟬花菌的活性成分可以抑制腎臟纖維化;Zheng等[52]研究了蟬花孢子多糖保護(hù)腎臟的作用。蟬花孢子多糖CCSP-2對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的膿毒性急性腎損傷小鼠具有明顯的保護(hù)作用,可明顯減輕小鼠腎水腫;降低24 h尿蛋白、血尿素氮和血清肌酐;抑制血清促炎細(xì)胞因子的釋放;提高抗氧化酶活性;降低氧化損傷產(chǎn)物的水平。

急性腎損傷是臨床常見(jiàn)的問(wèn)題,可以導(dǎo)致是腎功能突然喪失,最終發(fā)展為腎纖維化和腎功能衰竭,死亡風(fēng)險(xiǎn)高。Deng 等[53]將蟬花的水提取物(WCC)和乙醇提取物(ECC),用于研究腎損傷動(dòng)物模型中的治療作用。結(jié)果表明,WCC和ECC能明顯減輕腎損傷造成的腎臟組織學(xué)改變、血清肌酐和尿素氮的產(chǎn)生以及 NO、TNF-α、IL-1β 和IL-6的水平。WCC和ECC均能降低血清丙二醛和谷胱甘肽水平。此外,還發(fā)現(xiàn)WCC增加了腎組織中自噬相關(guān)蛋白LC3B和Beclin-1的表達(dá)水平,并上調(diào)了促凋亡蛋白相關(guān)基因的表達(dá)水平。蟬花菌絲中的腺苷和HEA這兩種活性化合物可抑制患病大鼠組織中一氧化氮和細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生?？偟膩?lái)說(shuō),水提取物可以通過(guò)抑制氧化應(yīng)激和炎癥,為預(yù)防腎損傷提供一個(gè)潛在的治療候選方案。

糖尿病腎病(DN)是糖尿病最常見(jiàn)的并發(fā)癥之一,是終末期腎病的主要原因。HEA對(duì)糖尿病腎病的作用明顯。Wang等[54]利用患糖尿病大鼠研究了蟬花產(chǎn)生的HEA對(duì)腎臟的保護(hù)作用。用HEA治療6周,可顯著提高腎臟抗氧化水平,降低血糖、血清肌酐、血尿素氮、尿蛋白、血清蛋白和促炎癥介質(zhì)的水平,并呈劑量依賴性。對(duì)糖尿病大鼠腎臟的組織學(xué)評(píng)估表明,HEA還改善了腎小球和腎小管的變化。Yin等[55]認(rèn)為,HEA作用的分子機(jī)制是調(diào)節(jié)腎臟血尿素氮和肌酐水平,降低丙二醛、腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素1β和白細(xì)胞介素6的表達(dá)。此外,HEA還上調(diào)了超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶等抗氧化酶的活性。Chyau等[56]研究還顯示,HEA治療通過(guò)調(diào)節(jié)GRP78/ATF6/PERK/IRE1α/CHOP(78-ku糖調(diào)節(jié)蛋白/轉(zhuǎn)錄激活因子6/蛋白激酶RNA樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶/肌醇依賴跨膜激酶/C/EBP 同源蛋白)通路,通過(guò)其抗炎作用改善腎功能。

3.3 蟬花的安全性

在我國(guó)民間,對(duì)野生蟬花的安全性雖未有系統(tǒng)研究,但蟬花長(zhǎng)期作為藥食兩用的滋補(bǔ)佳品與功能食品[26,57],經(jīng)受了長(zhǎng)期實(shí)踐的檢驗(yàn)。近年來(lái),研究人員從野生蟬花中分離出蟬花菌的無(wú)性態(tài),進(jìn)行人工培養(yǎng),其活性成分和藥理作用與野生蟬花很相近,為解決蟬花的資源和藥用開(kāi)發(fā)打下了基礎(chǔ)[4]。隨著人們對(duì)蟬花人工培養(yǎng)物安全性的日益關(guān)注和重視。陳祝安等[58]以每kg體重每天飼喂9 g的計(jì)量,對(duì)小鼠飼喂28 d未見(jiàn)任何不良反應(yīng)。Chen等[59]研究表明,以每kg體重每天飼喂2 g的計(jì)量,對(duì)小鼠飼喂90 d未見(jiàn)任何不良反應(yīng),解剖也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不良反應(yīng)。野生蟬花子實(shí)體水提液80 g·kg-1對(duì)小鼠無(wú)毒,是臨床日用量的444倍,證明了蟬花用于食品的安全性。2021年,我國(guó)相關(guān)部門(mén)已經(jīng)批準(zhǔn)人工養(yǎng)殖的蟬花作為新功能食品,為蟬花的廣泛應(yīng)用提供了法律保障。

4 蟬花的分子生物學(xué)研究進(jìn)展

利用分子生物學(xué)技術(shù)研究基因功能和相應(yīng)的代謝途徑,在蛹蟲(chóng)草真菌的研究中已經(jīng)應(yīng)用,但在蟬花菌中研究還很少[60]。據(jù)報(bào)道,蟬花菌的基因組大小33.9 Mb, 包含9 701個(gè)蛋白編碼基因[61]。本團(tuán)隊(duì)采用三代測(cè)序技術(shù),對(duì)我們從江蘇宜興采集到的蟬花菌株2-2進(jìn)行了基因組測(cè)序分析,測(cè)得的基因組大小超過(guò)34.8 M。經(jīng)過(guò)組裝,獲得了19個(gè)重疊群,其中超過(guò)3 M的有6個(gè),達(dá)到染色體水平。通過(guò)分析,發(fā)現(xiàn)2-2菌株基因組編碼9 942個(gè)蛋白。

通過(guò)表達(dá)譜和代謝組學(xué)分析,Lu等[61]發(fā)現(xiàn)不同培養(yǎng)階段,不同方法,蟬花真菌細(xì)胞中的基因表達(dá)量不同,細(xì)胞中成分含量也有差異。人工培養(yǎng)條件下,無(wú)性態(tài)階段與交配型基因的表達(dá)無(wú)關(guān),說(shuō)明無(wú)性態(tài)和有性態(tài)在基因表達(dá)層面是相互獨(dú)立的。He等[62]對(duì)蟬花代謝組學(xué)研究顯示,與野生蟬花相比,人工培養(yǎng)的代謝更活躍,它們含有與三羧酸循環(huán)相關(guān)的代謝物,如肉堿、乙酰肉堿、煙酸、乙醛酸、檸檬酸、γ-氨基丁酸和琥珀酸,而相比之下,野生的新陳代謝要弱。采用質(zhì)譜等多種分析方法對(duì)破壁的分生孢子成分分析發(fā)現(xiàn),分生孢子中至少含有59種揮發(fā)性成分,這些成分具有潛在的醫(yī)療保健作用[26]。

真菌幾丁質(zhì)酶在蟲(chóng)生真菌寄生昆蟲(chóng)過(guò)程中的幾丁質(zhì)降解、細(xì)胞壁構(gòu)建、幾丁質(zhì)循環(huán)、營(yíng)養(yǎng)獲取、自溶和毒力等方面發(fā)揮著重要作用。Peng等[63]結(jié)合蟬花的基因組和基因表達(dá)分析,發(fā)現(xiàn)蟬花基因組中有18個(gè)糖苷水解酶基因,其中17個(gè)是幾丁質(zhì)酶基因。這些基因可以分為A、B、C共3個(gè)組,其中A組(包括7個(gè)基因)的表達(dá)量大,并在蟬花生長(zhǎng)的各個(gè)階段都表達(dá);B組(包括7個(gè)基因)在含有幾丁質(zhì)的基質(zhì)上高表達(dá),可能與寄生昆蟲(chóng)相關(guān);C組(4個(gè)基因)表達(dá)量相對(duì)較低,其功能可比與其他真菌的互作相關(guān)。

蟲(chóng)草素能夠誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞的凋亡,在臨床上具有良好的應(yīng)用前景。但其化學(xué)合成的成本高但產(chǎn)量低而難以實(shí)際應(yīng)用。生物合成就成為非常重要的途徑。Liu等[64]利用高效液相色譜測(cè)定了蟲(chóng)草素在蟬花不同組織中的含量,發(fā)現(xiàn)在人工栽培條件下,蟲(chóng)草素在蟬花菌核中含量最高,在子實(shí)體中次之,在菌絲中沒(méi)有檢測(cè)到。蛹蟲(chóng)草中蟲(chóng)草素的生物合成是由脫氧腺苷(5′-deoxyadenosine)途徑進(jìn)行的,而蟬花菌的基因組中卻沒(méi)有其同源基因。Liu等[64]利用轉(zhuǎn)錄組技術(shù),對(duì)蟬花菌絲體、子實(shí)體和菌核的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了分析,并鑒定差異表達(dá)基因。在菌絲和菌核表達(dá)文庫(kù)中,分別鑒定出1 576個(gè)上調(diào)基因和2 300個(gè)下調(diào)基因。在菌絲體-子實(shí)體文庫(kù)和子實(shí)體-菌核體文庫(kù)中,分別有1 604和1 474個(gè)基因上調(diào),1 365和1 320個(gè)基因下調(diào)。Liu等[64]對(duì)代謝途徑分析認(rèn)為,腺苷是嘌呤途徑的重要中間產(chǎn)物,蟬花中蟲(chóng)草素的合成可以從腺苷開(kāi)始,經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)生物合成蟲(chóng)草素?；虿町惐磉_(dá)分析發(fā)現(xiàn),與嘌呤途徑相關(guān)的基因有19個(gè)在菌絲與菌核中差異表達(dá),28個(gè)基因在菌絲與子實(shí)體中差異表達(dá),16個(gè)基因在菌絲與菌核中差異表達(dá)。通過(guò)定量PCR反應(yīng)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)有6種關(guān)鍵酶基因表達(dá)差異明顯。其中,參與蟲(chóng)草素生物合成的嘌呤核苷酸代謝途徑中的5′-核苷酸酶和腺苷脫氨酶在菌核中顯著上調(diào),與蟲(chóng)草素在組織中的含量動(dòng)態(tài)相符,推測(cè)這兩個(gè)酶是以嘌呤途徑中的重要中間產(chǎn)物次黃嘌呤單核苷酸(IMP)為底物生物合成蟲(chóng)草素的關(guān)鍵酶[65]。

5 問(wèn)題與展望

近年來(lái),隨著人們對(duì)健康生活需求的提高,食藥用真菌的研究開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到重視。作為我國(guó)重要的食藥用菌,蟬花的研究也取得了很多成果,研究不斷深入,但與當(dāng)前人們的需求還有很大差距。雖然目前認(rèn)為蟬花與冬蟲(chóng)夏草的許多功能相似,但蟬花與冬蟲(chóng)夏草、蛹蟲(chóng)草研究的科學(xué)性、規(guī)范性相比,還明顯不足[2];對(duì)蟬花的有效藥用成分和功效了解不足,還沒(méi)有科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蟬花品質(zhì)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià),目前采用蟲(chóng)草素、蟲(chóng)草酸等成分對(duì)冬蟲(chóng)夏草、蛹蟲(chóng)草的評(píng)價(jià)體系不適合蟬花,由此造成對(duì)人工栽培蟬花的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)不科學(xué);對(duì)蟬花的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)和與寄主互作關(guān)系認(rèn)識(shí)不足,缺乏優(yōu)質(zhì)的栽培技術(shù),如有研究認(rèn)為栽培基質(zhì)中添加4%的蟬蛹可以提高蟬花的代謝產(chǎn)物[13],而有研究認(rèn)為蟬花生長(zhǎng)環(huán)境中細(xì)菌群體結(jié)構(gòu)影響蟬花代謝[66-67],不同發(fā)酵條件影響代謝產(chǎn)物的種類和含量等,制約了其在各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。相對(duì)于冬蟲(chóng)夏草、蛹蟲(chóng)草等,蟬花產(chǎn)業(yè)相對(duì)較小。天然蟬花資源十分有限,且由于對(duì)野生資源認(rèn)識(shí)不足,經(jīng)常將其他菌體誤認(rèn)為蟬花,或因?yàn)橐巴庑l(wèi)生條件不良,而造成負(fù)面影響。人工培養(yǎng)將是重要發(fā)展方向。蟬花的新功能有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā),如功能食品、化妝品等方面等。新的加工技術(shù)的應(yīng)用將使產(chǎn)品形式多樣化[68]。雖然人工培養(yǎng)的蟬花菌體已經(jīng)是新資源食品,但是執(zhí)法實(shí)踐需要在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中進(jìn)一步完善。

根據(jù)目前蟬花的生產(chǎn)和研究現(xiàn)狀,必須用現(xiàn)代前沿生物科學(xué)技術(shù),促進(jìn)蟬花的科學(xué)研究,為蟬花可持續(xù)高質(zhì)量的科學(xué)應(yīng)用提供保障。隨著蟬花分子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的建立[63],要將功能基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、脂組學(xué)等前沿科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于蟬花的研究,明確蟬花的分子遺傳特性和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),深入揭示蟬花的生物學(xué)特性,明確活性成分的代謝網(wǎng)絡(luò);將蟬花的生物學(xué)研究與醫(yī)療保健效果研究緊密結(jié)合,明確蟬花組分的醫(yī)療保健作用,為蟬花的科學(xué)應(yīng)用提供依據(jù);在此基礎(chǔ)上,發(fā)展基因編輯技術(shù),消除蟬花基因組中可能的不良產(chǎn)物基因,提高有用的活性成分和營(yíng)養(yǎng)組分,為滿足人們對(duì)蟬花日益增長(zhǎng)的需求提供技術(shù)支持;將蟬花與其他食藥用菌進(jìn)行(近)遠(yuǎn)緣雜交[69],結(jié)合分子育種,開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)新品種。