蛹蟲草

蟲草為一種蟲生真菌，在亞洲作為藥用真菌被廣泛使用。到目前為止，全世 界已發表的蟲草種類超過 400 種以上 (Shrestha et al., 2012)，其中，以冬蟲夏草 最為人所知，其次為蛹蟲草 (Paterson, 2008)。近年來，許多研究人員欲以蛹蟲 草取代冬蟲夏草，一方面因為冬蟲夏草比蛹蟲草更為昂貴，且由於冬蟲夏草的過 度採集，而野生資源有限，目前冬蟲夏草已被列為瀕危物種 (Zhang et al., 2012)。

另一方面，冬蟲夏草對寄主具有專一性，且寄生環境嚴苛，而蛹蟲草對寄主要求 不高，易於人工規模化培養，蛹蟲草的生產也更為穩定，因此，由於兩者特性的 差異，使得蛹蟲草比冬蟲夏草更適合作為研究對象。

一、蛹蟲草之介紹

蛹蟲草又名北冬蟲夏草、北方蟲草、蠶蛹蟲草等。蛹蟲草是由子座 (即草的

20 的寄主包括：雙翅目 (Diptera)、膜翅目 (Hymenoptera)、鞘翅目 (Coleoptera)、

鱗 翅 目 (Lepidoptera) 、 半 翅 目 (Hemiptera) 、 異 翅 目 (Isoptera) 、 直 翅 目 (superoxide dismutase, SOD) 活性均高於野生的冬蟲夏草 (Dong et al., 2012)。

三、蛹蟲草之命名與分類

蛹蟲草最早記載於西元 1727 年 Vaillant 所著之 《Botanicon Parisiense》 一 書中，並正式把蛹蟲草命名為 Cordyceps militaris Fr. Link。蛹蟲草於分類學上屬 於真菌界 (Fungi)、子囊菌亞門 (Ascomycotina)、子囊菌綱 (Ascomycetes)、麥角 菌目 (Hypocreales)、麥角菌科 (Clavicipataceae) 中的蟲草屬 (Cordyceps) (Das et al., 2010)，而知名的冬蟲夏草也與蛹蟲草同為蟲草屬真菌。

四、蛹蟲草之生活史及特徵

21 圖 1-5 野生蛹蟲草之外觀

Fig. 1-5 Appearance of wild C. militaris (Paterson, 2008)

22 質的酵素將寄主體表溶解 (Zaborowski et al., 1958)。子座的大小、形狀因寄主種 類的不同而有外觀、顏色差異。子實體是由緊密成束平行或交織的菌絲所組成。

23

需考慮到液態發酵之因素，尚有其他參數需控制，包含光照，濕度等。

1. 光照

蛹蟲草生長前期，即菌絲體發育階段，應保持完全黑暗之狀態，光照會抑制 菌絲體生長並造成損傷 (倪等，2007)，但到了子實體生長階段則需要適當的光 照，若保持黑暗或以弱光照射，則子實體易生長不良、型態差或無法長出子實體 (甘等，2007)。在光照強度方面，當光照強度小於 500 Lux，子實體呈現橘黃色，

型態不一；而光照強度介於 500-2000 Lux 之間時，則子實體呈現橘紅色，型態 較一致；當光照強度大於 2000 Lux，則子實體生長型態較為短小 (任，1998)。

2. 水分與濕度

水分為蛹蟲草菌絲體組成的重要一部份。在菌絲生長階段，固態基質應保有 60-65% 的水量，過多或過少皆不利菌絲體生長，而空氣中的相對濕度需保持在 60-70%，到了子實體生長階段，空氣中相對濕度則需提高到 80-90% (甘等，2007)。

此外，若相對溼度低於 50% 以下，則培養基易乾裂，菌絲體及子實體也容易衰 老死亡。

相較於深層液態發酵，固態發酵具有操作簡單、原料價格低廉且取得容易、

產品大多無須加工及無游離水的產生等優點。

六、蛹蟲草之功能性成分及藥理作用

蛹蟲草含有許多具生理活性之物質，包含蟲草素、多醣、D-甘露醇、腺苷、

麥角固醇等。

(一) 蟲草素 (cordycepin)

蟲草素為蟲草屬中特有之生物活性物質，而在蟲草屬中，蛹蟲草所含的蟲草 素遠高於其餘蟲草屬的菌種，例如冬蟲夏草、大團囊蟲草、霍克斯蟲草等。因此 蟲草素被認定為蟲草屬中之標定化合物，並為蟲草治病防病之活性成分 (王等，

2003)。

蟲草素最早由蛹蟲草的培養物中分離並鑑定出 (Cunningham et al., 1950)，其 結構與腺苷非常相似，不同之處在於其核醣 3’ 端缺乏氧原子。根據研究指出，

谷氨酸 (glutamate) 會造成 HT22 海馬迴神經元細胞內 ROS 與鈣離子濃度增 加及誘發內質網 (endoplasmic reticulum) 壓力，導致神經元功能障礙及神經細胞 死 亡 ， 而 蟲 草 素 能 夠 透 過 抑 制 促 凋 亡 轉 錄 因 子 C/EBP 同 源 蛋 白 (C/EBP homologous protein, CHOP) 、 Bax 以 及 參 與 氧 化 或 內 質 網 壓 力 的 相 關 因 子 (p-ERK、p-JNK、p-P38) 表現，此外，蟲草素還能夠降低神經元細胞內 ROS 與 鈣離子濃度，表示蟲草素具有神經保護作用，具有治療神經源相關疾病之潛力 (Jin et al., 2014)。2004 年 Yoshikawa 等人於研究中利用餵食蟲草素觀察其對黑 色素瘤細胞生長之影響，首先，將 B16 黑色素瘤細胞以皮下接種方式注射到小

24 (C-terminal cross-linked telopeptides of collagen type I) 含量，並減少血漿中丙二醛 (maleic dialdehyde, MDA)、一氧化氮 (nitric oxide, NO)、TNF-α、IL-1β 之濃度及 髓過氧化酶 (myeloperoxidase, MPO) 活性，此結果代表蟲草素能夠維持成骨細 胞之活性並降低發炎反應，進而減少骨質疏鬆症的發生 (Zhang et al., 2014)。此 外，蟲草素能降低肝臟、腎臟、心臟、肺等器官中之 MDA 含量，並提高 SOD、

CAT、GPx、穀胱甘肽還原酶 (glutathione reductase, GR)、穀胱甘肽-S-轉移酶 (glutathione-S-transferase, GST) 及穀胱甘肽 (reduced glutathione, GSH) 之活性，

以及減少血清中麩草酸轉胺基酵素 (aspartate aminotransferase, AST)、麩丙酮轉 胺基酵素 (alanine aminotransferase, ALT) 的含量，表示蟲草素能有效恢復老化

25

26

麥角固醇為存在於大多數真菌細胞膜上之主要固醇類，為維生素 D2 前驅 物，其含量可作為蟲草菌絲生長的指標 (Li et al., 2006)。眞菌類中固醇類含量約 為 1%，主要為麥角固醇 (陳，2002)。麥角固醇是由細胞中的鯊烯 (squalene) 經 氧化及環化後產生羊毛固醇，在經複雜化學反應後產生 (Georgopapadakou, 1998)。

Ma 等 (2013) 於體外研究發現，麥角固醇能抑制 RAW 264.7 巨噬細胞之 NO 產生與 NF-κB 活性，顯示麥角固醇具有抗發炎之活性 (Ma et al., 2013)。

七、蛹蟲草於預防醫學之應用

早在西元 1694 年汪昂所著之《本草備要》中便已記載冬蟲夏草具有保肺益 腎、止血化痰、止勞咳等功效。而蟲草屬中蛹蟲草之蟲草素含量遠高於其他蟲草 屬菌種，且近年來，已有許多研究陸續指出蛹蟲草具有多種保健功效，使蛹蟲草 於預防醫學上的應用具有重大的突破 (表 1-1)。

(一) 抗氧化與延緩老化

根據沈等 (2001) 的實驗指出蛹蟲草具有抑制由急性吸入正己烷所引起的 活性氧自由基損傷反應 (沈等，2001)。前人研究發現，蛹蟲草菌絲體之 70% 酒 精萃取物能直接清除自由基 diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH)，表示其擁有抗氧 化之效果 (Won and Park, 2005)。Yu 等 (2006) 於研究中比較人工培養之蛹蟲草 與天然冬蟲夏草對氧化損傷之保護作用，實驗結果指出，蛹蟲草萃取物抑制脂質 氧化的效果優於冬蟲夏草萃取物，且蛹蟲草萃取物還具有抗蛋白質及低密度脂蛋

白 氧 化 的 能 力 ， 另 外 ， 蛹 蟲 草 萃 取 物 之

2,2'-azinobis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS*+) 清除率與還原能力 具有劑量效應，表示蛹蟲草萃取物為有效的氫離子提供者，而蛹蟲草萃取物之抗 氧化活性除了來自腺苷與蟲草素外，還有部分可能由多酚、黃酮類化合物及多醣 所提供 (Yu et al., 2006)。在 2010 年 Li 等研究中利用餵食蛹蟲草觀察其對老化 小鼠之影響，實驗結果表明，蛹蟲草能藉由增加小鼠肝臟中 Fe²⁺-L-半胱胺酸含 量與 CAT、SOD 、GSH-Px 活性，進而抑制粒線體損傷及腫脹，表示蛹蟲草對 於治療粒線體相關代謝失調與延緩老化是有用的 (Li et al., 2010)。

(二) 抗發炎

過去研究指出，在巴豆油引起小鼠耳朵腫脹試驗中，蛹蟲草菌絲體之 70%

酒精萃取物表現出急性抗發炎作用，而在扭體試驗中，蛹蟲草也具有強大的鎮痛 作用，另外，蛹蟲草菌絲體之 70% 酒精萃取物能有效抑制脂多醣誘導 RAW 264.7 小鼠巨噬細胞 NO 產量及誘導型一氧化氮合成酶 (inducible nitric oxide synthase, iNOS) 表現量 (Won and Park, 2005)。2011 年 Han 等人探討蛹蟲草萃 取物對葡聚醣硫酸鈉誘發小鼠結腸炎之影響，根據實驗結果顯示，蛹蟲草萃取物 可抑制結腸上皮細胞損傷、杯狀細胞減少、發炎細胞的浸潤，以及結腸組織中

27 表 1-1、蛹蟲草代謝產物於預防醫學之應用

Table 1-1 The development of C. militaris in the preventive medicine

Year Function Functional ingredient Journal Author

1987 Protects cardiovascular Cordycepic acid Zhong Yao Tong Bao Feng et al.

2004 Antitumour Cordycepin Clin Exp Pharmacol Physiol Yoshikawa et al.

2005 Anti-inflammatory Cordycepin J Ethnopharmacol Won et al.

2005 Scavenge the stable free radical, DPPH, 70% ethanol extracts of mycelia J Ethnopharmacol Won et al.

2006 Inhibition of NO production Cordycepin Eur J Pharmacol Kim et al.

2006 Inhibitory effect on liposome oxidation Water extracts J Agric Food Chem Yu et al.

2006 Inhibiting TXA2- induced platelet

aggregation Cordycepin J Pharm Pharmacol Cho et al.

2006 Inhibited proliferation of premyelocytic

leukemia cell Hot water extract of fruiting body Biol Pharm Bull Lee et al.

2007 Improvement of sperm production Mycelium Am J Chin Med Lin et al.

2008 Reverse ethanol induced hepatocyte damage Polysaccharide Afr J Biotechnol Yan et al.

2008 Improvement of sperm production Mycelium Am J Chin Med Chang et al.

2008 Suppression of adipocyte differentiation Mycelial extracts Am J Physiol Endocrinol Metab Shimada et al.

2008 Protects cardiovascular Adenosine Proc Natl Acad Sci U S A Yang et al.

2009 Inhibited lung carcinoma Water extract Food Chem Toxicol Park et al.

2009 Prevents acute lung injury Cordycepic acid Lung Weinbroum

2010 Improvement of macrophage activation Polysaccharide J Microbiol Biotechnol Lee et al.

2010 Enhance HMC presentation Water extract Immune Netw Shin et al.

2010 Anti-aging Polysaccharide Am J Chin Med Li et al.

28

2010 Ameliorate immunity Polysaccharide Food Chem Toxicol Kim et al.

2011 Protects cerebral ischemia/reperfusion

injury Cordycepin Eur J Pharmacol Cheng et al.

2011 Anti-allergic reaction Growth in germinated soybeans,

extract by ethyl acetate J Ethnopharmacol Oh et al.

2012 Anti-allergic reaction Isoflavone methyl-glycosides J Agric Food Chem Park et al.

2012 Anti-aging Cordycepin Exp Gerontol Ramesh et al.

2013 Hypoglycemic Adenosine J Cell Physiol. Koupenova and

Ravid

2013 hypolipidemic Adenosine J Cell Physiol. Koupenova and

Ravid

2013 Anti-inflammatory Cordycepic acid Nan Fang Yi Ke Da Xue Xue Bao Liang et al.

2013 Anti-inflammatory Ergosterol Food Chem Ma et al.

2014 Neuroprotective Cordycepin Neurotoxicology Jin et al.

28

29

iNOS 和 TNF-α 的表現量，由此結果可知，蛹蟲草萃取物可作為預防或治療炎 症性腸道疾病的物質 (Han et al., 2011)。

(三) 抑制血小板凝集

Cho 等 (2006) 以血栓素 A2 類似物促使血小板凝集，而蛹蟲草能透過降低 細胞內游離的 Ca²⁺ 濃度，抑制血栓素 A2 類似物誘發人類血小板凝集，表示蛹 蟲草可防止血栓性疾病的發生 (Cho et al., 2006)。

(四) 抗腫瘤

白血病又稱血癌，是因骨髓造血細胞產生不正常增生，進而影響骨髓造血功 能的惡性疾病。過去研究指出，人類白血病 HL-60 細胞以 0.8 mg/mL 的蛹蟲草 子實體熱水萃取物處理 12 小時，可觀察到蛹蟲草明顯抑制 HL-60 細胞的增生，

當以 1 mg/mL 處理 HL-60 細胞 12-16 小時，結果發現，蛹蟲草造成 HL-60 細 胞的 DNA 片段化及染色質濃縮，導致 HL-60 細胞凋亡，其機制為蛹蟲草藉由 活化天門冬胺酸特異性半胱胺酸蛋白酶-3 (cysteine-containing aspartate-specific proteases-3, caspase-3) 抑制 HL-60 細胞增生並誘導其凋亡，此結果表示蛹蟲草 萃取物對於治療白血病為一有潛力之物質 (Lee et al., 2006)。而在肺癌研究當中，

Park 等 (2009) 探討蛹蟲草水萃物對誘導人類肺癌 A549 細胞細胞凋亡及端粒 酶 活 性 之 影 響 ， 實 驗 結 果 指 出 ， 蛹 蟲 草 水 萃 物 藉 由 促 進 Fas 凋 亡 路 徑與 caspase-8 活化及 Bid 裂解，進而抑制 A549 細胞生長與誘導凋亡，另外，也觀 察到經蛹蟲草水萃物處理過的細胞，其 caspase 被活化、Bcl-2 抗細胞凋亡蛋白 表現量降低及 Bax 促凋亡蛋白表現量提高等現象，此外，蛹蟲草水萃物透過降 低人類端粒酶反轉錄酵素 (human telomerase reverse transcriptase, hTERT)、c-myc 與 Sp1 表現量，達到抑制端粒酶活性的效果，綜合以上結果，蛹蟲草水萃物藉 由調控外在死亡受體與內在粒線體兩者之訊息傳遞，及降低端粒酶活性，進而誘 導 A549 細胞凋亡 (Park et al., 2009)。

(五) 提高免疫功能

Kim 等 (2006) 研 究 指 出 ， 經 蛹 蟲 草 水 萃 物 處 理 過 的 骨 髓 樹 突 細 胞

Kim 等 (2006) 研 究 指 出 ， 經 蛹 蟲 草 水 萃 物 處 理 過 的 骨 髓 樹 突 細 胞