真菌多糖是真菌中最重要的生物活性成分之一,由多种中性糖或者糖醛酸通过糖苷键聚合形成[1]。作为一种天然活性成分,真菌多糖具有抗氧化、抗炎、调节免疫、降血糖、降血脂、抗肿瘤和调节肠道微生物等多种生物学功能[2-5],在改善机体糖和脂代谢、缓解氧化应激和炎症、增强免疫、调节肠道健康和抵抗疾病等方面具有重要作用。同时,真菌多糖还具有毒副作用低、安全性高的优点[6-7]。大量研究表明,在畜禽饲粮中添加适量的真菌多糖不仅能促进畜禽生长[8],提高饲料利用效率[9],还能增强畜禽的免疫调节和抗病能力[10-11],表明真菌多糖对改善动物健康、降本增效和维护食品安全具有重要意义。
黑木耳、银耳、猴头菇、灵芝和冬虫夏草等常见食用和药用真菌具有产量大、安全系数高和市场成熟等特点,其多糖提取物在畜禽生产中具有较大的应用潜力。因此,本文综述了这些真菌中多糖的结构特征、生物学功能及其在养猪生产中的研究进展,以期为真菌多糖在养猪生产中的合理开发和应用提供参考。
1 真菌多糖的结构与分类
表1 常见真菌多糖的分子质量、单糖组成及其糖苷键特征Table 1 Molecular weight, monosaccharide composition and glycosidic bond characteristics of common fungal polysaccharides |
| 多糖名称 Polysaccharide names | 分子质量 Molecular weight/ku | 单糖组成 Monosaccharide composition | 糖苷键特征 Glycosidic bond characteristics | 参考文献 References |
|---|---|---|---|---|
| 羊肚菌多糖 Polysaccharide from Morchella sextelata | 11.7 | 甘露糖、 葡萄糖 | 主链为→4)-β-D-Manp-(1→,→4)- β-D-Glcp-(1→,→4)-α-D-Glcp-(1→,→ 4,6)-α-D-Glcp-(1→ | [15] |
| 灵芝孢子多糖 Polysaccharide from spores of Ganoderma lucidum (Fr.) Karst | 15 | 葡萄糖 | 主链为(1→3)- β-D-Glcp残基 | [16] |
| 茯苓多糖 Polysaccharide from Poria cocos | 17 | 半乳糖、甘露糖、 葡萄糖 | 主链为1,6-α-D-Galp | [17] |
| 猴头菇多糖 Polysaccharide from Hericium erinaceus | 19.7 | 半乳糖、甘露糖、 岩藻糖、葡萄糖、 葡萄糖醛酸 | 主链为α-1-4-岩藻糖和 α-1-6-半乳糖 | [5] |
| 蛹虫草多糖 Polysaccharide from Cordyceps militaris | 22.8 | 半乳糖、甘露糖、 葡萄糖 | 主链为Glcp-(1→,Galp-(1→,→3)- Glcp-(1→,→6)-Glcp-(1→,Manp- (1→,→4,6)-Manp-(1→ | [18] |
| 松茸多糖 Polysaccharide from Tricholoma matsutake | 72.14 | 阿拉伯糖、半乳糖、 甘露糖、葡萄糖 | 主链为(1→6)-连接-Galp和 (1→3)-连接-Glcp | [19] |
| 蜜环菌多糖 Polysaccharide from Armillaria mellea | 123 | 半乳糖、葡萄糖、 葡萄糖醛酸 | 主链为(1→)-β-D-Glcp、(1→ 3,6)-α-D-Glcp和(1→3)- β-D-Glcp | [20] |
| 黑木耳多糖 Polysaccharide from Auricularia auricula-judae | 260 | 半乳糖、甘露糖、 木糖、葡萄糖、 葡萄糖醛酸 | 主链为→3)-α-Manp-(1)→残基 | [21] |
| 灰树花多糖 Polysaccharide from Grifola frondosa | 967 | 半乳糖醛酸、 甘露糖、 葡萄糖 | 主链为1,4-连接-甘露糖、T-D- Glcp、T-D-Galp、1,4-连接- Glcp和1,6-连接-Galp | [22] |
| 茶树菇多糖 Polysaccharide from Agrocybe cylindracea | 2 840.9 | 半乳糖、 葡萄糖 | 主链为1,6-连接-Glcp、1,3,6-连接- Glcp、1,6-连接-Galp和T-Glcp | [23] |
Galp:吡喃半乳糖 galactopyranose;Glcp:吡喃葡萄糖 glucopyranose;Manp:吡喃甘露糖 mannopyranose。 |
2 真菌多糖的生物学功能
2.1 抗氧化
研究表明,真菌多糖通过清除自由基、提高抗氧化酶活性和激活抗氧化相关信号通路等多种机制发挥抗氧化作用。研究发现,蛹虫草多糖和银耳多糖能高效清除体内羟基自由基、2,2'-联氮-双(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基等多种自由基[24-25],这些自由基是导致细胞损伤、加速细胞凋亡和引发多种慢性疾病的关键因素;蜜环菌多糖和灰树花多糖可提高谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性,降低活性氧含量,调节机体的氧化还原平衡[26-27];此外,灰树花多糖和灵芝多糖还被证实能够借助激活Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Keap1)和核因子红细胞系2相关因子1/2(Nrf1/2)等细胞信号通路的方式,来缓解氧化应激的影响[26,28]。
2.2 抗炎
真菌多糖能有效减轻动物或细胞内的炎症反应,其机制在于抑制相关细胞因子的释放和阻碍炎症信号通路的激活。多项研究表明,冬虫夏草多糖和黑木耳多糖具有抑制促炎因子分泌,提高抗炎因子含量的作用,从而减轻小鼠肠道和肝脏的炎症反应[29-31]。体外试验研究表明,蜜环菌多糖通过降低一氧化氮(NO)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)及白细胞介素-1β(IL-1β)的产生,以及抑制核因子-κB(NF-κB)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)信号通路的磷酸化,从而保护BV-2小胶质细胞免受炎症损伤[32]。茯苓多糖同样具有抑制RAW 264.7细胞系内分泌NO、TNF-α及IL-6的能力,源于其对细胞外调节蛋白激酶1/2(ERK1/2)和JNK信号通路激活的抑制作用,从而减轻细胞的炎症反应[33]。此外,Deng等[34]研究发现,银耳多糖能够抑制缺氧诱导因子-1(HIF-1)和红血球母细胞癌基因B(ErbB)信号通路,从而缓解单尿酸钠诱导的RAW 264.7细胞系炎症损伤。
2.3 调节免疫
真菌多糖的免疫活性是其最主要的生物学功能之一。Zhou等[35]研究发现,添加银耳多糖显著提高了免疫缺陷小鼠的胸腺和脾脏指数,缓解了肝脏和脾脏损伤,上调了肝脏和脾脏中IL-1β、白细胞介素-4(IL-4)和白细胞介素-12(IL-12)的表达,抑制转化生长因子-β(TGF-β)的表达。研究发现,真菌多糖能够通过促进巨噬细胞的增殖并提高其吞噬能力来发挥免疫调节作用[36-38]。Lin等[31]研究表明,黑木耳多糖通过促进细胞增殖和改变细胞形态等方式来增强巨噬细胞的吞噬能力,同时调节NO、IL-6、IL-1β和TNF-α等促炎细胞因子的产生,从而平衡细胞炎症反应。此外,免疫和炎症反应相关信号通路是真菌多糖发挥调节作用的关键途径。Liu等[37]研究发现,蛹虫草多糖能够激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路,上调RAW 264.7细胞系中炎症因子的表达,增强巨噬细胞的吞噬能力。类似的,茯苓多糖在巨噬细胞中激活MAPK以及Toll样受体4(TLR4)/干扰素调节因子7(IRF7)/NF-κB信号通路[39]。
2.4 抗肿瘤
真菌多糖能够抑制肿瘤细胞增殖,诱导肿瘤细胞凋亡,具有显著的抗肿瘤作用。Xie等[40]研究发现,银耳多糖能够促使巨噬细胞发生M1型极化,进而诱导黑色素瘤细胞发生凋亡。最近,香菇多糖也被发现能够抑制U251肿瘤细胞的增殖,降低细胞的迁移和侵袭能力[41]。细胞因子是真菌多糖调节肿瘤细胞增殖和凋亡的重要介质。一项早期的研究表明,鸡油菌多糖能促进干扰素-γ(IFN-γ)和白细胞介素-2(IL-2)等免疫因子的产生,进而抑制肿瘤细胞增殖[42]。Deng等[43]研究发现,香菇多糖能提高IFN-γ的水平,并以T细胞非依赖性的方式抑制肿瘤血管生成。研究发现,Notch信号通路在调控肿瘤细胞功能上具有重要作用,茯苓多糖可激活Notch信号通路促进M1巨噬细胞的极化[44]。由此可知,真菌多糖可作为癌症治疗的免疫调节剂。
2.5 调节糖代谢
真菌多糖能够影响糖代谢过程,其机制包括调节葡萄糖转运、糖代谢关键酶活性以及激活糖代谢调控通路等多种方式,进而有效地降低血糖水平。研究表明,饲粮中添加杏鲍菇多糖显著降低了昆明小鼠的血糖水平,提高其肝糖原水平[45]。相似地,Cai等[46]研究发现,猴头菇多糖呈剂量依赖性地缓解了链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠的体重损失和肝脏损伤,降低了空腹血糖水平,增强了糖耐量。在体外试验中,Chen等[47]研究发现,灰树花多糖能够上调胰岛素受体底物1(IRS1)、磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)和葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)的表达,同时下调JNK1的表达,进而增强了具有胰岛素抵抗特性的HepG2细胞对葡萄糖的吸收能力。冬虫夏草多糖被发现可以提高IR-HepG2细胞中己糖激酶、丙酮酸激酶及超氧化物歧化酶的活性,进而降低血糖水平[48]。Dai等[49]研究表明,木耳多糖能够促使糖原合成酶激酶3β发生磷酸化,从而增强肝糖原的生成,降低磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶的活性,并激活叉头框蛋白O1(FOXO1)信号通路减少葡萄糖合成,从而降低血糖水平。
2.6 调节脂代谢
多种真菌多糖被报道在降低血清胆固醇和脂质含量中具有重要作用。研究表明,杏鲍菇多糖显著降低了高血脂症小鼠血清中甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇含量[45]。Li等[25]研究表明,银耳多糖具有显著的胆固醇结合能力,有助于减少肠道对胆固醇的吸收,进而降低血液中的胆固醇含量。类似研究也发现,冬虫夏草多糖能显著降低IR-HepG2细胞中总胆固醇、甘油三酯和丙二醛含量[48]。脂代谢的改变通常与细胞内脂代谢相关基因的差异表达密切相关。Liu等[30]研究发现,黑木耳多糖能够促进脂肪酸β-氧化相关基因和胆固醇外排相关基因的表达,并抑制肝脏中脂肪生成相关基因和胆固醇合成相关基因的表达,进而改善小鼠肝脏中脂质代谢的稳态。
2.7 调节肠道微生物
多项研究表明,真菌多糖能够调节肠道中微生物的组成,促进有益菌的增殖,抑制致病菌的生长,维护肠道健康[50]。在体外试验中,Kang等[24]研究发现,蛹虫草胞外多糖能够促进拟杆菌门的生长,同时降低厚壁菌门与拟杆菌门的比例;Wu等[51]研究发现,银耳多糖可以提高考拉杆菌属、拟杆菌属和Lachnoclostridium的相对丰度,并增加乙酸、丙酸、正丁酸和正戊酸等短链脂肪酸的产生。在动物试验中,Guo等[52]研究发现,灵芝多糖通过抑制TLR4/髓样分化因子88(MyD88)/NF-κB信号通路改善了叠氮甲烷/硫酸葡聚糖钠诱导的微生物群落失调,增加了肠道中短链脂肪酸的产生,进而缓解了小鼠内毒素血症。Wang等[53]研究发现,黑木耳多糖显著改善了环磷酰胺诱导肝损伤小鼠肠道中的菌群组成,提高了unclassified_Muribaculaceae、Faecalibaculum、拟普雷沃氏菌属和镰刀菌属的相对丰度,降低了阿克曼氏菌属、Fusicolla和枝孢属的相对丰度。因此,蛹虫草胞外多糖、银耳多糖、灵芝多糖和黑木耳多糖具有调节肠道微生物组成,改善肠道健康的作用。
3 影响真菌多糖生物学功能的因素
3.1 真菌多糖的单糖组成对其生物学功能的影响
3.2 真菌多糖的分子质量对其生物学功能的影响
3.3 真菌多糖的化学修饰对其生物学功能的影响
3.4 真菌多糖的提取方法对其生物学功能的影响
对于同一真菌,采用不同溶剂或工艺提取,通常能够分离出不同类型的多糖。如借助水提、醇沉法,可获取水溶性多糖,而用酸法、碱法等提取的多为非可溶性淀粉多糖。Zhao等[55]研究表明,采用热水提取法获得的水溶性茯苓多糖结构较为复杂,由葡萄糖、半乳糖、甘露糖和岩藻糖组成,具有抗肿瘤、抗抑郁、抗阿尔茨海默病、抗动脉粥样硬化以及保护肝脏等多种生物活性;而通过碱提法得到的碱溶性茯苓多糖则结构单一,仅由葡萄糖组成,具有抗肿瘤、抗炎和免疫调节等生物学活性。
4 真菌多糖在养猪生产中的应用
4.1 真菌多糖在断奶仔猪上的应用
仔猪在断奶后遭受严重的氧化应激,这严重威胁着仔猪的生长和存活。目前已发现,香菇多糖、银耳多糖和茯苓多糖在缓解断奶仔猪的氧化应激和炎症,改善其生长性能上能够产生有利影响。马宝刚[61]研究发现,饲粮中添加0.1%、0.2%和0.4%的香菇多糖不仅能显著提高断奶仔猪的平均日增重和平均日采食量,降低料重比,还能提高仔猪血清中免疫球蛋白G(IgG)和免疫球蛋白A(IgA)含量,有效地改善断奶仔猪的免疫能力,且最佳添加量为0.4%。类似的,薛凌峰[62]也研究发现,饲粮中添加150~450 mg/kg的香菇多糖不仅能提高仔猪的平均日增重和平均日采食量,还可提升仔猪体内生长激素、三碘甲腺原氨酸和甲状腺素水平,增强抗氧化酶活性,同时能够提高仔猪对粗蛋白质和粗脂肪的消化率,降低腹泻发生率。秦林林[63]研究表明,银耳孢子多糖通过降低促炎因子(IL-1β、TNF-α)水平来改善仔猪的肝脏功能,提高仔猪的生长性能。吴玉玲[64]研究发现,饲粮中添加0.4%银耳多糖可改善仔猪的平均日增重和饲料转化效率,显著提高血清中IgG和免疫球蛋白M(IgM)含量,降低CD8细胞数量。Zhang等[65]研究发现,仔猪的平均日增重随饲粮中茯苓多糖添加量(0.025%、0.050%、0.100%和0.200%)的提高而线性提高,其中0.100%的茯苓多糖对断奶仔猪生长性能的改善效果最佳,并且显著提高了血清中IgG、IgA、IL-2和IFN-γ含量,增加了CD4+ T细胞数量以及CD4+ T细胞与CD8+ T细胞的比值,降低了IL-6和白细胞介素-8(IL-8)含量。由此可知,真菌多糖可改善免疫反应和缓解炎症状态,从而提高仔猪的生长性能。此外,真菌多糖在仔猪饲粮中有效添加量因其来源不同而存在明显差异,不同真菌多糖在仔猪饲粮中的最适添加量仍有待研究。
肠道完整性是评价仔猪肠道健康程度的关键指标。研究表明,真菌多糖对维护仔猪肠道健康有着显著的促进作用。薛瑞婷等[66]研究发现,饲粮中添加0.4%的银耳多糖显著改善了仔猪空肠的绒毛形态,增强了肠道中淀粉酶、脂肪酶和乳糖酶活性。陈景杰[67]研究发现,饲粮中添加0.2%、0.4%和0.6%的猴头菇多糖均能显著提高仔猪十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度值,有效缓解脂多糖诱导的小肠黏膜损伤,并且促进氧化应激状态下IPEC-J2细胞中闭锁小带蛋白-1(ZO-1)、密封蛋白(claudin)和闭合蛋白(occludin)的表达,改善肠道屏障功能。此外,Fan等[11]研究发现,香菇多糖能够增强仔猪肠道的抗病毒免疫,缓解轮状病毒感染导致的腹泻。真菌多糖还具有调节仔猪肠道微生物组成的作用。如Zhang等[65]研究表明,饲粮中添加茯苓多糖改变了仔猪盲肠中微生物的组成,提高了乳酸杆菌和双歧杆菌的数量,降低了大肠杆菌和沙门氏菌的数量。以上相关结果表明,在仔猪饲粮中添加真菌多糖可提高肠道消化酶活性、改善肠道形态、降低肠细胞凋亡以及调节微生物组成,从而促进断奶仔猪生长。但是,不同来源的真菌多糖改善断奶仔猪肠道氧化应激和炎症的机制尚不完全清楚,仍有待系统研究。
4.2 真菌多糖在生长育肥猪上的应用
研究表明,多种真菌多糖具有提高生长育肥猪的饲料转化率和生长性能,改善肉品质的作用。文贵辉等[68]研究发现,在生长育肥猪饲粮中添加0.1%、0.2%和0.3%的灵芝胞外多糖可显著提高其平均日增重,同时能提高血浆中IgG、IL-2和球蛋白含量,降低甘油三酯含量,且最适添加量为0.2%。文英会等[69]研究发现,在育肥猪饲粮中添加500 mg/kg的香菇多糖能够显著提高其平均日采食量和末重,并降低料重比,且提高血清IgG含量。相似的,司西波等[70]研究发现,在育肥猪饲粮中添加0.5%、1.0%和1.5%的香菇多糖能够提高其末重、平均日增重和平均日采食量,降低料重比,且显著提高血清中IgG和IgA含量;其中,1.5%添加量效果最优,显著降低了背膘厚以及肌肉剪切力、蒸煮损失和滴水损失。上述研究结果表明,在育肥猪饲粮中添加真菌多糖对其生长性能有促进作用,这可能与真菌多糖能够增强育肥猪的免疫功能有关,但具体最佳添加量和作用效果仍有待研究。
4.3 真菌多糖在母猪上的应用
提高母猪的繁殖性能是保证养猪业发展的关键环节。研究发现,在母猪妊娠后期的饲粮中添加400 mg/kg银耳孢子多糖显著提高了母猪常乳中的乳糖含量,但对母猪产仔性能无显著影响,并且显著提高了第3周哺乳仔猪的平均日增重,以及其血浆中免疫球蛋白(IgM和IgG)的含量[63]。龚泽修等[71]研究发现,在母猪饲粮中添加100 mg/kg的茯苓多糖显著提高了仔猪的生长性能以及母猪和仔猪的免疫力和抗氧化能力。也有研究发现,在母猪饲粮中添加1.0%和1.5%的茯苓胞外多糖显著降低了窝均死胎数,提高了血清中过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性以及免疫球蛋白(IgA和IgM)含量[72]。由此可知,真菌多糖在改善母猪免疫力和抗氧化能力,提高母猪繁殖性能和泌乳性能方面具有潜在作用。
5 小结
真菌多糖作为一类具有多种生物学功能的天然活性物质,在提升猪只生长性能、增强抗氧化能力、提升机体免疫力以及维护肠道健康等方面彰显出较大的应用潜力,可作为一种新型的饲料添加剂。不过,诸多关键科学问题仍亟待解决,如不同种类真菌多糖的特性差异,使其在不同品种猪之间以及不同生长阶段的作用机制尚未得到清晰阐释,在动物体内的利用效率方面研究也较少,其提纯工艺、生产中最适添加量、成本控制和安全性评估等都有待进一步研究。
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