台湾冬虫夏草的研究与开发 ——虫草研究整理外文翻译资料
2023-01-04 11:01
台湾冬虫夏草的研究与开发
——虫草研究整理
原文作者：Ching-Peng Chiu 高雄医科大学
摘要：虫草是珍贵的虫生性真菌，已被用作抗肿瘤，免疫调节，抗氧化剂和亲性剂。由于在冬天是虫的形态，夏天变为真菌蝉蛹草，中文称为冬虫夏草，西藏人称他们Yartsa Gunbu。具有寄生虫寄生的天然冬虫夏草很难被收集，并且最近关于其潜在药理学功能的发现导致其价格暴涨。因此寻找大量生产方法或替代产品是最重要的任务。在这篇综述中，我们描述了虫草研究的现状及其在台湾的最新发展。对台湾地区冬虫夏草，北虫草，蝉花，大蝉草四大工业品种的含量和药理活性进行了综述。此外，我们强调了使用不同的发酵和生产方法对冬虫夏草的形态和化学成分的影响。最后，我们总结了冬虫夏草研究的瓶颈和挑战，以及我们提出的台湾冬虫夏草行业未来路线图。
关键词：昆虫病原真菌；机体功能；冬虫夏草；大蝉草；蛹虫草；蝉花；北虫草
1.介绍
药用真菌的研究成为一个非常重要的话题，因为它们具有强大的药理学用途和巨大的全球市场。真菌作为昆虫后的第二大种群，据信自然界存在着150万种真菌[1]。它们吸引了来自不同学科的研究人员，因为它们具有迷人的天性和在恶劣环境中生存的能力，以及在生态系统最严酷的环境中处于衰退之中[2]。从古代到现在，不同的真菌产生次生代谢产物的机制不同。对人类来说，这些次级代谢产物不仅仅只有害物质，还有一些生物功能剂，经过几个世纪的发展，具有改善健康和预防疾病的巨大潜力[3]。目前真菌材料可以从两个主要来源获得，天然野生采集以及人造培养菌丝体/果味体。从野外收集真菌是困难的，它引起了对环境可持续性的严重关切;因此，大多数工业制造商和学术研究团队使用人工发酵技术来获得真菌材料。
数千年来，人们将蘑菇用作食物，功能性食品和民间医药。有14000多种蘑菇被确认，其中约2000种被确定为可食用的[4]。其他研究表明，需要开发许多潜在的抗癌药用蘑菇，例如姬松茸，樟芝菌，绵地花，马勃，杯伞菌，桦，乳菌，桑黄，平菇，红菇 ，白参菇，乳牛肝菌，槐耳和绒盖牛肝菌等。来自世界各地研究小组的研究证据证明了蘑菇提取物的有益治疗作用，因此毫无疑问地使其成为人们普遍关注的热门研究领域。当然，研究这种罕见的药用活性蘑菇Cordyceps sp.也属于这一研究领域。
昆虫形成的习性可能随着白垩纪期间发生的植食性昆虫的多样化而产生和扩散[6]。昆虫病原真菌在昆虫感染和增殖过程中产生大量的次生代谢物[7]。大多数病原真菌属于虫生菌纲（Entomophthorales）和Hypocreales。目前共鉴定出51种昆虫病原真菌，其中属于不同种属的分离株超过9000种。这些分离物是控制节肢动物害虫的重要和有前途的生物防治剂[8]。其中，昆虫病原真菌是重要的中药（东方中草药）“冬虫夏草”。
冬虫夏草属于菌物界、真菌门、子囊菌纲、麦角菌目、麦角菌科、虫草属。冬虫夏草是有趣的大型真菌，因为它们在幼虫和蛹的躯体里寄生，甚至在成虫中[9]。许多天然冬虫夏草。用于中国，日本，韩国，台湾等东亚国家的中药。2006年，野生冬虫夏草的供需失衡将虫草的价格提高到32000美元/公斤，这在中国被称为“软黄金”。功能性食品中的虫草胶囊平均价格为每克5.8美元[11]。
由于采集困难，大多数研究人员在发酵技术方面做投资开发，以收获大量的功能性食品生物质[12]。功能性食品可以为特定人群提供健康益处和营养。在发达国家，慢性和年龄相关的疾病已经成为主要的死亡原因。这些能够保护或延缓癌症，糖尿病，心血管疾病和肥胖症等疾病发作的食物成为必需品而不是奢侈品[13]。
在台湾，功能食品的起源于1970年与台湾糖业公司合作，并在过去的40年里一直在发展。人们通常使用功能性食品来提高耐力，并保护他们免受疾病的侵害。2011年全球功能食品市场总值达到8960亿新台币（约270亿美元）[14]。台湾销售的最受欢迎的功能性食品有姬松茸，樟芝，冬虫夏草，灵芝等中草药，功能性饮料和药用菌。此外，膳食补充剂如多种维生素，钙片和氨基葡萄糖被广泛使用[15]。
功能性食品经济最重要的特征之一是其对经济衰退的适应能力。在2008 - 2009年经济崩溃期间，功能性食品的销售额没有下降，但是由于消费者的高满意度和忠诚度，销售额增加了。台湾消费者对以代谢，肝脏、性和骨或关节疾病为目标的功能性食品感兴趣[15]。在这篇综述中，我们关注的是Cordyceos sp.台湾的功能性食品，包括起源，化学和生物功能。本综述旨在指导研究人员更好地利用冬虫夏草。在开发针对各种疾病的新药物和治疗方法。
2.来源，化学和生物功能的研究
2.1冬虫夏草
冬虫夏草是一种长期以来被用作中药和滋补食品的昆虫病原真菌。天然的冬虫夏草草药产品是由子实体和宿主幼虫组成的。该物种内生性寄生在蝙蝠蛾的死毛虫上。冬虫夏草的孢子在毛虫内部形成双层，用菌丝填充毛毛虫，产生一个茎秆子实体[16]。中华按蚊分为两个阶段：性阶段（teleomorph）和无性阶段（anamorph）。一般来说，中华绒螯蟹与毛毛虫和子实体的性阶段（teleomorph）类似。在过去的几年中，由于对中华绒螯蟹的高需求，从其天然栖息地收集的真菌不足，所以将中华绒螯蟹作为分生孢子形态（变态期）用作代替天然子实体[17]。然而培养冬虫夏草不产生均匀的菌丝体，产生的变形类型被命名为中华被毛孢[18]。中华被毛孢和中华被毛孢的遗传分析结果表明，两种真菌都是同一种，但中华被毛孢是中华被毛孢的无性生殖阶段。
从中华被毛孢中纯化出许多化合物，并用不同的光谱技术阐明其结构。分离的主要化合物（图1）是虫草素（3-脱氧腺苷C10H13N5O3），腺苷（C10H13N5O4），麦角甾醇（C28H44O），核苷和核碱基[19-21]。含腺苷的中华绒螯蟹提取物有助于降低真菌和血管舒张活性[22]。为了探索C. sinensis菌丝体的化学成分和生物功能，对粗提取物和部分纯化的部分进行超氧阴离子生成和弹性蛋白酶释放的抑制能力。此外，还报道了五种新的化合物A-E。甾醇类化合物是冬虫夏草中的重要组分。采用硅胶柱层析和高效液相色谱分离纯化中华绒螯蟹甾醇H1-A。它们被发现可以抑制活性HMC（人肾小球系膜细胞），减轻IgAN（伯杰氏病）的临床和组织学改善[24]。研究表明，纯化合物H1-A可能有潜力用于治疗系统性红斑狼疮[25]。有人提出H1-A可能有效地控制自身免疫性疾病，细胞凋亡和信号转导蛋白Bcl-2和Bcl-XL的调节[26]。冬虫夏草含有大量的多糖，占总重量的3％-8％，通常来自子实体，固态发酵菌丝体浸没培养液和肉汤[27]。多糖CME-1表现出高度有效的抗血小板活性，可能参与腺苷酸环化酶/环AMP的活化，并随后抑制细胞内信号如Akt和MAPK，从而抑制血小板活化[28]。
《本草丛信》记载了蘑菇在保护“肺肾，化痰，止血，改善勃起功能障碍”方面的活性。根据中医理论，中药的主要功效是丰富了肺阴，阳虚，包括治疗慢性腰背痛，对寒冷敏感，粘液和眼泪过多，慢性咳嗽喘息，痰中带血来源于肾阳虚[27]。冬虫夏草还表现出抗菌功能，降低哮喘，降低血压，并加强心跳[27]。如相关引用文献中强调的，大多数报道的生物活性是免疫调节，抗炎，凋亡（抗病毒）和器官保护（肺和肾）效应（表1）。在大多数研究中，用冬虫夏草水提物处理带来免疫调节作用。另一方面含有核苷，甾醇，脂肪酸等的中华绒螯蟹有机溶剂提取物显示凋亡和器官保护功能。
图1.从冬虫夏草纯化物质的主要化学结构,（A）虫草素 （B）腺苷和（C）麦角甾醇。
2.2.北虫草
北虫草是具有多样生物活性的有用天然成分的宝贵来源。尽管有一些相似之处。北虫草和C. sinensis他们的颜色和寄主不同。蛹虫草主要为鳞翅目，子实体颜色为黄色或橙色，中华按蚊为黑皮鲁属幼虫，子实体颜色为深褐色。科学家利用TEM和SEM等电子显微镜工具来阐明北虫草的无形态现象关系[29]。检查表明，为蛹虫草提供一个明显的分类学名称是无用的，因为这种真菌在自然界通常是显性的。野生蛹虫草的子实体由于宿主的特异性和稀有性而非常昂贵。而且，它们的生长速度非常缓慢，它们的生长受限于特定的区域，并且它们的尺寸非常小。因此，蛹虫草的固体培养需要很长时间来提供子实体。许多尝试从浸没的菌丝体培养物中提取有用的物质以将其掺入营养食品和功能性食品中[31]。因此，收集这种大量和足量的真菌用于药物治疗和科学研究是当务之急。许多研究人员调整培养这种真菌的条件，如培养化学成分[32]、光照[33]、基因表达[34]和传统培养条件[35]。采用毛细管电泳法（CE）和高效液相色谱法（HPLC），可以通过简单快速的方法监测优化条件下获得的子实体培养产物批次间变异[36]。应用深海水（DOW）培养蛹虫草，研究了DOW对蛹虫草发酵产物的影响。结果表明，它可以显着提高虫草素的产量[37]。此外，蛹虫草的固体废物培养基已经被用于制备具有高提取效率和最小溶剂用量的虫草素[38]。应用培育和扩增子实体技术培育蛹虫草的技术得到了极大的研究和发展。表2总结了这些研究的结果，显示了它们不同的形态特征。
包括多糖，糖，脑苷脂衍生物，甾醇，核苷酸，核苷，蛋白质（环二肽和氨基酸）以及香精油等化学成分。在一篇报道中，作者们从蛹虫草中分离出十种纯化合物，并通过测定它们对自由基一氧化氮和细胞因子（TNF-alpha;和IL-12）产生的影响来评估它们的生物活性[39 ]。在分离的化合物中，通过抑制炎性介质产生和人类癌细胞增殖，分离的化合物中的麦角固醇，麦角甾醇，3,4-O-异亚丙基-d-甘露醇，D-甘露醇和麦角甾醇过氧化物显示出最有效的活性。我们小组报告了从蛹虫草子实体中纯化脑苷脂，核苷酸和甾醇[40]。通过它们对LPS刺激的RAW264.7细胞中促炎性iNOS蛋白质的积聚和COX-2蛋白质表达的抑制作用来证实分离的化合物的抗炎活性。这是第一个报告从这种中药中分离具有抗炎活性的脑苷脂的研究。另一项研究报道了蛹虫草子实体和菌丝体的非挥发性成分的鉴定[41]。蛹虫草子实体中游离氨基酸的浓度与菌丝体不同。谷子酸，半胱氨酸，赖氨酸，精氨酸和酪氨酸是子实体中的主要氨基酸。在酪氨酸作为主要氨基酸，其次是赖氨酸，半胱氨酸和精氨酸的菌丝体中的顺序不同。一般来说，这些先前的报告显示，蛹虫草培养产物的化学成分和生物活性与培养条件不同，这表明均匀条件对于稳定的产品特性是必不可少的。
冬虫夏草比北虫草更广泛使用，但它们的临床应用是相似的。几个团队已经为北虫草收集了一些有价值的生物学活动（表3）。据揭示，蛹虫草的生物活性主要集中于抗肿瘤，抗糖尿病，抗炎和改善精子的作用。这些生物活性类似于冬虫夏草使北虫草成为昂贵和罕见的冬虫夏草的有趣替代品。
表1
冬虫夏草提取物的生物活性。
No. Extract or compound
Material source Biological activity Mechanism pathway References
- Bailing capsule C. sinensis mycelium Renal protective Influenced SDF-1a, CXCR4,
CXCL12
- Extract C. sinensis mycelium Hepatoprotective Reduced AST, TNF-a,NO then
increased IL-10 and SOD
[48]
[49]
- Water extract Natural C. sinensis Hepatoprotective N/A [50]
- Water extract C. sinensis mycelium Induce steroidogenesis Activated PKC [51]
- Polysaccharide C. sinensis fruiting bodies Anti-tumor (U937) N/A [52]
-
Water extract C. sinensis my
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