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提到蟲草，大家可能就會想到那種被炒作到天價的保健品—冬蟲夏草，雖然具有悠久的食藥用歷史，在古書中多有記載。但目前為止，其中具有醫藥活性的成分多不清楚。而我們今天我們要聊的蟲草素卻已經被證實具有增強人體免疫功能，抗癌抗菌抗病毒的神奇功能。
自然界中有許多真菌能夠感染并殺死昆蟲，這些殺蟲真菌主要分布于子囊菌類的麥角菌科、蟲草菌科和線蟲草菌科三個科，統稱為廣義蟲草菌；蟲草既非蟲，也非草，而為真菌殺死昆蟲后形成的菌蟲復合體。
1950年，德國科學家Cunningham觀察到被蛹蟲草寄生的昆蟲組織不易腐爛，進而從中分離出一種抗菌性物質，3’-脫氧腺苷（3′-deoxyadenosine），將其定名為蟲草素。
蟲草素（cordycepin）又稱蟲草菌素、蛹蟲草菌素，是第一個從真菌中分離出來的核苷類抗菌素。
研究報導蟲草菌素蟲草菌素有自身免疫調節作用。它極大地提高了人外周血液單核細胞inerleukin-10的分泌和itenr-leukin-10mNRA的表達,抑制誘導產生interleukin-2的植物血球凝集素和外周血液單核細胞的擴增。蟲草菌素還能抑制蛋白質激酶活性,抗核營磷酸化酶對糖基的裂解,對體液免疫有調節作用。此外,蟲草菌素還可抑制細胞分裂,促進細胞的分化,改變細胞膜上物質結構分布,促進T淋巴細胞轉化。它還能提高機體單核巨噬細胞系統的吞噬功能,激活巨噬細胞產生細胞毒素直接殺傷癌細胞。
蟲草菌素磷酸對RNA和DNA合成有抑制作用。Muller用氖標記的蟲草試驗表明,蟲草素可摻入到RNA中,而不能摻入到DNA中,其磷酸化物3’一ATP對15178y細胞中的依賴DNA的DNA多聚酶α和β活力無影響,但對核Ploy(A)多聚酶有很強的抑制作用,從而影響mRNA的形成以至蛋白質的合成,這一機制可能與蟲草素抗腫瘤作用有關。
注射蟲草素能延長患艾氏腹水瘤小鼠存活時間,其機理除直接抑制細胞分裂及抗癌作用外,還可使宿主特異性免疫功能增強而獲得明顯的免疫保護效應。此外,蟲草素并對KB細胞培養和HEp2細胞具有一定細胞毒性作用,如蟲草素對人鼻咽癌細胞(KB)的生長有抑制性作用,能顯著提高小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬功能,增強血清的溶菌能力。
蟲草素對枯草桿菌、金黃色葡萄球菌、鏈球菌、鼻疽桿菌、炭疽桿菌、豬出血性敗血癥桿菌等均有抑制作用。對須瘡癬菌、絮狀表皮癬菌、石膏樣小芽抱癬菌、羊毛狀小芽抱癬菌等致病性真菌也均有抑制作用。
蟲草素在蛹蟲草中被發現后，它的生成合成機理一直不清楚，導致學界及企業界爭論不休，認為蟲草素也是冬蟲夏草等蟲草菌的活性成分。盡管有一些種類的菌株可以合成蟲草素，但蟲草素的生物合成研究卻主要集中于蛹蟲草。蟲草素主要從蛹蟲草子實體中提取，但其子實體生產周期長，導致蟲草素生產成本高，制約了蟲草素進一步的研究和開發利用。自2011年以來，中國科學院上海植物生理生態研究所的王成樹研究組，先后完成了蛹蟲草、冬蟲夏草和蟬花等18種蟲草菌的基因組研究，結果表明，不同蟲草菌中含有20-60個數量不等的基因簇，用于合成不同的活性成分。
獲得了基因組序列后，通過生物信息分析，首先在蛹蟲草菌中鎖定了潛在的靶標合成基因。后通過系列的基因缺失等功能研究，他們完整地解析了由4個蛋白介導的腺苷分子3’-位磷酸化脫氧、還原而生成蟲草素的分子機理。他們的研究還首次“意外”地發現，蛹蟲草菌能夠合成噴司他丁，并由同一基因簇共同合成這種兩種成分。噴司他丁是脫氨酶的強抑制劑，曾在蟲草素臨床試驗中共用，目的是為了抑制脫氨酶活性、保護蟲草素的結構穩定性。同臨床試驗中兩者共用的目的類似，這兩種腺苷類分子在真菌細胞中扮演著“保護者—被保護者”的著色。
他們在研究中還發現，蛹蟲草菌只有在蠶蛹上生長而非液體發酵培養時，才會合成高水平的蟲草素。但當蟲草素含量過高時能引起細胞毒性，真菌會啟動解毒機制，將蟲草素脫氨生成3’-脫氧肌苷(3'-deoxyinosine)。這暗示著對于人類來說，也不宜攝入過量的蟲草素。當然，人類的脫氨酶同樣可以降解蟲草素。
在獲得了蟲草素合成基因的基礎上，結合色譜驗證分析，他們的研究證明冬蟲夏草和蟬花等其他種類的蟲草菌不能合成蟲草素及噴司他丁，而另外被測試的九洲蟲草以及另外一種關系較遠的霉菌——構巢曲霉中能夠合成這兩種化合物。利用獲得的合成基因，異源表達可以實現由酵母菌合成蟲草素；而通過內源基因高表達，可以在蛹蟲草菌中高水平地合成蟲草素和噴司他丁。
這項研究成果以 Fungal cordycepinbiosynthesis is coupled with the production of the safeguard molecule pentostatin（真菌中蟲草素與其保護分子噴司他丁的伴隨合成）為題于10月19日在 Cell 子刊 Cell Chemical Biology 上在線發表。該項研究揭示了不同蟲草菌之間代謝成分的差異性，為蛹蟲草的抗癌活性提供了分子證據。利用鑒定的蟲草素/噴司他丁伴隨生物合成基因信息，一方面為進一步研究提高這兩種活性成分的合成水平奠定了基礎；另一方面也為輔助驗證其他蟲草菌或其他真菌能否合成這兩種腺苷類分子提供了基因依據。