蛹蟲草的化學成分、藥理作用及產業化研究進展

趙 璇，田雨航，龐道然，高 興，郭英杰，李 肖*

1.山東中醫藥大學藥物研究院，山東 濟南 250355

2.山東中醫藥大學藥學院，山東 濟南 250355

3.山東中醫藥大學中醫藥創新研究院，山東 濟南 250355

蛹蟲草Cordycepsmilitaris(L.) Link.是蟲草科蟲草屬的真菌，始載于《新華本草綱要》[1]，于1958年在我國吉林省首次被發現。在傳統醫學中，蛹蟲草一直被用作滋補類藥物[2]?，F代藥理研究表明，蛹蟲草具有調節免疫、抗腫瘤、調血脂等多種藥理作用[3]。2009 年蛹蟲草被我國衛生部批準為新資源食品，也是目前唯一被批準的蟲草屬真菌。作為藥食兩用真菌，蛹蟲草不僅具有多種藥理活性，且已實現人工栽培[4-5]，因此在我國食用菌與藥用菌的市場上占有較大份額。本文聚焦藥食兩用真菌蛹蟲草，圍繞其活性成分、藥理作用和產業化現狀3 個方面進行綜述，分別闡明了目前已有報道的蛹蟲草化學成分與藥理活性，并在此基礎上，整理了目前以蛹蟲草為主要原料的備案批準的保健食品，指出蛹蟲草保健食品在研發過程中存在的低水平、同質化高的問題，并提出蛹蟲草新型開發利用形式，為蛹蟲草的深入開發與綜合利用提供參考。

1 蛹蟲草的化學成分

蛹蟲草的菌絲體與子實體內所含的化學成分有所差異[6]，且在子實體中的濃度與分布也是不均勻的。如無特殊說明，本文綜述的蛹蟲草化學成分均存在于其菌絲體與子實體。

1.1 核苷類化合物

蛹蟲草中含有多種核苷類化合物，如腺苷[7]、蟲草素[8]、N6-2-羥乙基腺苷[9]、噴司他丁[10]、腺嘌呤[11]、2′-脫氧尿苷等[12]。其中，蟲草素與噴司他丁在蛹蟲草中共用同一個生物合成基因簇，且噴司他丁可通過抑制腺苷脫氨酶保護蟲草素免受其降解[10]，為保持與增加蛹蟲草的生物活性提供了分子證據及新視角。

1.2 蟲草酸

蟲草酸又名D-甘露醇，屬于六碳直鏈多元醇，是目前人工發酵蟲草的質控指標之一。Chan 等[13]發現蟲草酸在子實體中質量分數為0.047 mg/g，在菌絲體中質量分數為0.052 mg/g[14]。

1.3 多糖類

蛹蟲草多糖是蛹蟲草中主要的水溶性成分[15]，其活性主要由單糖、相對分子質量、糖苷鍵和分支度決定[16]。研究表明，自然生長狀態下的蛹蟲草與人工栽培的蛹蟲草中多糖的化學結構、質量分數具有顯著差別，可能與原料、分離及純化方法等有關[15]。多糖的常規提取方法為采用純水、酸/堿性溶液、加熱緩沖液等方法。其中，熱水或沸水是提取多糖最常用、最方便的方法，但熱水萃取具有加熱溫度高、萃取時間長、提取率低等缺點?；谝陨蟼鹘y提取工藝的局限性，目前出現了亞臨界水萃取、超高壓萃取、微波萃取和超聲波萃取等現代提取方法[15]。

1.4 蛋白質與氨基酸類化合物

蛹蟲草中富含蛋白質與氨基酸。Yu 等[17]從蛹蟲草的子實體中提取出的主要蛋白質組分——谷蛋白（占總蛋白質43.11%）是蛹蟲子實體的主要蛋白質成分，其次是白蛋白（36.47%）和球蛋白（17.94%）。

蛹蟲草中的氨基酸分為可構成蛋白質的氨基酸（18 種氨基酸）和非蛋白質氨基酸——γ 氨基丁酸（γ aminobutyric acid，GABA）[18]和麥角硫因[19]。Chen等[20]發現GABA 在菌絲體中質量分數為68.6～180.1 mg/kg，在子實體中質量分數為756.30 mg/g。Chen 等[19]通過在野生蛹蟲草中構建新型麥角硫因合成途徑，將蛹蟲草中麥角硫因產量提高到2.5 g/kg（干質量）。

1.5 其他活性成分

1.5.1 他汀類 蛹蟲草中的洛伐他汀在菌絲體中質量分數為（0.297±0.011）mg/g，在子實體中質量分數為（0.305±0.015）mg/g，收獲完子實體后的培養基中質量分數為（19.0±1.3）μg/g[21]。

1.5.2 甾醇類 作為真菌類藥材的特征成分，甾醇類化合物包括麥角甾醇、過氧化麥角甾醇、啤酒甾醇等。其中，麥角甾醇是蟲草中甾醇類化合物質量分數較高的組分。范衛鋒等[22]發現人工栽培蛹蟲草中麥角甾醇和游離麥角甾醇質量分數分別為（0.485±0.005）%、（0.316±0.030）%，遠高于野生型。

1.5.3 腦苷脂類 Sun 等[23]從蛹蟲草中分離出一種新型腦苷脂B。Chiu 等[24]從蛹蟲草子實體的90%甲醇水中分離出3 種腦苷脂，其中蟲草腦苷脂A 為首次分離的具有抗炎功效的新型腦苷脂，另2 種腦苷脂為已知的大豆腦苷脂I 和葡糖腦苷脂。

蛹蟲草的主要化學成分見圖1。

圖1 蛹蟲草活性成分結構式Fig.1 Structures of active ingredients in Cordyceps militaris

2 蛹蟲草的藥理作用

2.1 抗2 型糖尿病

蛹蟲草水提物的降血糖活性主要通過以下幾種途徑：（1）腸道微生物介導，Liu 等[25]證實蛹蟲草水提物1.5 g/kg 可提高糖尿病小鼠腸道內厚壁菌門/擬桿菌門的豐度，促進有益菌的生長；（2）通過增加丙酮酸激酶的活性促進葡萄糖吸收[26]；（3）通過激活膽堿能神經，進而激活胰島素底物受體基因和胰島素依賴性跨膜載體蛋白來降低血糖[27-28]。除了水提物，蛹蟲草的單體活性成分也具有一定的降糖作用。Ma等[29]通過研究蟲草素對四氯化碳誘導的糖尿病小鼠的影響，發現蟲草素以時間、劑量相關性降低血糖水平，增加肝臟中的肝素質量分數，同時增加口服葡萄糖耐量。Sun 等[30]發現用蟲草素0.1～100.0 μmol/L可以通過促進大鼠胰島素瘤細胞的胰島素合成和分泌發揮降血糖作用。蟲草多糖60～400 mg/kg 可通過調節腸道微生物代謝[31]，增強抗氧化酶的活性，改善胰島素抵抗[32]，提高糖耐量[33]來減輕糖尿病癥狀。除了上述提到的化合物，Sun 等[23]首次從蛹蟲草中分離出腦苷脂B，并發現腦苷脂B 50 μmol/L 可通過抗蛋白酪氨酸磷酸酶1B 阻斷胰島素的信號傳導途徑，抑制葡萄糖的體內代謝。

2.2 抗腫瘤

蛹蟲草對多種腫瘤細胞均有抑制作用。蛹蟲草乙醇提取物10～200 μg/mL 可通過誘導人乳腺癌MDA-MB-231、MCF-7、HS578T、SKBR-3 細胞及小鼠乳腺癌4T1-neu-HA、TUBO-HA、TUBO-P2JHA 細胞的免疫原性細胞死亡，增強細胞毒性T 細胞活性，增加程序性細胞死亡配體的表達發揮抗乳腺癌作用[34]。Jo 等[35]研究表明，蛹蟲草子實體50%乙醇提取物1 g/mL 可通過抑制人卵巢腺癌SKOV-3細胞的核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信號通路觸發腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）/TNFR1 介導的細胞凋亡，并通過促進半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cystein-asparate protease-3，Caspase-3）和Caspase-9 的裂解發揮抗卵巢癌的作用。Oh 等[36]證實衰老期蛹蟲草子實體50%乙醇提取物1 mg/mL 可抑制肝癌細胞的增殖。不同劑量的蛹蟲草水提物可通過誘導細胞周期停滯抑制肺癌細胞（1.5 mg/mL）[37]與人舌頭鱗癌細胞（50～500 mg/mL）[38]的增殖。蟲草素也被證實具有良好的抗腫瘤作用。蟲草素可顯著抑制小鼠結腸癌CT26 細胞的增殖，顯著增強腫瘤組織中細胞毒性T 淋巴細胞（CD8+T）、CD4+T、自然殺傷細胞和M1型巨噬細胞的浸潤[39]。蟲草素150 μg/mL 可通過引起人結腸癌Caco-2 細胞在G2期的阻滯發揮抗腫瘤作用[40]。此外，蟲草素對結直腸癌細胞（150 μg/mL）[40]、惡性周圍神經鞘膜瘤（100、300、600 μmol/L）[41]、肝內膽管細胞癌（25、50、100 μmol/L）[42]等惡性腫瘤表現出了良好的抑制活性。其他核苷類化合物如腺苷衍生物25 mg/kg 可誘導平衡核苷轉運蛋白1/單磷酸腺苷活化的蛋白激酶（ adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白介導的自噬性卵巢癌細胞死亡[43]。麥角化合物27、80、240 mg/kg 可通過氫鍵形成和π-π 相互作用結合人肺癌A549 細胞靶蛋白發揮抗腫瘤作用[44]。蛹蟲草粗組分50 μg/mL 通過誘導G2/M 細胞周期阻滯發揮抗人口腔鱗癌的作用[45]，也可通過降低基質金屬蛋白酶 2 （ matrix metalloproteinase 2，MMP2）和MMP9 的表達，抑制蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）蛋白在Ser473位點的磷酸化，增加糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的活性進而促進下游蛋白β-catenin 的降解發揮抗人非小細胞肺癌（1～30 μg/mL）/小鼠Lewis 肺癌（0.1、0.3、1.3 μg/mL）的作用[46]。蛹蟲草多糖CMPB90-1 250、500 μg/mL通過與Toll 樣受體2（Toll-like receptor 2，TLR2）結合來轉化免疫抑制性腫瘤相關巨噬細胞（tumorassociated macrophage，TAM），從而導致Ca2+釋放和 p38、Akt、NF-κB 或細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）的激活，最終導致TAM 從M2表型極化到M1表型，發揮抗腫瘤作用[47]。綜上，蛹蟲草來源的混合物（乙醇/水提取物、粗組分）、單體成分（蟲草素、麥角化合物、腺苷衍生物）等被證實對乳腺癌、卵巢癌、肝癌、肺癌、人舌頭鱗癌、結腸癌、人非小細胞肺癌等多種惡性腫瘤均有顯著的抑制作用。

2.3 調血脂

調血脂活性的研究主要集中在蛹蟲草多糖。蛹蟲草多糖CM1 調血脂主要通過2 種途徑：（1）下調參與脂滴形成的關鍵基因來抑制小鼠胚胎成纖維3T3-L1 細胞的前脂肪細胞分化[48]；（2）以劑量相關性的方式減少脂質沉積和動脈粥樣硬化斑塊的形成，降低總膽固醇和三酰甘油，增強抗氧化酶的活性，參與包括脂質代謝、炎癥反應、氧化還原酶活性等多條信號通路，發揮抗動脈粥樣硬化的作用[49]。多糖CM3-SII 25、100 mg/kg 一方面可通過抑制尼曼-匹克C1 型類似蛋白1 和膽固醇調節元件結合蛋白-1c 來減少膽固醇的重吸收和三酰甘油的合成，且通過增強過氧化物酶體增殖物活化受體α 介導的脂肪酸氧化來降低血漿三酰甘油水平。另一方面增加有益微生物的豐度水平和抑制有害微生物的水平來調節脂質代謝，同時提高血漿載脂蛋白A1 濃度和肝臟X 受體α/ATP 結合盒轉運蛋白G8 mRNA 通路的表達[50]。富硒蛹蟲草多糖SeCMP 50～200 mg/kg 通過抑制脂多糖結合蛋白、脂聯素水平及結腸和皮下脂肪中的促炎基因表達，改善抗炎基因表達，促進肥胖小鼠的飽腹感和產熱，顯著減少與肥胖性狀成負相關的腸道細菌，增加黏膜有益菌發揮調血脂作用[51]。蛹蟲草胞內多糖EPCM-1 100 mg/kg 通過上調血清脂蛋白脂酶和下調肝臟3-羥基3-甲基戊二酰輔酶A 還原酶的表達，胞外多糖IPCM-1 200 mg/kg 可顯著上調血清脂蛋白脂酶的表達，改善高脂血癥[52]。蛹蟲草多糖400 mg/kg 可通過減少脂多糖產生菌和增加短鏈脂肪酸產生菌，對腸道菌群進行重塑，進而改善高脂血癥[53-54]。除了單獨應用蛹蟲草，利用蛹蟲草發酵其他中藥后獲得的發酵產物，也被證實具有良好的調血脂活性。Lee 等[55]使用蛹蟲草發酵桑葉，發現其發酵產物50 mg/kg 可以降低血清低密度脂蛋白、三酰甘油、膽固醇和葡萄糖水平，減少肝臟質量和脂滴，抑制脂肪生成基因的表達，誘導脂肪分解蛋白的表達和激活，發揮調血脂活性。

2.4 神經保護

蛹蟲草乙醇提取物100、200 mg/kg 可通過以下途徑發揮神經保護活性：（1）下調小鼠腦內炎癥分子誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和前列腺素氧化環化酶 2（prostaglandin endoperoxide synthase 2，PTGS2）及p38 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、c-Jun 氨基末端激酶信號通路等[56]；（2）抑制大腦、肝臟、腎臟中一氧化氮的產生及減輕肝臟、腎臟因淀粉樣肽β 沉積造成的氧化應激[57-58]；（3）提高腦源性神經營養因子的表達[59]。蛹蟲草100、300 mg/kg ig 于全腦缺血再灌注損傷引起的短暫性前腦缺血實驗大鼠，發現其可以保護大鼠海馬CA1 區的遲發性神經元死亡，且具有抗炎特性，抑制小鼠小膠質細胞特異性標志物的表達，并改善因全腦缺血和東莨菪堿誘導的記憶惡化而導致的記憶障礙[60]。在大鼠腎上腺嗜鉻細胞瘤PC12 細胞中，Zhang 等[61]證實蟲草素10 mg/kg 可通過抑制NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NOD like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎性體成分的表達和促炎因子的釋放，Jiao 等[62]證實蟲草素0.1、0.5、1.0 μg/mL 可促進cAMP 反應元件結合蛋白誘導的神經生長因子上調，進而將小神經膠質細胞激活為替代激活型（M2）狀態，改善阿爾茨海默病中神經元突觸可塑性和衰老。在創傷性腦損傷小鼠模型中，蟲草素1 mg/mL 可抑制創傷性腦損傷后中性粒細胞的浸潤，從而保持血腦屏障的完整性和改變小膠質細胞/巨噬細胞極化，達到對神經的長期保護作用[63]。富硒蛹蟲草中獲得的2 種具有神經保護作用的新型硒肽——VPRKL（Se）M（Se-P1）和RYNA（Se）MNDYT（Se-P2），給藥劑量為10、30 mg/kg 時，可通過抑制促炎介質和丙二醛的產生，促進抗炎因子水平，對模型小鼠結腸和大腦中脂多糖誘導的炎癥和氧化應激表現出顯著的保護作用和抗氧化酶活性，減輕小鼠的認知障礙；并可以調節模型小鼠的腸道菌群，通過增加乳酸菌屬Lactobacillus和另支菌屬Alistipes的豐度，降低阿克曼菌屬Akkermansia和擬桿菌屬Bacteroides的豐度調節失調的腸道菌群，發揮神經保護作用[64]。

2.5 免疫調節

蛹蟲草的免疫調節活性主要來源于多糖類與蛋白類物質。Yu 等[65]證實，蛹蟲草多糖AESP-II 25、50、100 mg/kg 可激活MAPK 通路，促進B 淋巴細胞的增殖，通過介導體液免疫來發揮其免疫調節功能。蛹蟲草均質多糖CMP-III[66]，富硒蛹蟲草分離出的多糖組分Se-CMP-III[67]通過促進一氧化氮、TNF-α 和白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）的分泌，激活MAPK 和NF-κB 信號通路發揮作用。蛹蟲草胞外多糖可有效提高免疫損傷小鼠的血清免疫球蛋白質量濃度，并通過逆轉免疫紊亂來維持體內平衡，增強體液免疫[68]。李志濤等[69]證實蟲草多糖1.0 mg/mL 可顯著提高小鼠的免疫功能，當濃度繼續升高時，免疫活性出現下降趨勢。除了蛹蟲草多糖類組分，其蛋白類組分也被報道具有免疫調節作用。蛹蟲草多肽32、160、800 mg/kg 可通過調控基因Kdr、Spp1、PTGS2、Rel 和Smad3 及轉錄因子Ets1、E2f2 和E2f1 參與小鼠免疫功能的調節，且推測主要調控通路是磷脂酰肌醇3-激酶/Akt 信號通路和TNF 信號通路[70]。蛹蟲草免疫調節蛋白（Cordycepsmilitarisimmunomodulatory protein，CMIMP）和CMP2b 均可提高巨噬細胞的吞噬能力，其中CMIMP 80 ng/mL 可激活TLR4/NF-κB 通路，增強纖維形肌動蛋白的表達和重排[71]，CMP2b 25～200 μg/mL 可促進巨噬細胞分泌一氧化氮、活性氧、IL-1β、IL-6、γ 干擾素及TNF-α，增強免疫調節能力[72]。

2.6 其他作用

除了上述提到的生物活性外，蛹蟲草在抗炎、抗特應性皮炎、抗過敏方面也有部分報道。

在抗炎方面，蛹蟲草水提物0.135、0.540 g/kg通過調節SD 大鼠趨化因子配體7、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子低親和力受體β 及IL-1β 水平發揮抗炎作用[73]。Park 等[74]證實蟲草素0.05 mg/mL 可通過降低脂多糖誘導的C57BL/6 小鼠促炎因子TNF-α、γ 干擾素、IL-1β 和IL-6 的產生，并抑制脂多糖誘導的炎癥相關酶iNOS 和COX-2 的表達及一氧化氮的產生發揮抗炎作用。Yang 等[75]發現蟲草素12.5～100.0 μmol/L 可通過AMPK 通路抑制NF-κB和NLRP3 炎性小體的激活，預防ICR 雄性小鼠急性胰腺炎的發生。郭鴻勝等[76]將唾液乳桿菌接種在含有蛹蟲草的培養液中，得到的共培養上清液在抑制2,4-二硝基氯苯誘導的小鼠皮膚組織的炎癥反應方面有顯著效果，且呈劑量相關性。

在治療特應性皮炎方面，從蛹蟲草中提取的卵假散囊菌素（10 μg/mL）一方面可下調由脂多糖激活的犬巨噬DH82 細胞鈣IL-31 信號通路，降低炎癥和瘙癢反應相關的基因表達；另一方面可降低DH82 細胞Janus 激酶2、瞬時受體電位香草醛亞家族1 和組胺受體H 在內的IL-31下游基因的表達，被認為是一種可替代甾類藥物治療特應性皮炎的潛在藥物[77]。蛹蟲草水提物0.25、0.50、1.00 mg/mL可下調TNF-α/γ 干擾素刺激的人永生化表皮HaCaT細胞中ERK1/2 和p38 激酶的表達，進而發揮抗特異性皮炎的作用。蛹蟲草水提物0.25、0.50、1.00 mg/mL ig 于特應性皮炎BALB/c 小鼠模型后，小鼠耳表皮/真皮厚度和肥大細胞浸潤減少，同時抑制小鼠耳組織中血清免疫球蛋白表達水平和輔助型T 細胞因子1/輔助型T 細胞因子2（Th1/Th2）細胞因子的基因表達水平，表明蛹蟲草水提物對特應性皮炎的皮膚損傷具有一定的修復作用[78]。

蛹蟲草提取物及其活性成分藥理作用見圖2。

圖2 蛹蟲草提取物及活性成分的藥理作用Fig.2 Pharmacological effects of extracts and active components of Cordyceps militaris

3 蛹蟲草相關的大健康產品

以“蛹蟲草”為檢索關鍵詞在國家市場監督管理總局的特殊食品信息查詢平臺進行檢索，共檢索到注冊在案的蛹蟲草相關保健食品86 種。其中包括膠囊劑（47 種）、片劑（7 種）、顆粒劑（9 種）、口服液（13種）、丸劑（1 種）、粉劑（3 種）、膏劑（5 種），保健飲料（1 種）。在這86 種保健食品中，與其他中藥混合形成產品的有26 種，均為混合配伍，功效主要為“增強免疫力”，其次是“緩解體力疲勞”“輔助保護化學性肝損傷”“改善睡眠”“降低血糖”。見表2。

表2 以蛹蟲草為原料的保健食品目錄Table 2 Catalogue of dietary supplement with Cordyceps militaris as raw material

4 結語與展望

我國是世界上最大的食用菌生產國和出口國之一，食用菌的產值位列第5，僅次于糧食、蔬菜、水果、食用油[79]。據2019 年的統計數據顯示，我國以蛹蟲草為原料的產品年產值已達到100 億元[80]。蛹蟲草作為我國食品和保健品流通市場上最常見的食藥兩用真菌，憑借其良好的藥理作用及成熟的人工栽培技術在食藥兩用真菌市場占據了較大的份額。但蛹蟲草的深入開發利用仍存在以下問題。

4.1 闡明蛹蟲草藥效物質基礎及其作用機制

對蛹蟲草而言，雖然蟲草素、蟲草多糖是目前研究的熱點，但多數研究的對象仍是水提物或醇提物，尤其是在大健康產品的開發中，蛹蟲草粗粉、蛹蟲草粗提物占絕大部分。蛹蟲草藥效物質基礎研究存在較大困難的原因可能與其本身的真菌特性有關，其發揮藥理作用的藥效物質基礎及其作用機制仍需繼續深入挖掘。目前以香菇多糖為代表的真菌多糖是研究較為成功的真菌活性成分之一，但是多糖的組成結構較為復雜，導致難以闡明其發揮藥理作用的構效關系。而蛹蟲草抗腫瘤等藥理作用的相關研究，大多停留在體外細胞水平，整體動物水平的研究有待進一步的探索。

4.2 加強蛹蟲草功能食品研發

在探究藥理藥效基礎上，蛹蟲草大健康產品的開發也存在部分問題。首先，大健康產品的開發存在低水平、同質性高的問題，如加工工藝仍停留在原料的簡單提取，大健康產品的有效成分重復、功效重復。通過檢索國家市場監督管理局備案的保健食品，發現大部分蛹蟲草保健食品的有效成分為腺苷、粗多糖，功效大部分為增強免疫力、緩解疲勞。綜合考慮蛹蟲草的活性成分及對應的藥理作用，以蛹蟲草為原料的大健康產品還有更多可供開發的功效成分及作用。在蛹蟲草的開發利用形式上，目前已有的產品大部分為蛹蟲草與其他中藥配伍使用，未來可以考慮蛹蟲草自身作為“真菌”的特性，形成發酵型產品。發酵型產品的相對分子質量更小，更易被人體吸收利用，是新型大健康產品的優質小分子來源。

4.3 加強蛹蟲草生物基質可循環利用

除了用作大健康產品的原料，在蛹蟲草種植過程中，采收子實體后的培養基內仍含有較多的活性成分[21]，也可成為獸藥、動物飼料的優質來源。充分循環利用生物基質，不僅環保綠色可持續，也可增加蟲草種植戶的經濟收益。

綜上，蛹蟲草的綜合開發利用仍舊需要進一步的深入挖掘，充分發揮菌種特性，創造更大的醫藥價值、經濟價值與社會價值。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突