蛹虫草的化学成分、药理作用及产业化研究进展

赵 璇，田雨航，庞道然，高 兴，郭英杰，李 肖*

1.山东中医药大学药物研究院，山东 济南 250355

2.山东中医药大学药学院，山东 济南 250355

3.山东中医药大学中医药创新研究院，山东 济南 250355

蛹虫草Cordycepsmilitaris(L.) Link.是虫草科虫草属的真菌，始载于《新华本草纲要》[1]，于1958年在我国吉林省首次被发现。在传统医学中，蛹虫草一直被用作滋补类药物[2]。现代药理研究表明，蛹虫草具有调节免疫、抗肿瘤、调血脂等多种药理作用[3]。2009 年蛹虫草被我国卫生部批准为新资源食品，也是目前唯一被批准的虫草属真菌。作为药食两用真菌，蛹虫草不仅具有多种药理活性，且已实现人工栽培[4-5]，因此在我国食用菌与药用菌的市场上占有较大份额。本文聚焦药食两用真菌蛹虫草，围绕其活性成分、药理作用和产业化现状3 个方面进行综述，分别阐明了目前已有报道的蛹虫草化学成分与药理活性，并在此基础上，整理了目前以蛹虫草为主要原料的备案批准的保健食品，指出蛹虫草保健食品在研发过程中存在的低水平、同质化高的问题，并提出蛹虫草新型开发利用形式，为蛹虫草的深入开发与综合利用提供参考。

1 蛹虫草的化学成分

蛹虫草的菌丝体与子实体内所含的化学成分有所差异[6]，且在子实体中的浓度与分布也是不均匀的。如无特殊说明，本文综述的蛹虫草化学成分均存在于其菌丝体与子实体。

1.1 核苷类化合物

蛹虫草中含有多种核苷类化合物，如腺苷[7]、虫草素[8]、N6-2-羟乙基腺苷[9]、喷司他丁[10]、腺嘌呤[11]、2′-脱氧尿苷等[12]。其中，虫草素与喷司他丁在蛹虫草中共用同一个生物合成基因簇，且喷司他丁可通过抑制腺苷脱氨酶保护虫草素免受其降解[10]，为保持与增加蛹虫草的生物活性提供了分子证据及新视角。

1.2 虫草酸

虫草酸又名D-甘露醇，属于六碳直链多元醇，是目前人工发酵虫草的质控指标之一。Chan 等[13]发现虫草酸在子实体中质量分数为0.047 mg/g，在菌丝体中质量分数为0.052 mg/g[14]。

1.3 多糖类

蛹虫草多糖是蛹虫草中主要的水溶性成分[15]，其活性主要由单糖、相对分子质量、糖苷键和分支度决定[16]。研究表明，自然生长状态下的蛹虫草与人工栽培的蛹虫草中多糖的化学结构、质量分数具有显著差别，可能与原料、分离及纯化方法等有关[15]。多糖的常规提取方法为采用纯水、酸/碱性溶液、加热缓冲液等方法。其中，热水或沸水是提取多糖最常用、最方便的方法，但热水萃取具有加热温度高、萃取时间长、提取率低等缺点。基于以上传统提取工艺的局限性，目前出现了亚临界水萃取、超高压萃取、微波萃取和超声波萃取等现代提取方法[15]。

1.4 蛋白质与氨基酸类化合物

蛹虫草中富含蛋白质与氨基酸。Yu 等[17]从蛹虫草的子实体中提取出的主要蛋白质组分——谷蛋白（占总蛋白质43.11%）是蛹虫子实体的主要蛋白质成分，其次是白蛋白（36.47%）和球蛋白（17.94%）。

蛹虫草中的氨基酸分为可构成蛋白质的氨基酸（18 种氨基酸）和非蛋白质氨基酸——γ 氨基丁酸（γ aminobutyric acid，GABA）[18]和麦角硫因[19]。Chen等[20]发现GABA 在菌丝体中质量分数为68.6～180.1 mg/kg，在子实体中质量分数为756.30 mg/g。Chen 等[19]通过在野生蛹虫草中构建新型麦角硫因合成途径，将蛹虫草中麦角硫因产量提高到2.5 g/kg（干质量）。

1.5 其他活性成分

1.5.1 他汀类 蛹虫草中的洛伐他汀在菌丝体中质量分数为（0.297±0.011）mg/g，在子实体中质量分数为（0.305±0.015）mg/g，收获完子实体后的培养基中质量分数为（19.0±1.3）μg/g[21]。

1.5.2 甾醇类 作为真菌类药材的特征成分，甾醇类化合物包括麦角甾醇、过氧化麦角甾醇、啤酒甾醇等。其中，麦角甾醇是虫草中甾醇类化合物质量分数较高的组分。范卫锋等[22]发现人工栽培蛹虫草中麦角甾醇和游离麦角甾醇质量分数分别为（0.485±0.005）%、（0.316±0.030）%，远高于野生型。

1.5.3 脑苷脂类 Sun 等[23]从蛹虫草中分离出一种新型脑苷脂B。Chiu 等[24]从蛹虫草子实体的90%甲醇水中分离出3 种脑苷脂，其中虫草脑苷脂A 为首次分离的具有抗炎功效的新型脑苷脂，另2 种脑苷脂为已知的大豆脑苷脂I 和葡糖脑苷脂。

蛹虫草的主要化学成分见图1。

图1 蛹虫草活性成分结构式Fig.1 Structures of active ingredients in Cordyceps militaris

2 蛹虫草的药理作用

2.1 抗2 型糖尿病

蛹虫草水提物的降血糖活性主要通过以下几种途径：（1）肠道微生物介导，Liu 等[25]证实蛹虫草水提物1.5 g/kg 可提高糖尿病小鼠肠道内厚壁菌门/拟杆菌门的丰度，促进有益菌的生长；（2）通过增加丙酮酸激酶的活性促进葡萄糖吸收[26]；（3）通过激活胆碱能神经，进而激活胰岛素底物受体基因和胰岛素依赖性跨膜载体蛋白来降低血糖[27-28]。除了水提物，蛹虫草的单体活性成分也具有一定的降糖作用。Ma等[29]通过研究虫草素对四氯化碳诱导的糖尿病小鼠的影响，发现虫草素以时间、剂量相关性降低血糖水平，增加肝脏中的肝素质量分数，同时增加口服葡萄糖耐量。Sun 等[30]发现用虫草素0.1～100.0 μmol/L可以通过促进大鼠胰岛素瘤细胞的胰岛素合成和分泌发挥降血糖作用。虫草多糖60～400 mg/kg 可通过调节肠道微生物代谢[31]，增强抗氧化酶的活性，改善胰岛素抵抗[32]，提高糖耐量[33]来减轻糖尿病症状。除了上述提到的化合物，Sun 等[23]首次从蛹虫草中分离出脑苷脂B，并发现脑苷脂B 50 μmol/L 可通过抗蛋白酪氨酸磷酸酶1B 阻断胰岛素的信号传导途径，抑制葡萄糖的体内代谢。

2.2 抗肿瘤

蛹虫草对多种肿瘤细胞均有抑制作用。蛹虫草乙醇提取物10～200 µg/mL 可通过诱导人乳腺癌MDA-MB-231、MCF-7、HS578T、SKBR-3 细胞及小鼠乳腺癌4T1-neu-HA、TUBO-HA、TUBO-P2JHA 细胞的免疫原性细胞死亡，增强细胞毒性T 细胞活性，增加程序性细胞死亡配体的表达发挥抗乳腺癌作用[34]。Jo 等[35]研究表明，蛹虫草子实体50%乙醇提取物1 g/mL 可通过抑制人卵巢腺癌SKOV-3细胞的核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信号通路触发肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）/TNFR1 介导的细胞凋亡，并通过促进半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cystein-asparate protease-3，Caspase-3）和Caspase-9 的裂解发挥抗卵巢癌的作用。Oh 等[36]证实衰老期蛹虫草子实体50%乙醇提取物1 mg/mL 可抑制肝癌细胞的增殖。不同剂量的蛹虫草水提物可通过诱导细胞周期停滞抑制肺癌细胞（1.5 mg/mL）[37]与人舌头鳞癌细胞（50～500 mg/mL）[38]的增殖。虫草素也被证实具有良好的抗肿瘤作用。虫草素可显著抑制小鼠结肠癌CT26 细胞的增殖，显著增强肿瘤组织中细胞毒性T 淋巴细胞（CD8+T）、CD4+T、自然杀伤细胞和M1型巨噬细胞的浸润[39]。虫草素150 μg/mL 可通过引起人结肠癌Caco-2 细胞在G2期的阻滞发挥抗肿瘤作用[40]。此外，虫草素对结直肠癌细胞（150 μg/mL）[40]、恶性周围神经鞘膜瘤（100、300、600 μmol/L）[41]、肝内胆管细胞癌（25、50、100 μmol/L）[42]等恶性肿瘤表现出了良好的抑制活性。其他核苷类化合物如腺苷衍生物25 mg/kg 可诱导平衡核苷转运蛋白1/单磷酸腺苷活化的蛋白激酶（ adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白介导的自噬性卵巢癌细胞死亡[43]。麦角化合物27、80、240 mg/kg 可通过氢键形成和π-π 相互作用结合人肺癌A549 细胞靶蛋白发挥抗肿瘤作用[44]。蛹虫草粗组分50 μg/mL 通过诱导G2/M 细胞周期阻滞发挥抗人口腔鳞癌的作用[45]，也可通过降低基质金属蛋白酶 2 （ matrix metalloproteinase 2，MMP2）和MMP9 的表达，抑制蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）蛋白在Ser473位点的磷酸化，增加糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的活性进而促进下游蛋白β-catenin 的降解发挥抗人非小细胞肺癌（1～30 μg/mL）/小鼠Lewis 肺癌（0.1、0.3、1.3 μg/mL）的作用[46]。蛹虫草多糖CMPB90-1 250、500 μg/mL通过与Toll 样受体2（Toll-like receptor 2，TLR2）结合来转化免疫抑制性肿瘤相关巨噬细胞（tumorassociated macrophage，TAM），从而导致Ca2+释放和 p38、Akt、NF-κB 或细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）的激活，最终导致TAM 从M2表型极化到M1表型，发挥抗肿瘤作用[47]。综上，蛹虫草来源的混合物（乙醇/水提取物、粗组分）、单体成分（虫草素、麦角化合物、腺苷衍生物）等被证实对乳腺癌、卵巢癌、肝癌、肺癌、人舌头鳞癌、结肠癌、人非小细胞肺癌等多种恶性肿瘤均有显著的抑制作用。

2.3 调血脂

调血脂活性的研究主要集中在蛹虫草多糖。蛹虫草多糖CM1 调血脂主要通过2 种途径：（1）下调参与脂滴形成的关键基因来抑制小鼠胚胎成纤维3T3-L1 细胞的前脂肪细胞分化[48]；（2）以剂量相关性的方式减少脂质沉积和动脉粥样硬化斑块的形成，降低总胆固醇和三酰甘油，增强抗氧化酶的活性，参与包括脂质代谢、炎症反应、氧化还原酶活性等多条信号通路，发挥抗动脉粥样硬化的作用[49]。多糖CM3-SII 25、100 mg/kg 一方面可通过抑制尼曼-匹克C1 型类似蛋白1 和胆固醇调节元件结合蛋白-1c 来减少胆固醇的重吸收和三酰甘油的合成，且通过增强过氧化物酶体增殖物活化受体α 介导的脂肪酸氧化来降低血浆三酰甘油水平。另一方面增加有益微生物的丰度水平和抑制有害微生物的水平来调节脂质代谢，同时提高血浆载脂蛋白A1 浓度和肝脏X 受体α/ATP 结合盒转运蛋白G8 mRNA 通路的表达[50]。富硒蛹虫草多糖SeCMP 50～200 mg/kg 通过抑制脂多糖结合蛋白、脂联素水平及结肠和皮下脂肪中的促炎基因表达，改善抗炎基因表达，促进肥胖小鼠的饱腹感和产热，显著减少与肥胖性状成负相关的肠道细菌，增加黏膜有益菌发挥调血脂作用[51]。蛹虫草胞内多糖EPCM-1 100 mg/kg 通过上调血清脂蛋白脂酶和下调肝脏3-羟基3-甲基戊二酰辅酶A 还原酶的表达，胞外多糖IPCM-1 200 mg/kg 可显著上调血清脂蛋白脂酶的表达，改善高脂血症[52]。蛹虫草多糖400 mg/kg 可通过减少脂多糖产生菌和增加短链脂肪酸产生菌，对肠道菌群进行重塑，进而改善高脂血症[53-54]。除了单独应用蛹虫草，利用蛹虫草发酵其他中药后获得的发酵产物，也被证实具有良好的调血脂活性。Lee 等[55]使用蛹虫草发酵桑叶，发现其发酵产物50 mg/kg 可以降低血清低密度脂蛋白、三酰甘油、胆固醇和葡萄糖水平，减少肝脏质量和脂滴，抑制脂肪生成基因的表达，诱导脂肪分解蛋白的表达和激活，发挥调血脂活性。

2.4 神经保护

蛹虫草乙醇提取物100、200 mg/kg 可通过以下途径发挥神经保护活性：（1）下调小鼠脑内炎症分子诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和前列腺素氧化环化酶 2（prostaglandin endoperoxide synthase 2，PTGS2）及p38 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、c-Jun 氨基末端激酶信号通路等[56]；（2）抑制大脑、肝脏、肾脏中一氧化氮的产生及减轻肝脏、肾脏因淀粉样肽β 沉积造成的氧化应激[57-58]；（3）提高脑源性神经营养因子的表达[59]。蛹虫草100、300 mg/kg ig 于全脑缺血再灌注损伤引起的短暂性前脑缺血实验大鼠，发现其可以保护大鼠海马CA1 区的迟发性神经元死亡，且具有抗炎特性，抑制小鼠小胶质细胞特异性标志物的表达，并改善因全脑缺血和东莨菪碱诱导的记忆恶化而导致的记忆障碍[60]。在大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤PC12 细胞中，Zhang 等[61]证实虫草素10 mg/kg 可通过抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎性体成分的表达和促炎因子的释放，Jiao 等[62]证实虫草素0.1、0.5、1.0 μg/mL 可促进cAMP 反应元件结合蛋白诱导的神经生长因子上调，进而将小神经胶质细胞激活为替代激活型（M2）状态，改善阿尔茨海默病中神经元突触可塑性和衰老。在创伤性脑损伤小鼠模型中，虫草素1 mg/mL 可抑制创伤性脑损伤后中性粒细胞的浸润，从而保持血脑屏障的完整性和改变小胶质细胞/巨噬细胞极化，达到对神经的长期保护作用[63]。富硒蛹虫草中获得的2 种具有神经保护作用的新型硒肽——VPRKL（Se）M（Se-P1）和RYNA（Se）MNDYT（Se-P2），给药剂量为10、30 mg/kg 时，可通过抑制促炎介质和丙二醛的产生，促进抗炎因子水平，对模型小鼠结肠和大脑中脂多糖诱导的炎症和氧化应激表现出显著的保护作用和抗氧化酶活性，减轻小鼠的认知障碍；并可以调节模型小鼠的肠道菌群，通过增加乳酸菌属Lactobacillus和另支菌属Alistipes的丰度，降低阿克曼菌属Akkermansia和拟杆菌属Bacteroides的丰度调节失调的肠道菌群，发挥神经保护作用[64]。

2.5 免疫调节

蛹虫草的免疫调节活性主要来源于多糖类与蛋白类物质。Yu 等[65]证实，蛹虫草多糖AESP-II 25、50、100 mg/kg 可激活MAPK 通路，促进B 淋巴细胞的增殖，通过介导体液免疫来发挥其免疫调节功能。蛹虫草均质多糖CMP-III[66]，富硒蛹虫草分离出的多糖组分Se-CMP-III[67]通过促进一氧化氮、TNF-α 和白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）的分泌，激活MAPK 和NF-κB 信号通路发挥作用。蛹虫草胞外多糖可有效提高免疫损伤小鼠的血清免疫球蛋白质量浓度，并通过逆转免疫紊乱来维持体内平衡，增强体液免疫[68]。李志涛等[69]证实虫草多糖1.0 mg/mL 可显著提高小鼠的免疫功能，当浓度继续升高时，免疫活性出现下降趋势。除了蛹虫草多糖类组分，其蛋白类组分也被报道具有免疫调节作用。蛹虫草多肽32、160、800 mg/kg 可通过调控基因Kdr、Spp1、PTGS2、Rel 和Smad3 及转录因子Ets1、E2f2 和E2f1 参与小鼠免疫功能的调节，且推测主要调控通路是磷脂酰肌醇3-激酶/Akt 信号通路和TNF 信号通路[70]。蛹虫草免疫调节蛋白（Cordycepsmilitarisimmunomodulatory protein，CMIMP）和CMP2b 均可提高巨噬细胞的吞噬能力，其中CMIMP 80 ng/mL 可激活TLR4/NF-κB 通路，增强纤维形肌动蛋白的表达和重排[71]，CMP2b 25～200 μg/mL 可促进巨噬细胞分泌一氧化氮、活性氧、IL-1β、IL-6、γ 干扰素及TNF-α，增强免疫调节能力[72]。

2.6 其他作用

除了上述提到的生物活性外，蛹虫草在抗炎、抗特应性皮炎、抗过敏方面也有部分报道。

在抗炎方面，蛹虫草水提物0.135、0.540 g/kg通过调节SD 大鼠趋化因子配体7、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子低亲和力受体β 及IL-1β 水平发挥抗炎作用[73]。Park 等[74]证实虫草素0.05 mg/mL 可通过降低脂多糖诱导的C57BL/6 小鼠促炎因子TNF-α、γ 干扰素、IL-1β 和IL-6 的产生，并抑制脂多糖诱导的炎症相关酶iNOS 和COX-2 的表达及一氧化氮的产生发挥抗炎作用。Yang 等[75]发现虫草素12.5～100.0 μmol/L 可通过AMPK 通路抑制NF-κB和NLRP3 炎性小体的激活，预防ICR 雄性小鼠急性胰腺炎的发生。郭鸿胜等[76]将唾液乳杆菌接种在含有蛹虫草的培养液中，得到的共培养上清液在抑制2,4-二硝基氯苯诱导的小鼠皮肤组织的炎症反应方面有显著效果，且呈剂量相关性。

在治疗特应性皮炎方面，从蛹虫草中提取的卵假散囊菌素（10 μg/mL）一方面可下调由脂多糖激活的犬巨噬DH82 细胞钙IL-31 信号通路，降低炎症和瘙痒反应相关的基因表达；另一方面可降低DH82 细胞Janus 激酶2、瞬时受体电位香草醛亚家族1 和组胺受体H 在内的IL-31下游基因的表达，被认为是一种可替代甾类药物治疗特应性皮炎的潜在药物[77]。蛹虫草水提物0.25、0.50、1.00 mg/mL可下调TNF-α/γ 干扰素刺激的人永生化表皮HaCaT细胞中ERK1/2 和p38 激酶的表达，进而发挥抗特异性皮炎的作用。蛹虫草水提物0.25、0.50、1.00 mg/mL ig 于特应性皮炎BALB/c 小鼠模型后，小鼠耳表皮/真皮厚度和肥大细胞浸润减少，同时抑制小鼠耳组织中血清免疫球蛋白表达水平和辅助型T 细胞因子1/辅助型T 细胞因子2（Th1/Th2）细胞因子的基因表达水平，表明蛹虫草水提物对特应性皮炎的皮肤损伤具有一定的修复作用[78]。

蛹虫草提取物及其活性成分药理作用见图2。

图2 蛹虫草提取物及活性成分的药理作用Fig.2 Pharmacological effects of extracts and active components of Cordyceps militaris

3 蛹虫草相关的大健康产品

以“蛹虫草”为检索关键词在国家市场监督管理总局的特殊食品信息查询平台进行检索，共检索到注册在案的蛹虫草相关保健食品86 种。其中包括胶囊剂（47 种）、片剂（7 种）、颗粒剂（9 种）、口服液（13种）、丸剂（1 种）、粉剂（3 种）、膏剂（5 种），保健饮料（1 种）。在这86 种保健食品中，与其他中药混合形成产品的有26 种，均为混合配伍，功效主要为“增强免疫力”，其次是“缓解体力疲劳”“辅助保护化学性肝损伤”“改善睡眠”“降低血糖”。见表2。

表2 以蛹虫草为原料的保健食品目录Table 2 Catalogue of dietary supplement with Cordyceps militaris as raw material

4 结语与展望

我国是世界上最大的食用菌生产国和出口国之一，食用菌的产值位列第5，仅次于粮食、蔬菜、水果、食用油[79]。据2019 年的统计数据显示，我国以蛹虫草为原料的产品年产值已达到100 亿元[80]。蛹虫草作为我国食品和保健品流通市场上最常见的食药两用真菌，凭借其良好的药理作用及成熟的人工栽培技术在食药两用真菌市场占据了较大的份额。但蛹虫草的深入开发利用仍存在以下问题。

4.1 阐明蛹虫草药效物质基础及其作用机制

对蛹虫草而言，虽然虫草素、虫草多糖是目前研究的热点，但多数研究的对象仍是水提物或醇提物，尤其是在大健康产品的开发中，蛹虫草粗粉、蛹虫草粗提物占绝大部分。蛹虫草药效物质基础研究存在较大困难的原因可能与其本身的真菌特性有关，其发挥药理作用的药效物质基础及其作用机制仍需继续深入挖掘。目前以香菇多糖为代表的真菌多糖是研究较为成功的真菌活性成分之一，但是多糖的组成结构较为复杂，导致难以阐明其发挥药理作用的构效关系。而蛹虫草抗肿瘤等药理作用的相关研究，大多停留在体外细胞水平，整体动物水平的研究有待进一步的探索。

4.2 加强蛹虫草功能食品研发

在探究药理药效基础上，蛹虫草大健康产品的开发也存在部分问题。首先，大健康产品的开发存在低水平、同质性高的问题，如加工工艺仍停留在原料的简单提取，大健康产品的有效成分重复、功效重复。通过检索国家市场监督管理局备案的保健食品，发现大部分蛹虫草保健食品的有效成分为腺苷、粗多糖，功效大部分为增强免疫力、缓解疲劳。综合考虑蛹虫草的活性成分及对应的药理作用，以蛹虫草为原料的大健康产品还有更多可供开发的功效成分及作用。在蛹虫草的开发利用形式上，目前已有的产品大部分为蛹虫草与其他中药配伍使用，未来可以考虑蛹虫草自身作为“真菌”的特性，形成发酵型产品。发酵型产品的相对分子质量更小，更易被人体吸收利用，是新型大健康产品的优质小分子来源。

4.3 加强蛹虫草生物基质可循环利用

除了用作大健康产品的原料，在蛹虫草种植过程中，采收子实体后的培养基内仍含有较多的活性成分[21]，也可成为兽药、动物饲料的优质来源。充分循环利用生物基质，不仅环保绿色可持续，也可增加虫草种植户的经济收益。

综上，蛹虫草的综合开发利用仍旧需要进一步的深入挖掘，充分发挥菌种特性，创造更大的医药价值、经济价值与社会价值。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突