FSHW ｜ 美网柄牛肝菌多糖的结构鉴定、免疫调节活性和抗肿瘤活性及其分子机制

2023-04-24行业资讯

Introduction

癌症因其高死亡率而威胁人类健康，尽管治疗药物和手段不断更新优化，但这些常规疗法的副作用会引起一系列不良反应。因此，迫切需要疗效好、毒性低的抗癌药物。近年来，天然多糖因其不仅具有显著的抗肿瘤和免疫调节活性，而且毒副作用低，在生物医学领域受到越来越多的关注。几个世纪以来，蘑菇一直被用作食物，不仅因其独特的风味，还因其丰富的具有营养和药用价值的生物活性化合物，包括蛋白质、多糖、酚类化合物、萜烯等。据报道，蘑菇多糖具有多种生物学功能，包括抗癌、抗糖尿病、抗炎、抗菌、抗氧化、降血糖和免疫调节活性等。蘑菇多糖的抗肿瘤活性是通过激活免疫系统和直接抑制癌细胞生长实现的。它们与不同的膜受体（TLR、CR3、Dectin-1、NLR、RLR）结合，触发一系列信号传导反应，从而增强B淋巴细胞分泌抗体，并产生针对肿瘤抗原的系统性T淋巴细胞免疫反应，促进肿瘤消退和动物存活。蘑菇多糖通过调节Bcl-2基因组编码的大量与凋亡相关的蛋白质，抑制NO和MAPK的产生，以及与血管生成有关的Akt信号转导，限制ERK1/2或ERK5途径将细胞周期阻滞在G1期，从而促进癌细胞凋亡并抑制其迁移。香菇中的β-葡聚糖具有显著的抗肿瘤活性，并通过临床试验成功开发为抗肿瘤药物。牛肝菌属蘑菇在世界范围内广泛分布，是最美味的食用菌之一。大量文献报道了其多糖的生物活性，例如抗糖尿病、抗氧化、免疫调节和抗肿瘤活性等。美网柄牛肝菌属于真菌界、担子菌门、伞菌纲、牛肝菌目、牛肝菌科和牛肝菌属，夏秋季在青杠林、榛林地上，或松等混交林下广泛分布。由于其质地鲜美细腻，蛋白质含量丰富，脂肪含量低，多不饱和脂肪酸和生育酚含量相对较高，具有良好的抗氧化性能，可用于食品、化妆品和制药行业。鉴于牛肝菌属多糖具有较强的生物活性，而美网柄牛肝菌多糖的免疫调节和抗肿瘤活性潜力研究尚不充分。

因此，在本研究中，西华师范大学的侯怡铃、四川省农业科学院蚕业研究所的粟思源等评价了一种来自美网柄牛肝菌的新型水溶性多糖，指定为BRS-X，并描述了BRS-X的结构表征、免疫调节活性、抗肿瘤活性及其分子机制。

Results and Discussion

BRS-X结构

综合高效液相色谱、核磁共振和气相色谱质谱联用实验结果，解析出BRS-X的结构是(1 → 6)-α-D-半乳糖为主链，在半乳糖的2位碳上连接的→4）-β-D-葡萄糖为支链，且半乳糖与葡萄糖的比例为5：1。

图1 BRS-X的结构

BRS-X的免疫调节活性

体外免疫活性实验结果表明， BRS-X能显著促进T、B淋巴细胞和巨噬细胞的增殖活性。当BRS-X的质量浓度为20 μg/mL时，对T、B淋巴细胞的增殖活性影响最大，增殖率分别达到38.88%、30.97%。而且BRS-X能促进B淋巴细胞分泌免疫球蛋白。当BRS-X的质量浓度为10 μg/mL时，对巨噬细胞的增殖活性和吞噬活性影响最大，增殖率达到122.49%，吞噬率达到67.74%。

A. T淋巴细胞增殖率；B. T淋巴细胞图；C. B淋巴细胞增殖率；D. B淋巴细胞图；E. IgG；F. IgE；G. IgD；H. IgM

图2 BRS-X体外对T、B淋巴细胞活性的影响

A.巨噬细胞增殖率；B.巨噬细胞图；C.巨噬细胞吞噬中性红；D.吞噬荧光微球巨噬细胞图；E.巨噬细胞吞噬荧光微球；F. S180细胞抑制率。

图3 BRS-X体外对巨噬细胞、S180细胞活性的影响

BRS-X的抗肿瘤活性

体外抗肿瘤活性实验结果表明， BRS-X能显著抑制S180细胞的生长。当BRS-X的质量浓度为10 μg/mL时，对S180细胞的抑制效果最强，抑制率为39.74%。小鼠体内S180肿瘤模型实验结果表明，BRS-X有显著的抗肿瘤活性，其抑制率达到37.86%。

表1 BRS-X在小鼠体内对S180肿瘤活性的影响

BRS-X的抗肿瘤活性分子机制

KEGG信号通路分析转录组测序结果，发现基因主要集中在丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路和磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信号通路。肿瘤组织的酶联免疫吸附测定ELISA分析结果表明，BRS-X刺激下的血管内皮生长因子受体（ VEGFR ）、血管内皮生长因子（ VEGF ）的表达水平显著降低。

A. BRS-X组中相对转录抑制率超过25%的基因；B. BRS-X组中相对转录促进率大于10%的基因；C. BRS-X刺激下肿瘤组织中的MAPK信号通路；D. BRS-X刺激下肿瘤组织中的PI3K-Akt信号通路；E. BRS-X对VEGFR表达的影响；F. BRS-X对VEGF表达的影响

图4S180肿瘤小鼠体内BRS-X抗肿瘤分子机制

Conclusion

本研究从美网柄牛肝菌子实体中分离出一种新的多糖(BRS-X)。BRS-X的分子量为15 kDa，成分主要是半乳糖和葡萄糖，比例为5:1。结构鉴定结果表明，BRS-X的主链为1,6-α-D-Galp，侧链为与Galp的O-2相连的4-β-D-Glcp。用BRS-X培养的细胞（T、B淋巴细胞和巨噬细胞）显示出高增殖活性。此外，BRS-X可以增强巨噬细胞的吞噬能力，刺激B淋巴细胞分泌更多的IgG、IgE、IgD和IgM。S180小鼠模型试验结果表明，BRS-X通过MAPK和PI3K/Akt信号通路表现出显著的抗肿瘤活性，并且VEGF和VEGFR蛋白质的表达显著降低。该研究为美网柄牛肝菌资源的多样化利用提供了科学依据，并引入了一种具有独特抗肿瘤和免疫调节特性的新型多糖（BRS-X）。

第一作者简介

粟思源，女，理学硕士，在读期间主要研究方向为食用菌多糖的分离纯化、结构鉴定、生物活性及其分子机制研究。现为四川省农业科学院蚕业研究所研究实习员，主要研究方向为家蚕种质资源与分子育种、家蚕资源的多元化利用。目前主持市级科技项目1项，参与国家级项目、省级项目、院市级项目等多项。近5年在国内外期刊公开发表学术论文10余篇，其中SCI收录3篇，第一作者论文4篇，授权国家发明专利1件。

通信作者简介

侯怡铃，女，西华师范大学生命科学学院教授，理学博士，硕士生导师，生物化学与分子生物学硕士点负责人，四川省组织修复材料工程技术协同创新中心副主任，四川省学术与技术带头人后备人选（自然科学），四川省海外高层次留学人才，四川省微生物学学会理事，四川省科技青年联合会理事，美国宾夕法尼亚大学公派访问学者。主要研究方向为真菌多糖的分离纯化、结构鉴定、生物活性及其分子机制研究，主持国家自然科学基金项目、四川省科技厅应用基础重点项目、四川省科技厅应用基础面上项目、四川省教育厅重大培育项目、农业农村部项目等各类项目14项，以第一作者或通讯作者身份发表学术论文46篇（SCI收录34篇）。以第一专利人身份授权国家发明专利4项，授权美国发明专利1项。获四川省科学技术进步奖三等奖1项，专利成果技术转让1项，出版国际英文学术专著1部。

Structure elucidation, immunomodulatory activity, antitumor activity and its molecular mechanism of a novel polysaccharide from Boletus reticulatus Schaeff

Siyuan Sua,b,1, Xiang Dingc,1, Yiling Houa,*, Binbin Liub, Zhouhe Dub, Junfeng Liub

a Key Laboratory of Southwest China Wildlife Resources Conservation, College of Life Sciences, China West Normal University, Nanchong 637009, China

bSericultural Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Nanchong 637000, China

cCollege of Environmental Science and Engineering, China West Normal University, Nanchong 637009, China

*Corresponding author.

Abstract

A new water-soluble heteropolysaccharide with a molecular weight of 15 kDa was isolated from the fruiting bodies of Boletus reticulatus Schaeff. Structural characterization results revealed that B. reticulatus Schaeff polysaccharide (BRS-X) had a backbone of 1,6-linked α-D-galactose and 1,2,6-linked α-D-galactose which branches were mainly composed of a terminal 4-linked β-D-glucose and the ratio of D-galactose and D-glucose was 5:1. Bioactivity assays indicated that BRS-X displayed a strong proliferative activity in T cells and B cells and promoted the secretion of immunoglobulin G (IgG), IgE, IgD and IgM. In addition, BRS-X could facilitate the proliferation and phagocytosis of RAW264.7 cells and could significantly inhibit the growth of tumors in S180-bearing mice. The results of transcriptome sequencing analysis illustrated that total 46 genes enriched in MAPK and total 34 genes enriched in PI3K/Akt signaling pathways in BRS-X group. The protein VEGF and VEGFR expression were significantly reduced under the treatment with BRS-X. These findings provide a scientific basis for the edible and medicinal value of BRS-X.

Reference:

SU S Y, DING X, HOU Y L, et al. Structure elucidation, immunomodulatory activity, antitumor activity and its molecular mechanism of a novel polysaccharide from Boletus reticulatus Schaeff[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(2): 647-661. DOI:10.1016/j.fshw.2022.07.067.

文章编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

投稿网址：

https://www.sciopen.com/journal/2958-4124

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