食用菌多糖降血糖活性及其作用机制的研究进展

魏奇 ，翁馨 ，吴艳钦 ，张锶莹 ，韩坤煌 ，陈美霞 *

1. 宁德师范学院生命科学学院（宁德 352100）；2. 闽东特色生物资源福建省高校工程研究中心（宁德 352100）；3. 闽东水产品精深加工福建省高校工程研究中心（宁德 352100）；4. 科技厅产学研合作示范基地（宁德 352100）

糖尿病是一种以高血糖为主要特征的代谢性疾病。随着生活水平的提高，人们的生活方式和膳食结构也发生了变化，近年来糖尿病已严重危害人类的身体健康。糖尿病以高患病率和低治疗率已经成为人类三大致死疾病之一，其死亡率仅次于心脑血管疾病和癌症。1型糖尿病和2型糖尿病是糖尿病的2种主要类别。1型糖尿病是指患者机体无法正常产生胰岛素，单独口服降血糖药物无法降低血糖，患者需要摄入胰岛素进行治疗。2型糖尿病也往往被称之为非胰岛素依赖性糖尿病。缺乏运动、肥胖、超重、不健康饮食和社会心理压力大等都会增加患有2型糖尿病的风险。机体长期保持血糖状态，会引起多种糖尿病并发症的发生，对人类的健康产生危害[1]。

食用菌中的真菌多糖具有多种药用保健作用，大量研究表明食用菌多糖能够降血脂，降血糖，保肝利胆和增强人体抗免疫力等药用作用[2]。多糖是食用菌主要的生物活性物质并且符合世界卫生组织规定的免疫增强剂要求，其最大的优点为毒性低，副作用少。因而，开发食用菌多糖的医药、保健品成为食用菌深加工的热点研究领域之一。

糖尿病的治疗方法主要是通过胰岛素的注射、口服降糖药物和饮食治疗法等。双胍类药物、磺酰脲类药物、噻唑烷二酮类药物等被广泛应用于临床治疗糖尿病，如二甲双胍、格列本脲、格列美脲、格列齐特、罗格列酮和吡格列酮等药物。但是长期服用这些药物会对人体产生不可避免的毒副作用，容易导致低血糖、呕吐和腹泻等不良反应，由此也限制其应用。因此，对于寻找无副作用且降血糖效果较好的药物具有十分重要意义。探究食用菌多糖的降血糖活性及其作用机制，能够为食用菌多糖降血糖药物的研发提供科学的参考依据。

1 食用菌多糖对消化酶活性的影响

淀粉酶、纤维素酶、α-葡萄糖苷酶和麦芽糖酶等是人体肠道内的常见的消化酶。这些消化酶主要的作用靶点为糖类物质的α-1, 4糖苷键，能够将糖类等物质水解成葡萄糖。因此，这些消化酶在消化吸收过程中具有十分重要的作用。餐后血糖值升高的主要原因是血液中葡萄糖水平的增加，如果机体长期处于这种高血糖的状态，会导致机体胰岛素敏感性下降或者产生胰岛素抵抗，从而诱发糖尿病及其并发症的产生[3]。α-葡萄糖苷酶是糖代谢途经中一类重要的酶类，它的主要作用位点是葡萄糖苷键，能够水解糖类并且以葡萄糖为最终产物。因此，α-葡萄糖苷酶成为调节餐后血糖的重要治疗靶点。通过抑制α-葡萄糖苷酶的活性，能够有效减缓碳水化合物分解为葡萄糖的速率，从而达到降低餐后血糖水平和预防糖尿病的作用。食用菌多糖可以作为α-葡萄糖苷酶抑制剂，具有控制餐后血糖升高的作用，其安全性高且具有低肠道副作用的效果。食用菌多糖对这些消化酶具有良好的抑制作用，能够降低碳水化合物分解为葡萄糖的速度，从而有效避免餐后血糖水平的快速升高，因此发挥其降血糖的作用。表1总结了部分食用菌多糖调控消化酶的活性。

表1 食用菌多糖对消化酶的影响

由表1可知，黑木耳多糖对α-葡萄糖苷酶具有抑制作用。体内动物试验研究发现，经黑木耳多糖处理后的糖尿病小鼠的体重、己糖激酶和琥珀酸脱氢酶的活性得到提高，由此表明黑木耳多糖具有降血糖的作用[4]。李顺峰等[5]研究发现，经过乙酰化处理的香菇柄多糖能够提高其对α-葡萄糖苷酶的抑制作用，并且香菇柄多糖的浓度与α-葡萄糖苷酶的抑制作用呈正相关的作用。由此可知，乙酰化香菇柄多糖对α-葡萄糖苷酶具有剂量依赖性抑制作用。董文霞[6]研究发现，桦褐孔菌多糖（NIOP1-S和HIOP1-S）表现出较强的α-葡萄糖苷酶抑制活性（IC50分别为24.22和29.95 μg/mL），而阳性对照阿卡波糖的IC50为1 020 μg/mL。HIOP1-S对α-葡萄糖苷酶属于竞争抑制，NIOP1-S对α-葡萄糖苷酶属于非竞争抑制。

除了α-葡萄糖苷酶，食用菌多糖还能够通过抑制淀粉酶的活性，延缓糖类物质水解成葡萄糖的速率，从而发挥其降血糖作用。骆嘉原等[7]研究发现，黑木耳多糖能够有效抑制α-淀粉酶的活性，并且提高葡萄糖透析延迟指数，从而达到降血糖的目的。张博华等[8]研究发现，金针菇、大球盖菇和香菇复合多糖可以有效抑制α-淀粉酶的活性。金针菇、大球盖菇和香菇复合食用菌多糖对α-淀粉酶的抑制活性大于单一品种多糖食用菌多糖。张晨[9]研究证明，通过水提醇沉法获得杏鲍菇菌丝多糖PMPS-1和PMPS-2，表现出较强的α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性。其中，PMPS-2对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制作用强于PMPS-1，体内试验也证明杏鲍菇菌丝多糖可以降低糖尿病小鼠的血糖水平，改善糖尿病小鼠脂质代谢紊乱情况，对糖尿病的预防和治疗具有积极的作用。由此可知，食用菌多糖能够通过调控消化酶的活性，从而达到降血糖的作用。

2 食用菌多糖改善胰岛素抵抗的作用

胰岛素是由胰腺β-细胞分泌的蛋白质激素，是机体内唯一降低血糖的激素。糖尿病患者机体容易产生胰岛素抵抗的发生，使胰岛素受体识别发生异常，从而导致机体对葡萄糖的摄取和利用效率下降，使机体容易产生代谢综合征。有研究证实，食用菌多糖具有能够促进机体胰岛素的分泌，改善胰岛素敏感性和修复受损的胰岛细胞的作用。Chen等[10]从灰树花子实体中获得具有降血糖活性的灰树花多糖。灰树花多糖能够对链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病小鼠受损的胰岛细胞具有修复作用，可以缓解糖尿病小鼠胰岛素抵抗的情况，从而降低血糖值。灰树花多糖能够提高肝脏中胰岛素受体的蛋白水平，促进机体对葡萄糖的吸收，改善胰岛素抵抗的作用，从而修复胰岛素信号传导途经。Kim等[11]研究表明，姬松茸多糖具有降血糖的活性，能够修复糖尿病小鼠损伤的胰腺组织，促进胰岛细胞的增殖，从而刺激胰岛细胞分泌胰岛素。宫海全[12]的研究表明蜜环菌多糖能提高糖尿病小鼠胰岛素敏感性，对糖尿病小鼠受损的胰岛细胞具有修复作用。灵芝多糖能够增加胰岛素的分泌，提高血浆中胰岛素的浓度，并且增加肝脏糖代谢相关酶的活性来促进肝脏对葡萄糖的吸收，从而达到稳定血糖的作用[13]。於雨碟等[14]研究发现，桦褐孔菌子实体多糖能够改善HepG2细胞的葡萄糖消耗能力，使细胞对葡萄糖的代谢加快，从而加强肝细胞对胰岛素的敏感性。

3 食用菌多糖调控与糖代谢相关因子的表达

从灵芝中分离得到灵芝多糖，该多糖能够有效降低糖尿病小鼠肝脏中葡萄糖-6-磷酸（glucose-6- phosphatase，G6Pase）和糖原磷酸化酶（glycogen phosporylase，GP）mRNA的表达量，从而抑制肝糖原的分解和糖异生的发生，由此达到降低糖尿病小鼠的空腹血糖值。灵芝多糖能够有效降低ob/ob小鼠的血糖值和体重，其作用机制是通过激活PI3K/Akt途经，上调AMPK和葡萄糖转运蛋白4（glucose transporter 4，GLUT4）的表达，促进GLUT4向质膜转运，进而抑制胰岛素信号传导通路中蛋白酪氨酸磷酸酶1B和IRS1的表达，从而达到改善胰岛素抵抗的目的，并降低血糖值[15]。银耳多糖可以调节糖代谢，抑制G6Pase，激活肝己糖激酶、葡萄糖激酶和6磷酸葡萄糖脱氢酶，在提高机体胰岛素水平的同时加快糖代谢的发生[16]。灰树花多糖能够上调胰岛素受体底物（insulin receptor substrate 1，IRS1）和磷脂酰肌醇三激酶（Phosphatidylinositide-3-Kinase，PI3K）的mRNA表达，当细胞表面胰岛素受体与IRS结合后，IRS被磷酸化，磷酸化后的IRS能够激活PI3K，并且能够下调c-jun氨基末端激酶1/2（c-jun N-terminal kinase 1/2，JNK1/2）mRNA的表达，从而激活PI3K/Akt通路，促进糖原的合成使血糖降低，从而减轻机体胰岛素抵抗[17]。大量研究发现，食药用菌多糖能够通过糖代谢、胰岛素抵抗、氧化应激和炎症等信号通路调节其关键蛋白、关键基因和关键信号通路，发挥其降血糖的作用。然而，导致糖尿病患者机体内产生糖代谢紊乱的原因往往并不仅是几个基因的突变或靶点功能的异常，通常涉及整体水平上的异常变化，因此，还需更多的科学研究进行进一步的探索和佐证。

4 食用菌多糖减轻氧化应激反应

糖尿病患者由于机体长期处于高血糖的状态，会诱导机体的活性氧自由基不断过量积累，导致机体出现氧化应激等发生，从而使体内的脂质、蛋白质和核酸等生物大分子受到损伤。氧化应激会在不同水平上削弱机体的能效，从而加剧糖尿病及其并发症的发生，如糖尿病视网膜病变、血管病变和糖尿病神经病变等。刘慧[18]研究发现，杏鲍菇子实体多糖可以提高糖尿病小鼠胰腺组织超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、过氧化氢酶（catalase，CAT）活性，降低丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量，由此表明杏鲍菇子实体多糖可以保护胰腺组织和抵抗氧化损伤的作用。体内试验研究发现，杏鲍菇子实体多糖还能改善链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠的糖代谢紊乱，减轻氧化应激损伤，抑制糖尿病及其并发症的发生。Zhao等[19]研究发现，蛹虫草酸性多糖可通过减少血清中脂质的积累和脂质过氧化的作用，增强抗氧化酶活性，从而降低2型糖尿病小鼠的血糖水平。Zhang等[20]研究发现，猴头菇多糖能够通过提高糖尿病小鼠体内的抗氧化酶活性，降低MDA含量，从而减轻对肝脏、肾脏和胰腺的氧化损伤和炎症。张兰[21]研究发现褐黄牛肝菌多糖具有较强的抗氧化活性，可作为一种天然抗氧化剂，体内试验也证实褐黄牛肝菌多糖具有抗糖尿病的作用，其降血糖作用主要依赖于褐黄牛肝菌多糖的抗氧化活性。林琳[22]研究发现，金针菇菌糠多糖和杏鲍菇菌糠多糖能够提高糖尿病小鼠肾脏中SOD、CAT和GSH-Px的活性，并降低肾脏中MDA含量。杏鲍菇菌糠多糖和金针菇菌糠多糖的抗氧化能力随着其浓度的升高而增强。黑木耳多糖可以增强糖尿病小鼠的抗氧化酶的活性，降低脂质过氧化作用，抑制氧化应激，降低血脂，由此降低糖尿病小鼠的血糖值[23]。周凌云等[24]从东方栓孔菌多糖获得的TOPS-1表现出降血糖的作用。东方栓孔菌多糖可以促进脂肪细胞摄取葡萄糖，动物试验表明TOPS-1可显著降低链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠的空腹血糖值，其降血糖的作用可能与降低氧化应激水平、减少糖尿病患者脂肪代谢紊乱有关。

5 食用菌多糖调控肠道菌群的作用

肠道菌群在消化碳水化合物和维持能量平衡等方具有重要作用。常见的疾病如肥胖、痛风和糖尿病的发生与肠道菌群的失调有着密切关系。有大量研究发现食用菌多糖可以调节肠道菌群的动态平衡，从而发挥治疗糖尿病的作用。因此，可以通过饮食结构的改变结合天然无毒副作用的药物治疗，有望对糖尿病的预防和治疗提供新的理论依据。罗游[25]研究发现高糖及高脂饮食会增加糖尿病小鼠肠道的通透性，由此对肠道菌群的多样性和结构的稳定性造成一定影响。蛹虫草多糖能够通过调节氨基酸代谢、机体的能量代谢和肠道菌群，降低糖尿病小鼠肠上皮细胞的通透性，减缓胃肠道对糖的吸收，提高胰岛素敏感性，从而达到降血糖的作用。

碳水化合物经肠道细菌的分解能够产生短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸盐和乳酸盐等。其中，乙酸有助于保持肠道环境稳定，丁酸能增加肠道中乳酸杆菌的含量，减少大肠杆菌的含量，从而维持肠道健康。因此，研究短链脂肪酸对探究食用菌多糖调控肠道菌群具有十分重要的作用。研究发现灰树花多糖能够降低厚壁菌门和拟杆菌门的比例以调节大鼠肠道菌群的组成结构，从而增加非酒精性脂肪肝大鼠肠道中的总短链脂肪酸、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的含量。灰树花多糖能够促进肝脏中胆汁酸的合成和排泄，从而抑制高脂饮食引起的高脂血症[26]。张瑞芳[27]通过高脂高糖的饲料建立高脂高糖小鼠生物模型，研究发现灵芝多糖F31、灰树花多糖F2可以增加胆盐水解酶产生菌（乳酸杆菌属和拟杆菌属）和多糖利用菌（拟杆菌属和蔷薇属）的丰度，由此调控胆汁酸的代谢路径，起到改善糖脂代谢的目的。灵芝多糖能够增加高脂饮食诱导的糖尿病大鼠肠道中的乙酸和丙酸的含量，减少丁酸的含量，通过增加肠道菌群中有益菌，减少有害菌来调节糖尿病大鼠的肠道菌群的组成结构以减轻糖尿病大鼠的糖代谢紊乱[28]。由此可知，食用菌多糖有可能通过调节肠道菌群起到降血糖的作用。Sun等[29]研究发现茯苓多糖可以改变ob/ob糖尿病小鼠肠道中的微生物群落结构，降低厚壁门和拟杆菌门的比例，促进机体内的糖代谢和脂质代谢，提高ob/ob糖尿病小鼠肠道中的丁酸含量，改善肠黏膜的损伤情况，保护肠道黏膜的完整性。由此可知，茯苓多糖可以通过调节ob/ob小鼠肠道中的微生物群落结构以改善高血糖和高脂血症。桑黄菌多糖（800 mg/kg）连续给药于糖尿病大鼠8周，能够增加糖尿病大鼠肠道中产短链脂肪酸的细菌含量，降低条件致病菌的含量，并且桑黄菌多糖能够有效修复肠黏膜层厚度，促进短链脂肪酸的产生，从而降低肠道通透性，提高糖尿病大鼠的葡萄糖耐量[30]。综上可知，食用菌多糖具有调节肠道菌群的作用，主要是通过增加肠道中的有益菌数量，减少肠道中的有害菌数量，从而维持肠道菌群平衡。

6 结语与展望

从天然、安全的食用菌中获得具有降血糖作用的多糖物质，并且研究其对机体的调控机制，能够为新降血糖药物的研发提供理论基础。具有降血糖作用的食用菌多糖在功能性食品和药品领域具有十分广阔的应用前景。但由于食用菌种类繁多且食用菌多糖组成成分复杂，因此，目前对食用菌多糖的降血糖活性及其作用机制的研究仍存在一定局限性。仍有许多问题待后续解决，如：关于食用菌多糖降血糖的作用机制相关研究较多的是针对某些特定蛋白和基因及关键代谢通路上的作用位点，对机体在食用菌多糖干预下发生的整体代谢变化规律的研究相对有限；食用菌多糖结构复杂，对食用菌多糖单一成分的降血糖活性及其作用机制相对有限；食用菌多糖的降血糖活性及其作用机制的研究较多在细胞和动物层面上，临床试验相关的研究报道相对较少，还需要进一步开展临床试验研究；食用菌多糖在降血糖方面的研究缺乏对糖尿病并发症的认识和治疗，因此，必须深入研究食用菌多糖对糖尿病并发症的作用；代谢组学在食品营养和药物开发方面的发展还未完全成熟，需要进一步结合蛋白质组学、转录组学进行多组学联合分析，进一步阐述科学问题，以充分了解食用菌多糖对糖尿病的预防和治疗作用。