Table of Contents

Грибковые полисахариды представляют собой сложные углеводы, полученные из клеточных стенок и внутриклеточных матриц грибов, в том числе грибов, дрожжей и плесени. Эти биополимеры привлекли растущее научное внимание к их способности влиять на метаболизм глюкозы, предлагая естественный путь для управления метаболическими нарушениями, такими как диабет 2 типа и резистентность к инсулину. В отличие от простых сахаров, грибковые полисахариды сопротивляются пищеварению в верхнем желудочно-кишечном тракте и вместо этого оказывают системное воздействие через иммунную модуляцию, взаимодействие кишечной микробиоты и прямые сигнальные пути. В этой статье рассматриваются типы грибковых полисахаридов, механизмы, с помощью которых они модулируют гомеостаз глюкозы, текущий объем доказательств из доклинических и клинических исследований, а также практические последствия для функциональных продуктов питания и терапии.

Типы грибковых полисахаридов

Грибковые полисахариды структурно разнообразны, и их биологическая активность часто зависит от молекулярной массы, степени разветвления и растворимости.Наиболее изученные группы включают β-глюканы, α-глюканы, хитин, маннаны и гетерополисахариды.Каждый класс обладает различными физико-химическими свойствами, которые влияют на то, как он взаимодействует с хозяином.

β-глюканы

β-глюканы являются наиболее распространенными и хорошо изученными грибковыми полисахаридами. Они состоят из мономеров D-глюкозы, связанных β-(1→3) и β-(1→6) гликозидными связями. Эта конфигурация находится в клеточных стенках Ganoderma lucidum (reishi), Lentinula edodes (shiitake), Grifola frondosa (maitake) и Pleurotus ostreatus (устричный гриб). Известно, что β-глюканы активируют иммунные клетки через рецепторы детцина-1, но они также влияют на метаболические ткани, такие как печень, скелетные мышцы и жировая ткань.

α-глюканы

В отличие от β-глюканов, α-глюканы имеют α-(1→3) или α-(1→4) связи и менее распространены у грибов.Некоторые грибковые α-глюканы, такие как грибы из Agaricus bisporus (общий гриб-пуговица), проявляют пребиотические свойства и могут косвенно влиять на метаболизм глюкозы путем изменения микробного состава кишечника.

Читин и Читосан

Читин, полимер N-ацетилглюкозамина, является структурным компонентом стенок грибковых клеток. Его деацетилированный производный хитозан является водорастворимым и продемонстрировал гипогликемические эффекты на животных моделях. Читозан может связываться с диетическими липидами и желчными кислотами, потенциально снижая послепрандиальные всплески глюкозы, хотя его прямая роль в метаболизме глюкозы остается под следствием.

Маннаны и галлактоманнаны

Маннаны представляют собой полимеры маннозы, часто встречающиеся в стенках дрожжевых клеток (например, ]Saccharomyces cerevisiae. Они обладают иммуномодулирующей активностью и могут улучшать чувствительность к инсулину через ось кишечника-печени. Галактоманны сочетают галактозу и маннозу и присутствуют в некоторых грибах; их влияние на удаление глюкозы проявляется при задержке поглощения углеводов.

Гетерополисахариды

Эти сложные полисахариды содержат несколько моносахаридных единиц, включая глюкозу, галактозу, маннозу, фукозу и ксилозу. Примеры включают протеогликаны и пептидогликаны из Cordyceps sinensis и Trametes versicolor. Их многофункциональная природа позволяет им действовать по нескольким путям одновременно, что делает их перспективными для метаболического здоровья.

Метаболизм глюкозы: краткий праймер

Метаболизм глюкозы предполагает всасывание диетических углеводов, гормональную регуляцию инсулином и глюкагоном, поглощение клеток, хранение в виде гликогена и эндогенное производство через глюконеогенез. У здоровых людей повышение глюкозы в крови вызывает секрецию инсулина из β-клеток поджелудочной железы, что способствует поглощению глюкозы в мышечную и жировую ткань посредством транслокации транспортеров GLUT4. Инсулин также подавляет вывод глюкозы из печени. В инсулинорезистентных состояниях эти процессы становятся дисфункциональными, приводя к гипергликемии. Грибковые полисахариды могут вмешиваться в нескольких точках этой системы.

Механизмы действия

Грибковые полисахариды модулируют метаболизм глюкозы через несколько хорошо охарактеризованных механизмов. Эти пути не являются взаимоисключающими; один вид полисахаридов может действовать несколькими путями.

Усиление сигналов инсулина

Было показано, что несколько грибковых β-глюканов активируют фосфатидилинозитол 3-киназы (PI3K) и белковую киназу B (Akt), сигнализирующие каскад. В моделях инсулинорезистентных клеток лечение β-глюканом, полученным из майтаке, увеличивает фосфорилирование Akt, что приводит к большей транслокации GLUT4 и поглощению глюкозы. Этот эффект, по-видимому, не зависит от самого инсулина, предполагая, что грибковые полисахариды могут действовать как сенсибилизаторы инсулина. Активация активированной AMPK протеинкиназы (AMPK) является еще одним ключевым механизмом. AMPK действует как датчик клеточной энергии; при активации он стимулирует поглощение глюкозы и окисление жирных кислот при ингибировании глюконеогенеза. Полисахариды из рейши и кордицепса, как сообщается, увеличивают фосфорилирование AMPK в гепатоцитах и миотубах.

Снижение хронического воспаления

Резистентность к инсулину тесно связана с хроническим воспалением низкой степени, частично обусловленным провоспалительными цитокинами, такими как фактор некроза опухоли (TNF-α) и интерлейкин-6 (IL-6). Грибковые полисахариды, особенно β-глюканы и гетерополисахариды, обладают противовоспалительными свойствами. Они могут ингибировать путь ядерного фактора-κB (NF-κB), снижая экспрессию медиаторов воспаления. Путем снижения системного воспаления эти соединения помогают восстановить чувствительность к инсулину. Этот механизм был продемонстрирован как в клеточных исследованиях, так и в моделях грызунов, вызванных ожирением, вызванным диетой.

Модулирующая микробиота кишечника

Микробиота кишечника играет критическую роль в метаболизме хозяина. Грибковые полисахариды неперевариваются человеческими ферментами, но служат субстратами для полезных кишечных бактерий. Ферментация этих волокон производит короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), такие как ацетат, пропионат и бутират. SCFA могут усиливать чувствительность к инсулину, стимулировать секрецию глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1) из энтероэндокринных L-клеток и снижать выработку глюкозы в печени. Кроме того, было показано, что полисахариды из шиитаке и устриц увеличивают обилие и ]Bifidobacterium видов при одновременном снижении соотношения Firmicutes к Bacteroidetes , сдвиг, часто связанный с улучшением метаболического здоровья.

Ингибирование α-глюкозидазы и α-амилазы

Некоторые грибковые полисахариды, особенно с высокой молекулярной массой и специфическими гликозидными связями, могут конкурентно ингибировать углевод-переваривающие ферменты. Замедляя гидролиз сложных углеводов в абсорбируемые моносахариды, эти соединения уменьшают послепрандиальные всплески глюкозы в крови. Этот эффект аналогичен эффекту акарбозы, фармацевтического ингибитора α-глюкозидазы, но с естественным происхождением и часто с более широким окном безопасности.

Регулирование экспрессии транспортера глюкозы

Помимо GLUT4, грибковые полисахариды могут влиять на другие транспортеры глюкозы. В клетках эпителия кишечника некоторые маннаны и глюканы, как было показано, снижают экспрессию SGLT1 и GLUT2, тем самым снижая поглощение глюкозы. В печени они могут повышать регуляцию глюкокиназы и понижать регуляцию ключевых глюконеогенных ферментов, таких как фосфоенолпируваткарбоксикиназа (PEPCK) и глюкозо-6-фосфатаза (G6Pase), сдвигая печеночный поток в сторону хранения гликогена, а не высвобождения глюкозы.

Научные доказательства

Обилие доказательств, подтверждающих глюкозо-модулирующие эффекты грибковых полисахаридов, получено из экспериментов in vitro, исследований на животных и растущего числа клинических испытаний на людях.

В исследованиях Vitro и животных

В клеточных анализах различные грибковые полисахариды продемонстрировали способность увеличивать поглощение глюкозы в миотрубах L6 и адипоцитах 3T3-L1. Например, фракция β-глюкана из Грифола фрондоза (майтаке) стимулировала потребление глюкозы до 45% в инсулинорезистентных клеточных линиях по сравнению с контрольными. Исследования на животных с использованием мышей с высоким содержанием жиров или диабетических крыс, вызванных стрептозотоцином, последовательно сообщали о снижении уровня глюкозы в крови натощак, улучшении толерантности к глюкозе и снижении уровня гликированного гемоглобина (HbA1c) после перорального введения грибных полисахаридов. Дозы обычно варьируются от 50 до 500 мг / кг массы тела в день, с эффектами, очевидными после 4-8 недель лечения.

Клинические испытания человека

Человеческие исследования, хотя и меньшее количество, обнадеживают. Рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование с участием 100 субъектов с диабетом типа 2 показало, что ежедневные добавки с 1,5 г бета-глюкана, полученного из майтаке, в течение 12 недель снижали глюкозу натощак на 11,2% и HbA1c на 0,8% по сравнению с плацебо. Другое исследование с 72 участниками преддиабетического периода, которые принимали экстракт полисахарида из Ganoderma lucidum (reishi) в течение 12 недель, показало улучшение чувствительности к инсулину (HOMA-IR) и значительное снижение уровня глюкозы после прандиального периода. В третьем исследовании изучался богатый полисахаридом препарат из Cordyceps militaris у 60 взрослых с метаболическим синдромом; после 8 недель группа лечения имела более низкий инсулин натощак и снижение C-реактивного белка (CRP), что указывает как на метаболические, так и против

Хотя эти результаты являются многообещающими, ограничения включают небольшие размеры выборки, короткие продолжительности и изменчивость состава и дозировки полисахаридов. Во многих исследованиях используются экстракты цельных грибов, а не очищенные полисахариды, что затрудняет приписывание эффектов исключительно фракции полисахаридов. Тем не менее, согласованность результатов по различным грибным видам поддерживает подлинный биологический эффект.

Мета-анализ и систематические обзоры

Систематический обзор и мета-анализ рандомизированных контролируемых испытаний на основе грибов (включая богатые полисахаридом экстракты) в 2020 году обнаружили, что в целом добавление грибов значительно снижает уровень глюкозы в крови натощак (стандартизированная средняя разница = -0,48) и улучшает чувствительность к инсулину. В обзоре призвали к более крупным, более долгосрочным испытаниям со стандартизированной характеристикой полисахаридов для укрепления доказательной базы.

Потенциальные применения

Учитывая накопленные данные, грибковые полисахариды предлагают несколько практических применений в профилактике и управлении дисрегуляцией глюкозы.

Функциональные продукты питания и нутрицевтики

Включение грибковых полисахаридов в повседневные продукты питания, такие как хлеб, макароны, напитки и закусочные, обеспечивает удобный способ поддержки метаболизма глюкозы. Порошки грибов, концентраты бета-глюкана и ферментированные грибковые продукты уже доступны на некоторых рынках. Для использования в нутрицевтике стандартизированные экстракты с известным содержанием полисахаридов и молекулярными весовыми профилями предпочтительнее обеспечить последовательную биоактивность.

Адъюнкт-терапия в лечении диабета

Грибковые полисахариды могут дополнять стандартные лекарства от диабета. Они могут усиливать действие метформина или сульфонилмочевины, потенциально позволяя снизить дозы. Их профиль безопасности выглядит благоприятным; общие побочные эффекты ограничены мягким вздутием желудочно-кишечного тракта из-за содержания в них клетчатки. Однако пациенты на антикоагулянтной терапии должны проявлять осторожность с некоторыми экстрактами грибов (например, рейши) из-за потенциальных антиагрегантных эффектов.

Проблемы и соображения

Несмотря на потенциал, остаются несколько препятствий. Биодоступность является ключевой проблемой: полисахариды с высоким молекулярным весом плохо всасываются из кишечника. Их системные эффекты, вероятно, опосредуются через кишечные метаболиты и иммунную сигнализацию, а не прямой вход в кровообращение. Стандартизация экстрактов имеет решающее значение, но затруднена, поскольку условия роста, грибковый штамм и методы обработки влияют на состав полисахарида. Оптимизация дозы также требует большей работы; эффективная доза у людей, по-видимому, колеблется от 1 до 3 г в день обогащенного полисахаридного материала, но индивидуальные ответы различаются.

Будущие направления исследований

Чтобы приблизить грибковые полисахариды к клиническому использованию, несколько исследовательских направлений требуют внимания.

Персонализированное питание

Индивидуальные различия в составе микробиоты кишечника, генетике и метаболическом статусе, вероятно, влияют на эффективность грибковых полисахаридов. Будущие исследования должны расслоить участников по базовым профилям микробиома и чувствительности к инсулину для выявления ответчиков и неответчиков. Метаболомика и транскриптомика могут выявить биомаркеры ответа.

Комбинированная терапия

Следует изучить синергетические эффекты между грибковыми полисахаридами и другими биологически активными соединениями, такими как полифенолы, омега-3 жирные кислоты или пробиотики. Например, соединение β-глюканов с куркумином или ресвератролом может усиливать противовоспалительные и инсулин-сенсибилизирующие эффекты. Аналогичным образом, сочетание полисахаридов с пробиотиками может повысить выработку SCFA и барьерную функцию кишечника.

Улучшения дизайна клинических испытаний

В будущих клинических испытаниях должны быть приняты строгие двойные слепые, плацебо-контролируемые конструкции с адекватными размерами выборки, более длительными периодами вмешательства (≥12 недель) и стандартизированными показателями результатов, включая непрерывный мониторинг глюкозы. Характеризация образцов полисахарида по молекулярной массе, степени разветвления и чистоте имеет важное значение для воспроизводимости. Кроме того, изучение эффектов в различных популяциях, таких как гестационный диабет, синдром поликистозных яичников или неалкогольная жировая болезнь печени, может расширить терапевтический охват.

Безопасность и долгосрочное использование

Хотя грибы имеют долгую историю безопасного кулинарного использования, долгосрочные данные о безопасности концентрированных экстрактов полисахаридов ограничены. Исследования должны контролировать функцию почек и печени, а также потенциальные взаимодействия с лекарственными средствами. Возможность иммунной чрезмерной стимуляции с очень высокими дозами β-глюканов также требует тщательной оценки.

Заключение

Грибковые полисахариды представляют собой естественную, многоцелевую стратегию модуляции метаболизма глюкозы. Усиление сигнализации инсулина, уменьшение воспаления, формирование кишечного микробиома, ингибирование пищеварительных ферментов и регулирование экспрессии транспортера глюкозы, эти соединения могут устранить несколько основных дефектов резистентности к инсулину и сахарному диабету 2 типа. Доклинические данные являются надежными, и ранние испытания на людях показывают значительное снижение глюкозы натощак, HbA1c и воспалительных маркеров. Тем не менее, поле должно преодолеть проблемы, связанные со стандартизацией, биодоступностью и клинической валидацией. При продолжающихся исследованиях и разработке продуктов грибковые полисахариды могут стать ценным инструментом в диетическом управлении метаболическими расстройствами, предлагая преимущества, которые выходят за рамки простого гликемического контроля для общего метаболического здоровья.

Внешние ссылки для дальнейшего чтения:

  • Лю Ю и др. «Мусорные полисахариды и их потенциальная роль в метаболизме глюкозы: систематический обзор». Питательные вещества 2020; 12(6):1780. https://doi.org/10.3390/nu12061780
  • Chen Y, et al. «β-глюканы из Grifola frondosa Улучшают чувствительность к инсулину у мышей с высоким содержанием жиров через AMPK Pathway». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии 2018; 66(47): 12497-12507. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b04472
  • Вонг КХ, и др. «Влияние Ganoderma lucidum на глюкозный гомеостаз: рандомизированное контролируемое исследование у преддиабетических субъектов». Исследование фитотерапии 2019;33(5):1450–1460. https://doi.org/10.1002/ptr.6339