共生食品级发酵通过代谢重塑增强了松茸(Tricholoma matsutake)的多功能光保护活性

时间:2026年1月15日
来源:Food Bioscience

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竹荪共生发酵代谢组学揭示其光保护机制,发酵液(MF)富含黄酮类化合物并重构代谢通路,显著增强UVB吸收、抗氧化及抗糖化活性,抑制MMP-3/9和TNF-α,减少羧甲基赖氨酸积累,在斑马鱼、线虫及人细胞模型中证实抗炎、抗氧化及促进伤口愈合作用,动物实验显示改善UVB照射小鼠皮肤损伤且生物相容性良好。

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裴永妍|唐志清|林可宇|李红亮|陈一通|曹华
中国中山广东药科大学化学与化学工程学院

摘要

松茸是一种富含生物活性化合物的真菌,这些化合物可以通过与食品兼容的生物加工技术得到增强。本研究采用了食品级戊糖醇乳球菌Pediococcus pentosaceus)和嗜热唾液链球菌亚种Streptococcus salivarius subsp. thermophilus)对松茸进行共生发酵。代谢组学分析显示,发酵后的松茸 broth(MF)中发生了代谢重塑,黄酮类化合物得到富集,初级代谢过程也发生了重新编程。MF具有更高的紫外线B(UVB)吸收能力,具有抗氧化和抗糖基化作用,能够抑制氨基胍,并抑制弹性蛋白酶和透明质酸酶的活性。此外,在斑马鱼模型中表现出强烈的抗炎作用,并提高了秀丽隐杆线虫C. elegans)的抗氧化应激存活能力。在细胞实验中,MF能够保护人类永生化角质形成细胞(HaCaT)和正常人真皮成纤维细胞(NHDF)免受氧化应激和UVB损伤,减少活性氧(ROS)的产生和细胞凋亡,加速伤口愈合,并延缓细胞衰老。MF处理还增加了I型、III型和IV型胶原蛋白的合成,同时抑制了基质金属蛋白酶(MMP)-3和MMP-9的活性,以及由UVB和甲基乙二醛(MGO)诱导的羧甲基赖氨酸积累。将MF局部应用于UVB照射的小鼠后,显著减少了红斑、焦痂、皱纹深度,恢复了表皮的正常结构,降低了全身性的TNF-α和白细胞介素(IL)-6水平。MF在鸡胚尿囊膜(HET-CAM)和溶血试验中表现出优异的生物相容性。本研究表明,食品级的共生发酵是一种将松茸转化为高价值功能性成分的有效方法。

引言

紫外线(UV)辐射,尤其是其UVB成分(280–320 nm),是导致皮肤早衰(光老化)的主要外部因素,并显著增加了光致癌的风险(Wisidsri等人,2025年)。光老化的发病机制是多方面的,包括对细胞DNA和蛋白质的直接损伤,以及间接激活信号通路,从而引发持续的氧化应激、炎症、蛋白质糖基化和真皮细胞外基质(ECM)的降解(Lee和Liu,2025年)。UVB辐射会生成大量的活性氧(ROS),超出内源性抗氧化系统的防御能力,导致脂质、蛋白质和DNA的氧化损伤。这会触发炎症级联反应,释放促炎细胞因子如肿瘤坏死因子(TNF)-α和白细胞介素(IL)-6,这些因子会刺激基质金属蛋白酶(MMPs)的生成,尤其是MMP-1、MMP-3和MMP-9。这些酶会抑制新胶原蛋白的合成,促进弹性蛋白的功能障碍,破坏真皮细胞外基质的微妙平衡,进一步加剧组织损伤并招募免疫细胞(Feng等人,2024年;Shah等人,2022年)。同时,紫外线暴露还会促进蛋白质的非酶促糖基化反应,形成如羧甲基赖氨酸(CML)等晚期糖基化终产物(AGEs)。AGEs在胶原和弹性蛋白等真皮结构蛋白中积累,形成交联结构,损害其功能,导致皮肤弹性丧失(Chen等人,2022年)。因此,能够同时对抗氧化应激、炎症、细胞外基质破坏和糖基化的天然成分在皮肤健康应用中越来越受到关注。
目前的光保护策略主要依赖于外用防晒霜,这些防晒霜通过物理(氧化锌、二氧化钛)或化学过滤方式来阻挡或吸收紫外线辐射。然而,许多防晒成分对紫外线引起的多种损伤机制(如深层皮肤氧化应激、炎症和糖基化)的保护作用有限(Nieradko-Iwanicka等人,2022年)。富含多酚、黄酮类化合物和多糖的植物提取物因其天然的抗氧化和抗炎特性而被视为潜在的多功能光保护剂(Michalak,2023年)。然而,它们的效果往往受到皮肤渗透性差、化学不稳定性和天然化合物生物利用度低等因素的限制。
珍贵的可食用蘑菇松茸含有多种生物活性化合物,包括多糖(尤其是β-葡聚糖)、酚类化合物、萜类化合物和甾醇,这些化合物具有抗氧化、抗炎和免疫调节作用(Zhou等人,2023年)。然而,这些天然化合物的生物活性可能受到其分子大小、溶解度和结合状态的制约。微生物发酵已成为增强植物提取物功能特性的有效生物转化方法(Abdelshafy等人,2022年;Al-Asmari等人,2025年)。具体而言,使用食品级微生物进行发酵可以增加活性分子的浓度,通过酶促水解释放结合态的酚类化合物,生成生物活性肽和新代谢物,从而放大提取物的生物潜力(Sharma等人,2023年;Ayar-Sümer等人,2024年)。虽然已经研究了乳酸菌(LAB)对各种蘑菇的发酵作用(Ayar-Sümer等人,2024年;NIE等人,2023年),但利用特定设计的共生共培养体系来协同增强松茸的功能特性的研究较少。此外,以往关于松茸的研究主要集中在其营养价值、免疫刺激多糖或抗菌活性上(Li等人,2022年;Liang等人,2025年)。对其作为皮肤光保护剂潜力的研究有限,利用发酵技术,尤其是共生乳酸菌发酵来增强其抗光老化特性的研究更是很少。
因此,发酵后的可食用蘑菇值得作为多功能健康成分的探索对象。然而,需要在互补的生物模型中系统评估其生物活性,同时进行安全性评估和加工过程的透明度分析,才能将其应用于食品领域。在此背景下,我们开发了一种使用具有良好安全记录的乳酸菌对松茸进行食品级共生发酵的方法。我们进行了全面的功能性分析,重点研究了其对抗氧化应激、炎症反应和蛋白质糖基化的能力,这些都是导致组织功能障碍的相互关联的途径。通过人类细胞、秀丽隐杆线虫和大鼠实验,我们证明了其在不同生物尺度上的保护效果的一致性。我们的发现旨在深入理解传统食品生物加工技术如何释放未被充分利用的可食用真菌的健康潜力。然而,这项工作也存在一些局限性,包括代谢组学分析的规模、急性暴露模型的使用以及活性成分的初步表征。本研究的流程图见图1。

材料与发酵准备

本研究使用的松茸干样品(产品编号11138919)购自湖南山峰农业发展有限公司。本研究使用了五种食品级乳酸菌菌株,这些菌株由Perfect Life Sciences Research Institute提供,最初是从传统发酵食品中分离得到的,通过16S rRNA基因测序鉴定(相似度100%),并分别用以下内部代码进行管理:Lactiplantibacillus plantarum N71(来源:

发酵菌株筛选与发酵优化

对五种乳酸菌菌株的生长动力学分析显示,各菌株的生物量存在显著差异。Lactaseibacillus paracasei(N75)和Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus(N79)的生物量较高,而Pediococcus pentosaceus(N73)的生物量最低(图2A,p<0.01)。多菌株组合筛选表明,N73+N78和N71+N79组合表现出协同增殖效应

讨论

紫外线辐射引起的光损伤具有多方面的发病机制,需要能够同时针对氧化应激、蛋白质糖基化、炎症和细胞外基质降解的治疗干预措施(Dorosz等人,2025年)。本研究证实,使用戊糖醇乳球菌(N73)和嗜热唾液链球菌亚种(N78)进行共生发酵后,可以获得具有增强多功能性的发酵液

结论

本研究证明,使用食品级乳酸菌进行定制的共生发酵是一种可行且有效的生物加工方法,能够显著提升松茸的功能特性。该过程引发了提取物的代谢重编程,丰富了其生物活性化合物的组成,显著提高了其多靶点的光保护能力。通过结合代谢组学、体外实验、替代模型生物等多种方法,证明了这一效果

CRediT作者贡献声明

裴永妍:撰写 – 审稿与编辑、撰写原始稿件、数据可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目管理、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。唐志清:验证、监督、软件使用、资源管理、项目管理、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。林可宇:验证、监督、软件使用、资源管理、项目管理、方法学设计

未引用的参考文献

Lee和Liu,2020年;Nieradko-Iwanicka和Wysokińska,2022年;T Apaza Ticona等人,2024年。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据获取

如需获取支持本研究结果的数据,可通过电子邮件联系作者:peiyongyan@gdpu.edu.cn

伦理批准

所有涉及大鼠的实验均遵循“中国动物护理和使用指南”进行,并获得了广东医科大学实验室动物伦理委员会的批准(GDMU-2025-000027)。使用5日龄以下的斑马鱼胚胎和秀丽隐杆线虫符合国际准则,无需伦理批准。

资金支持

本研究未获得任何资助机构的特定资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本手稿所述工作的财务或其他利益冲突。

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