综述：蘑菇来源β-D-葡聚糖的结构与功能研究：全面综述

《Carbohydrate Polymers》：Structural and functional insights into β-D-glucans from mushrooms: A comprehensive review

　　

摘要

来源自蘑菇的 β-D-葡聚糖是结构多样的生物活性多糖，在功能食品、营养保健品及健康相关产品中具有广阔的应用前景。尽管已有大量研究，但由于这些聚合物固有的复杂性以及缺乏标准化的表征方法，建立清晰的结构 - 功能关系仍是一项主要挑战。因此，本综述对用于蘑菇 β-D-葡聚糖表征的方法学进行了批判性概述，特别强调了用于纯度评估和结构解析的高级分析策略，包括核磁共振（NMR）、甲基化分析以及互补的物理化学方法。我们讨论了常用方法的局限性，特别是依赖单一或有限分析方法的有关风险，并提出了蘑菇来源 β-D-葡聚糖结构表征的整合工作流程。此外，我们系统地关联了关键结构特征（如分子量、分支度和溶解度）与报道的生物学效应，为未来研究提供了概念框架。通过整合化学、物理化学和生物学视角，本综述旨在提高可重复性，减少误读，并支持基于 β-D-葡聚糖的应用的理性开发。总体而言，这项工作提供了关键的见解和实用的建议，以推进对蘑菇来源 β-D-葡聚糖的理解及其转化潜力。

引言

尽管经过数十年的研究和数千篇出版物，蘑菇 β-D-葡聚糖的稳健结构 - 功能关系仍未得到完全理解，这主要归因于它们显著的结构复杂性和异质性 (Dilrukshi et al., 2025)。然而，由于这些多糖具有广泛的生物活性，包括免疫调节、抗肿瘤、益生元和代谢效应 (Vetvicka et al., 2021)，它们继续引起相当大的兴趣，这些活性刺激了对食品、药品和生物医学应用的广泛研究。特别是 (1?→?3),(1?→?6)-β-D-葡聚糖，由带有 O-6 分支的 (1?→?3)-连接骨架组成，因其治疗潜力而被广泛认可 (Cerletti et al., 2021)。

β-D-葡聚糖的生物活性受到其结构特征的强烈影响，如分子量、分支模式和连接类型 (Cerletti et al., 2021; Moreno et al., 2016)。这些参数直接影响物理化学性质，包括溶解度、聚集行为和分子柔韧性。此外，β-D-葡聚糖可以形成不同的构象状态，包括三螺旋、单螺旋和无规卷曲结构，这些结构可根据 pH、温度和溶剂等环境条件相互转化 (Wang et al., 2008)。这种构象变化，连同其他结构参数，可能对受体 - 配体相互作用和下游细胞反应产生相互依赖的影响。

围绕 β-D-葡聚糖的主要悖论之一是，经常报告表征不清或结构异质性样本具有显著的生物学效应 (Dilrukshi et al., 2025)。缺乏标准化的提取、纯化和分析策略进一步使该领域复杂化，往往产生具有不同结构和物理化学性质的材料，阻碍了研究之间的比较并导致了不一致的生物学解释 (Murphy et al., 2020)。这一问题因分析策略的局限性而加剧。特别是，依赖单一或有限的分析技术，包括单独使用的甲基化分析和 NMR，可能导致不完整或误导性的结构解释，包括对纯度、分支频率和侧链组成的不准确评估。因此，这种结构精确性的缺乏限制了可重复性，并阻碍了基于 β-D-葡聚糖的应用的理性设计。

在这种情况下，对结构 - 功能研究中使用的当前方法进行全面和批判性的评估对于提高可重复性和加强生物学解释至关重要。因此，本综述旨在评估用于蘑菇来源 β-D-葡聚糖结构表征的主要策略，特别强调互补分析方法。此外，我们提出了一个将关键结构特征与生物功能联系起来的概念框架，旨在支持未来的转化发展。

章节片段

蘑菇来源 β-D-葡聚糖的分离

蘑菇 β-D-葡聚糖的分离通常遵循连续步骤。食用菌通常用作来源，特别是香菇 (Lentinus edodes)，这是研究最广泛的物种之一 (Ooi & Liu, 2012; Liu et al., 2023; Vetvicka et al., 2021; Xu et al., 2016)。除了 β-D-葡聚糖外，蘑菇还含有其他生物分子 (图 1A)，它们可以与目标多糖共提取。整体工作流程通常包括提取 (图 1B)，随后进行

蘑菇来源 β-D-葡聚糖的物理化学表征

对分子量范围为 10³ 到 10⁷?g.mol^?1 的碳水化合物聚合物进行物理化学表征提出了重大的分析挑战。事实上，相对较少的研究 (表 1) 尝试在同时评估其生物活性的同时对 β-葡聚糖进行详细的化学和物理化学表征。这种稀缺可能反映了每个步骤固有的相当大的理论和实验困难。

尽管如此，进展

蘑菇来源 β-D-葡聚糖在生物系统中的多功能作用

β-D-葡聚糖，特别是 (1?→?3),(1?→?6)-β-D-葡聚糖，由于其显著的治疗潜力而被广泛研究 (Wasser, 2017)。这些多糖被认为是生物反应调节剂，因为它们能够在各种条件下调节免疫反应，从而产生由免疫系统介导的生物学效应。此外，它们可能对非免疫细胞产生直接作用，包括肿瘤细胞，触发导致细胞毒性的机制

口服生物利用度和益生元活性

蘑菇来源 β-D-葡聚糖的口服生物利用度代表了其生物活性和作为功能食品成分及营养保健品潜在应用的核心方面。这些多糖在很大程度上能抵抗上消化道的消化，因为人类缺乏能够切割其 β-糖苷键的酶。因此，它们基本上完好无损地通过酸性胃和小肠 (图 4A) (Golisch et al., 2021)。值得注意的是，可溶性或

β-D-葡聚糖与免疫系统：受体介导的相互作用和调节作用

numerous 研究表明了蘑菇来源 β-D-葡聚糖的免疫调节能力 (Cerletti et al., 2021)。通过与模式识别受体 (PRRs) 的相互作用，这些多糖调节先天性和适应性免疫反应 (图 5) (Brown & Gordon, 2005; Goodridge et al., 2009)。它们的免疫调节潜力激发了人们对将结构明确的 β-D-葡聚糖作为靶向免疫的功能食品成分和营养保健品应用日益增长的兴趣

β-葡聚糖的直接抗肿瘤作用 - 机制见解

尽管模式识别受体 (PRRs)，如 Dectin-1、 toll 样受体 (TLRs) 和清道夫受体，传统上与先天免疫系统的细胞相关联，但几项研究表明肿瘤细胞也可以表达这些受体 (Kothari et al., 2018)。此外，大多数肿瘤特有的炎症微环境促进 PRRs 作为对压力、缺氧和损伤相关分子模式适应性反应的一部分的上调

β-D-葡聚糖的直接分子和生化作用

除了其受体介导的效应外，β-D-葡聚糖还表现出有助于其治疗潜力的直接分子活性。一个重要的机制是它们作为自由基清除剂的能力，从而减轻氧化应激，氧化应激是肿瘤发生、炎症和细胞衰老的关键促成因素 (Kothari et al., 2018)。这种抗氧化活性主要归因于羟基的丰富，以及其他官能团如 CH 和 CO

β-D-葡聚糖的未来方向与转化进展

虽然蘑菇来源 β-D-葡聚糖已显示出在食品、营养保健品和健康相关应用方面的巨大潜力，但获得具有恒定且明确结构特征的材料仍然是一项主要挑战，因为许多研究仍然依赖粗提物或部分纯化的提取物，限制了结构表征并损害了结构 - 功能关系分析。

从转化角度来看，虽然如香菇多糖等 β-D-葡聚糖已获批准或商业化

结论

本综述中讨论的证据突出了蘑菇来源 β-D-葡聚糖显著的结构复杂性以及广泛的生物潜力，包括益生元、免疫调节和抗肿瘤活性，强化了结构 - 功能关系的核心重要性。

尽管取得了显著进展，但由于这些 化学和物理化学复杂性，建立结构与生物活性之间的可靠相关性仍然是一项主要挑战

CRediT 作者贡献声明

Matheus Zavadinack: 写作 – 初稿，可视化，调查，数据整理，概念化。Daniel de Lima Bellan: 写作 – 初稿，调查。Ester Mazeppa: 写作 – 初稿，调查。Thaisa Cantu-Jungles: 写作 – 初稿，调查。Giseli Klassen: 写作 – 初稿，监督，调查。Lucimara M.C. Cordeiro: 写作 – 审阅与编辑，监督，概念化。Marcello Iacomini: 写作 – 审阅与编辑，

未引用参考文献

Canfora, Jocken and Blaak, 2015

Goodridge and Underhill, 2007

Ooi and Liu, 2000

竞争利益声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能被认为影响了本文中报告的工作。

致谢

这项工作得到了巴西资助机构的支持： 国家科学和技术发展委员会 (CNPq, 过程 403295/2021-1 和 310731/2021-6) 和 高等教育人员协调处 (CAPES, 财务代码 001)。

Matheus Zavadinack|Daniel de Lima Bellan|Ester Mazeppa|Thaisa Cantu-Jungles|Giseli Klassen|Lucimara M.C. Cordeiro|Marcello Iacomini

巴拉那联邦大学生物化学与分子生物学系，巴西，巴拉那州，库里蒂巴市，邮编 81531-980，巴西