黑木耳多糖：从结构到生物应用的全面探索

原创

来源：田回香

2025-02-21 11:44:12

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核心提示：本文总结了黑木耳多糖的结构特征、生物活性及其构效关系，以及在食品、医药和生物材料领域的应用等相关研究进展

黑木耳（Auricularia auricula）作为一种药食两用的真菌，在中国已有数千年的食用历史。它不仅因其丰富的营养和独特的风味而备受青睐，还因其多糖成分的多种生物活性而成为研究热点。最近，湖北中医药大学周燕教授团队在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊上发表了一项关于黑木耳多糖的综述，为我们总结了黑木耳多糖的结构特征、生物活性及其构效关系，以及在食品、医药和生物材料领域的应用等相关研究进展。

抗肿瘤活性

黑木耳多糖具有抗肿瘤、降血糖、抗氧化和免疫调节等多种生物活性，近年来在食品、医药和生物材料领域的应用潜力逐渐显现。黑木耳多糖的抗肿瘤机制如图1所示。黑木耳多糖的抗肿瘤活性最早由Misaki等人^[1]在1978年发现，他们从黑木耳子实体中提取的β-葡聚糖对小鼠S-180肿瘤具有显著的抑制作用。随后的研究表明，黑木耳多糖通过激活免疫系统来抑制肿瘤生长。例如，Ping等人^[2]发现，刚性链β-葡聚糖AF1通过上调趋化因子MCP-1、CCL3和CCL4的表达，诱导免疫细胞浸润肿瘤微环境，从而增强抗肿瘤效果。此外，黑木耳多糖还能直接抑制肿瘤细胞的增殖和迁移。Cai等人^[3]通过代谢组学分析发现，三螺旋结构的BFP通过诱导肝癌细胞凋亡和细胞周期阻滞，抑制了肿瘤的生长。

调节免疫活性

黑木耳多糖的免疫调节活性主要归因于其β-葡聚糖成分，其免疫调节机制如图2所示。研究表明，β-葡聚糖能够与免疫细胞表面的模式识别受体（如Dectin-1和TLR4）结合，激活巨噬细胞和树突状细胞，促进细胞因子的产生^[4]。例如，Zhang等人^[5]发现，黑木耳多糖CEPSN-1和CEPSN-2能够促进RAW 264.7细胞释放NO和细胞因子（如IL-6、IL-10和TNF-α），表现出显著的免疫调节活性。此外，黑木耳多糖还能通过调节肠道菌群间接影响免疫系统。Zhao等人^[6]发现，摄入黑木耳多糖后，肠道菌群的发酵产物短链脂肪酸能够激活MAPK信号通路，促进T细胞和B细胞的成熟。

图1. 黑木耳多糖的抗肿瘤机制

图片来源：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39326616/

图2. 黑木耳多糖的免疫调节机制

图片来源：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39326616/

抗氧化活性

黑木耳多糖的抗氧化活性在体外和体内实验中均得到了验证。Sun等人^[7]发现，黑木耳多糖能够清除DPPH自由基、超氧阴离子和羟基自由基，表现出显著的体外抗氧化能力。在体内实验中，黑木耳多糖通过提高超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性，降低脂质过氧化产物丙二醛（MDA）的含量，从而发挥抗氧化作用^[8]。此外，黑木耳多糖的抗氧化活性还与其在慢性疾病中的应用密切相关。例如，黑木耳多糖能够通过抗氧化作用改善心脏功能和肝脏葡萄糖代谢紊乱^[9]。

降血糖活性

黑木耳多糖的降血糖活性主要通过抑制葡萄糖代谢酶、抑制糖异生和促进肝糖原合成来实现。Lu等人^[10]发现，黑木耳多糖APSHs能够显著降低链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠的空腹血糖水平，并提高肝糖原和胰岛素的含量。此外，Yuan等人^[11]在糖尿病小鼠模型中发现，黑木耳多糖通过延迟大量营养物质的吸收和抑制消化酶活性，表现出显著的降血糖效果。

结构特征

黑木耳多糖的结构复杂多样，其化学结构包括单糖组成、糖苷键连接方式以及α或β构型等，主要由葡萄糖、甘露糖和葡萄糖醛酸等单糖单元通过不同的键接方式组成。研究表明，黑木耳多糖的主要成分是β-葡聚糖，具有（1,3）-β-葡萄糖苷键的主链结构，并带有（1,6）-β-葡萄糖苷键的支链^[12]^。这种支链结构不仅增强了多糖的水溶性，还赋予了其独特的生物活性。例如，Xu等人^[13]发现，其研究提取的黑木耳多糖是具有高度支链结构的β-葡聚糖，在水中表现出较高的粘度，且其水溶性优于其他多糖。

黑木耳多糖的高级结构（如链构象和分子量）也对其生物活性产生重要影响。研究表明，黑木耳多糖的链构象可以是球形、无规卷曲、半刚性链或三螺旋结构^[14]。例如，Meng等人^[15]通过原子力显微镜和分子动力学模拟，首次证实了黑木耳多糖BFP在水溶液中形成三螺旋结构，这种结构在抗肿瘤和免疫调节中发挥了重要作用。此外，黑木耳多糖的分子量也与其生物活性密切相关。研究发现，分子量在7.7×10^5 Da左右的黑木耳多糖在抗肝癌活性方面表现最佳^[16]，而分子量过低或过高都会影响其与细胞受体的结合能力。

黑木耳多糖的单糖组成对其生物活性具有重要影响。研究表明，β-葡聚糖是黑木耳多糖的主要活性成分，能够通过与免疫细胞表面的受体结合，激活免疫系统^[17]。此外，葡萄糖醛酸残基在黑木耳多糖的抗氧化和抗凝血活性中也发挥了重要作用。Sun等人^[18]发现，葡萄糖醛酸含量越高，黑木耳多糖的抗氧化活性越强。Yoon等人^[19]则发现，葡萄糖醛酸残基通过与抗凝血酶相互作用，赋予黑木耳多糖抗凝血活性。

应用前景

黑木耳多糖不仅具有多种生物活性，还在生物材料领域展现出广泛的应用前景（图3）。例如，Meng等人^[20]利用黑木耳多糖BFP的自组装行为，构建了具有疏水腔的纳米管，成功负载了疏水性药物阿霉素，并实现了pH敏感的药物控释。此外，黑木耳多糖还被用于分散金属纳米颗粒，如银纳米颗粒和金纳米颗粒，以提高其生物相容性和稳定性^[21]。

图3. 黑木耳多糖在生物医学材料领域的应用实例

图片来源：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39326616/

黑木耳多糖作为一种具有多种生物活性的天然多糖，在医药和功能性食品领域具有广泛的应用前景。然而，目前对黑木耳多糖的研究仍处于初级阶段，特别是在高级结构和构效关系方面仍存在许多挑战。未来的研究应着重解决这些问题，以推动黑木耳多糖在食品、医药和生物材料等领域的广泛应用。

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文献链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39326616/