整合分析揭示了猴头菇中猴头菌素 A 积累的外源诱导与分子调控

《Microbiological Research》：Integrated analysis uncovers exogenous induction and molecular regulation of erinacine A accumulation in Hericium erinaceus

　　

摘要：

猴头菌素 A 是一种主要来源于Hericium erinaceus（猴头菇）菌丝体的杯烷型二萜类化合物，具有显著的神经营养和神经保护活性，使其成为管理神经退行性疾病的潜在候选药物。然而，其低丰度和尚不明确的遗传调控机制阻碍了其作为营养保健品的应用。本研究旨在解析其调控机制并提高其产量。筛选了四种外源诱导剂，其中水杨酸 (SA) 和麦角甾醇 (ERG) 在第 20 天时分别显著将猴头菌素 A 含量提高了 62.21% 和 146.70%。对诱导剂处理样本的转录组和 WGCNA 分析确定了与猴头菌素 A 生物合成相关的深橙色 (darkorange) 和洋红色 (magenta) 模块，其中eri 基因簇富集于深橙色模块中，eriG 和eriF 为核心基因。通过对 HeD127 双核体群体进行 QTL 定位的前向遗传分析，揭示了猴头菌素 A 含量（0.341-13.085 mg/g）的显著表型变异，并鉴定出两个解释 18.63% 表型变异的位点（erA-1 和erA-2）。整合这些前向和反向遗传分析表明，水杨酸和麦角甾醇协同调控核心碳代谢途径，以增加甲羟戊酸途径的乙酰辅酶 A 供应，抑制竞争性代谢，增强二萜骨架构建和结构修饰。这些结果加深了我们对调控猴头菌素 A 积累的遗传和分子基础的理解，并促进了其在神经保护药物中的应用。

引言

神经系统疾病的全球负担日益加重，影响着全球超过 40% 的人口（世界卫生组织，2025 年）。随着人口老龄化，阿尔茨海默病 (AD) 和帕金森病 (PD) 已成为关键的公共卫生挑战，预计到 2050 年其全球患病率将接近 1.8 亿（Su 等，2025；Zhi 等，2025）。在缺乏确切治愈方法的情况下，探索具有药用价值的天然成分以预防和缓解神经退行性疾病已成为当务之急。

Hericium erinaceus (Bull.) Pers.，又称狮鬃菇、猴头菇或山伏茸，是一种著名的药食两用蘑菇。H. erinaceus 的菌丝体和子实体富含有益代谢物，包括萜类、多糖和蛋白质，能发挥多种生物活性，如抗癌、抗菌、免疫调节和抗炎作用（Kostanda 等，2024；Qiu 等，2024）。在其多种生理功能中，H. erinaceus 的神经营养和神经保护活性因其缓解阿尔茨海默病、帕金森病和年龄相关性认知障碍的疗效而备受关注（Bailly, Gao., 2020）。由于其著名的促进健康特性，H. erinaceus 被广泛用作药物和健康产品中的关键成分（Niu 等，2025；Roda 等，2021）。

猴头菌素类是一类杯烷型二萜类化合物，是H. erinaceus 菌丝体中的关键生物活性成分，具有显著的神经营养和神经保护活性（Spangenberg 等，2025）。迄今为止，已鉴定出二十多种猴头菌素衍生物，其中猴头菌素 A 因其显著的生物活性而备受关注。跨越细胞实验、动物模型和临床试验的综合证据证实了猴头菌素 A 的多方面有益效果，包括刺激κ-阿片受体、有效穿透血脑屏障、促进神经生长因子 (NGF) 合成、抑制神经炎症、减少β-淀粉样蛋白 (Aβ) 积累以及诱导神经突起生长（Spangenberg 等，2025）。例如，Zhang 等 (2017) 证明猴头菌素 A 能增强 NGF 诱导的神经突起生长，并保护神经元分化的 PC12 细胞免受 NGF 剥夺的伤害。在 APP/PS1 转基因小鼠中，Tzeng 等 (2016) 报道富含猴头菌素 A 的菌丝体可缓解 AD 相关病理。此外，Li 等 (2020) 进行的一项初步双盲、安慰剂对照临床试验表明，含猴头菌素 A 的菌丝体提取物可改善轻度 AD 患者的认知能力，该效果归因于 NGF 合成和神经发生的上调。因此，猴头菌素 A 已成为改善或预防人类神经系统疾病的极具前景的先导化合物（Lee 等，2020；Brandalise 等，2023；Spangenberg 等，2025）。

目前，猴头菌素 A 的低产量阻碍了其作为营养保健品的发展和应用（Liu 等，2024），这使得培育提高猴头菌素 A 产量的H. erinaceus 菌株对于充分挖掘其潜力至关重要（Cheng 等，2021）。作为一种具有显著种内变异的数量性状，猴头菌素 A 的积累受复杂遗传网络的调控，并受环境因素（如菌株特异性、培养基成分和外源诱导剂）的影响（Cheng 等，2021；Liu 等，2024）。外源信号分子（如赤霉素、水杨酸、甲基茉莉酮酸酯）已被证明可促进植物和真菌中萜类的积累（Chen 等，2024；Chevalier 等，2024；Saake 等，2025；Wang 等，2023）。然而，其用于调节H. erinaceus 萜类合成的情况尚未见报道。猴头菌素 A 的生物合成通过甲羟戊酸 (MVA) 途径启动，并受包括核心eri 基因簇在内的多个基因的协同调控（Liu 等，2019；Ma 等，2021；Yang 等，2017）。然而，由于猴头菌素 A 生物合成的复杂性，解析其遗传基础仍具挑战性。高通量转录组测序可用于剖析其代谢调控网络并鉴定关键调控基因。

与转录组分析互补，数量性状位点 (QTL) 定位作为一种强大的正向遗传学工具，有助于鉴定目标性状变异背后的遗传位点和调控基因。目前，QTL 定位已应用于几种广泛栽培的蘑菇中，包括双孢菇 (Sonnenberg 等，2021)、平菇属 (Ryu 等，2024；Zhang 等，2021)、香菇 (Gong 等，2016；Zhang 等，2021)、黑木耳 (Lu 等，2023) 以及H. erinaceus (Gong 等，2021；Gong 等，2022)。这些研究大多数集中在解析关键农艺性状（如菌丝生长速率、抗病性、子实体发育和产量相关性状）的遗传基础上，而针对蘑菇中生物活性代谢物含量的 QTL 定位仍显匮乏。具体而言，调节H. erinaceus 中猴头菌素 A 积累的遗传位点仍未被表征。

在以往的研究中，我们建立了稳健的猴头菌素 A 定量检测系统，并开发了H. erinaceus 的高分辨率遗传图谱和高质量基因组（Gong 等，2020a；Gong 等，2020b；Liu 等，2024）。为了全面解析猴头菌素 A 积累的代谢调控机制，本研究首先筛选调节猴头菌素 A 积累的有效外源诱导剂。然后，结合转录组分析和加权基因共表达网络分析 (WGCNA) 鉴定控制猴头菌素 A 积累的候选调控基因。此外，分析了H. erinaceus 遗传群体中猴头菌素 A 含量的变异，随后进行 QTL 定位以精确定位与猴头菌素 A 含量相关的关键位点和基因。本研究的发现有助于我们理解猴头菌素 A 积累背后的遗传和分子机制，并促进其在神经保护药物中的应用。

章节摘要

H. erinaceus 菌株与群体

实验菌株为一个双核体杂交种 (HeC9, CS-4 × 911-4) 和一个双核群体 HeD127，均由本实验室先前开发和筛选（Gong 等，2022；Gong 等，2020b）。猴头菌素 A 标准品（纯度 > 95%）为自制（Liu 等，2024）。所有H. erinaceus 菌株均保藏于湖南农业大学食用菌研究所（中国长沙）。

菌株培养

为了筛选外源诱导剂，首先取六个直径 5 mm 的 HeC9 菌丝体圆盘

外源诱导剂对猴头菌素 A 含量的影响

四种外源诱导剂对H. erinaceus 中猴头菌素 A 含量表现出不同的影响（图 1A）。具体而言，SA 和 ERG 显著增强了猴头菌素 A 的积累（p < 0.001），而赤霉素和甲基茉莉酮酸酯表现出抑制作用。为了进一步表征 SA 和 ERG 诱导下猴头菌素 A 的动态积累模式，我们在接种后第 10、20 和 30 天定量了猴头菌素 A 含量。时间序列分析揭示了积累趋势为

讨论

猴头菌素 A 是H. erinaceus 中用于神经退行性疾病管理的关键生物活性化合物（Bailly and Gao, 2020, Spangenberg et al., 2025）。然而，其自然产量低阻碍了工业化进程，凸显了需要策略来提高其产量并解析潜在的分子调控机制。为提高生物活性代谢物产量而进行的菌株育种是蘑菇产业的核心目标。我们对 HeD127 双核群体的分析

结论

首次，我们整合了正向和反向遗传学方法，以解析H. erinaceus 中调控猴头菌素 A 积累的遗传和分子网络。HeD127 双核体的表型筛选揭示了猴头菌素 A 含量的显著种内变异，其中两个优良菌株的含量 >10.0 mg/g，作为工业应用的有前途的候选者。外源水杨酸和麦角甾醇被验证为有效的诱导剂，显著增加了

未引用参考文献

(Su et al., 2021, Zhang et al., 2021)

CRediT 作者贡献声明

Ling Xie: 调研。 Zhilan Xia: 调研。 Xiaoya Song: 监督，调研。 wenbing Gong: 写作 – 审阅与编辑，监督，资金获取，构思。 Yue Li: 数据整理，调研，写作 – 初稿，写作 – 审阅与编辑。 Xinyi Hu: 写作 – 审阅与编辑，调研，数据整理。 Zhangyuan Tan: 调研。 Minfeng Huang: 调研。 Qiuyun Wu: 调研。

竞争性利益声明

作者声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能看似影响本报告中所描述的工作。

致谢

本工作获得了岳鹿山实验室人才计划 (2024RC2075)、湖南省教育厅青年杰出学者计划 (项目编号：24B0208)、浙江省科技厅新品种育种项目 (2021C02073) 和湖南省自然科学基金 (2023JJ30619) 的资助。

Yue Li|Xinyi Hu|Zhangyuan Tan|Minfeng Huang|Qiuyun Wu|Ling Xie|Zhilan Xia|Xiaoya Song|Wenbing Gong

湖南农业大学园艺学院，中国湖南长沙 410128