從自由基的清除能力,評估靈芝的抗衰老作用

人類細胞老化的速度和自由基攻擊細胞後產生的代謝物有明顯相關,而能夠清除自由基力的SOD則成為健康水平和壽命長短的指標。研究顯示,靈芝萃取物不論在體內外都有減少自由基、提升SOD活性的能力;靈芝本身甚至含有大量的SOD組成蛋白質,可以作為SOD的補充來源,令其延緩衰老的機制更加全面。

文.圖/許瑞祥

◎本文原載於1999年《健康靈芝》3期19~22頁 

 

人類的衰老過程至今仍是一個謎,因此無法任意控制。多少世紀以來,方術之士努力不懈找尋長生不老的藥方,雖然都沒有成功,但在各國的歷史中卻留存著人類追求青春永駐的深刻記憶。傳言中的秦始皇為求長生不老,派出大批的童男童女遠赴海外尋訪仙草,成為中國歷代皇帝尋求不死靈丹的濫觴。

根據正史記載,宋真宗趙恒是第一位服食靈芝以期能長生不老的皇帝,而宋徽宗趙佶在位期間,則是搜刮靈芝的全盛時期。靈芝除了是皇宮大內的御用貢品外,中國古代的道士更將靈芝視為修練成仙的基本配備。在道教全盛的魏晉時期所編撰的靈芝專著不下百餘種,由此可知靈芝在當時的重要性。

明朝李時珍綜合歷代本草的記載與道家的經驗,在其所著的《本草綱目》中,對六芝有完整的敘述,無論是青、赤、黃、白、黑、紫中任一種靈芝,皆謂其能「久服輕身不老,延年神仙」,為自古以來靈芝抗老防衰的作用,作了最完整的闡述。

 

衰老和自由基有關

現代科學的研究認為,衰老的過程可能從生命誕生之時就已經開始,並且是一連串的不可逆反應。雖然減緩衰老的理論眾說紛紜,但控制或清除體內自由基(free radical)的生成,卻是目前醫藥學界共同努力的方向。

自由基是一個外層軌域含有一或多個不成對電子的原子或原子團所構成非常不穩定的狀態。在含氧的生物體中,常見的是以氧分子為中心的超氧自由基(O2-)及氫氧自由基(OH.)。在真核生物的粒線體中,因不正常的電子傳遞結果,將一個電子交給氧分子而形成O2-【1】。

根據Turrens等人對牛的心臟細胞分析結果顯示,其中的粒線體在進行電子傳遞鏈之作用時,會有3~5%的氧形成超氧自由基(O2-)【2】。

曾有人預估人類每天呼吸的氧氣中約有1~3%變成O2-,而此類不穩定的自由基生成後,常會攻擊其周圍正常的分子,產生連鎖反應,對生物細胞造成許多的傷害,包括引起細胞膜中不飽和脂肪酸的過氧化,繼而改變細胞膜的通透性;或因加速細胞內DNA的氧化傷害,導致基因突變機率的增加等,皆與細胞突變、老化或死亡有密切的關係。最新的研究顯示,人類細胞老化的速度和自由基攻擊細胞後產生的代謝物有明顯的相關性【3】。

 

SOD是體內清除自由基的主要酵素之一

為了對抗自由基對細胞所造成的傷害,好氧性生物體的正常細胞內外都有防禦系統。細胞內負責消除超氧自由基的酵素系統包括:Superoxide dismutase(SOD)、Glutathione Peroxidase和Catalase三種酵素。

另外非酵素系統中的抗氧化劑,如維他命C(vit C)、維他命E(vit E)等,亦可直接與自由基作用,進而防止連鎖反應的發生。在好氣性生物細胞中的超氧歧化酶(SOD)於1969年被McCord和Fridovich發現,它是一群含有金屬元素的酵素,負責清除超氧自由基的反應如下【4】:

03-MnSOD-1

 

目前已知的超氧歧化酶(SOD)依其所含金屬離子之不同可分為三大類:

1. Cu/Zn-SOD:主要存在細胞質和葉綠體中。

2. Fe-SOD:主要存在原核生物或植物葉綠體中。

3. Mn-SOD:主要存在真核生物的粒線體中。

鑑於超氧歧化酶(SOD)為好氣性生物細胞對抗過氧化毒害的第一線防衛系統,因此SOD的活性高低成為評估生物與環境互動的指標。在植物的研究中發現,當綠色植物突然受到強光照射時,光合作用的速率瞬間提升,使得在光反應系統中部分電子未能順利交給NADP,而由O2接受形成超氧自由基O2-

但當植物遭受環境劇變時,其體內測得的SOD活性有增加的趨勢,因此植物體內SOD活性的變化,常成為評估植物遭逢逆境時的應變能力【5】。

在老鼠皮膚細胞的評估模式中發現,細胞中的SOD活性會隨著細胞年齡的增長而逐漸降低。1990年Niwa等人所提出的臨床測量分析結果證實,人體內的SOD濃度較低或其SOD活性較差者,通常其壽命較短或罹患疾病的機率較高【6】。從此SOD不但成為人類健康等級與壽命長短的客觀指標,同時也成為抗老防衰的靈丹妙藥,各種動、植物來源的SOD產品亦成為現代抗氧化、防衰老的新寵。

本文將以清除超氧自由基的超氧歧化酶SOD為主要探討對象,以現代抗衰老的藥理研究基礎,來重新檢視久食輕身不老的靈芝,是否具備了符合潮流、令人確信的能力。

 

靈芝萃取物能提升SOD活性

根據上海醫科大學藥學院所發表的試驗結果,靈芝的粗萃取物在試管中能直接清除超氧自由基(O2-),且其作用呈現劑量的相關性。由此可知,在靈芝的萃取物中含有類似抗氧化劑的成分。在動物體內試驗中,經靈芝萃取物灌胃的大白鼠,分析其血液中紅血球的SOD活性,結果顯示以500 mg/kg、250 mg/kg、125 mg/kg靈芝萃取物灌胃後的各組,皆呈現SOD活性提高的現象,同時發現其紅血球細胞膜的流動性與封閉度,較未經灌食靈芝萃取物的各組皆有明顯的提升【7】。

在已知疾病形成的過程中,常會見到細胞膜流動性發生改變。通常紅血球細胞膜的流動性亦會隨著細胞年齡的增長而降低,因此能提高細胞膜的流動性有延遲細胞衰老的意義。紅血球的封閉能力也與細胞年齡有關,年輕的紅血球其封閉度為93%,但老化的紅血球其封閉度僅為36%【8】。由此可知,若能提高老化紅血球的封閉度,對細胞抗老化作用有積極貢獻。

從前述餵食靈芝的大白鼠血液分析結果,顯示在125~500 mg/kg劑量下,靈芝萃取物能明顯提升紅血球中SOD的活性,減少超氧自由基所造成的脂質過氧化反應。其作用的具體表現在血液分析中的平均粘度降低,以及細胞膜的流動性與封閉度的提高。

臨床證據顯示,以靈芝製劑治療33例高血脂、高血壓等病人兩週後的血液流變學觀察結果,病人的全血和血漿粘度明顯下降,血液流變性改善【9】,對於提高心腦血液循環、預防血栓生成、降低血管系統疾病發生或發展有一定的臨床意義。

 

靈芝含有大量的SOD組成蛋白質

靈芝自古以來一直是抗老防衰的代表,我們亦曾對靈芝菌絲體中的SOD活性進行系列之分析。在從兩百多株食用真菌的菌絲體中篩選比較其中SOD活性的結果發現,靈芝屬菌株皆具有很高的SOD活性,無論其種類或生長時期的改變,皆顯示靈芝的菌絲體本身就是一種豐富的SOD來源。

從市場需求的角度,靈芝將可成為除了動物、植物來源的SOD外,另一個具有開發潛力的生物資源。服用靈芝不但可以刺激機體提升SOD的活性,同時靈芝本身亦含有大量的SOD組成蛋白質,靈芝延遲衰老作用機制的全面性,以現代科學的立場觀之,更顯得彌足珍貴。

自1994年起,我們開始進行靈芝屬菌株中SOD基因與蛋白質組成構造的探討,目前已經完成包括靈芝(Ganoderma lucidum)、松杉靈芝(G. tsugae)和小孢子靈芝(G. microsporum)等菌株的大量培養生產SOD的條件,並且深入探討靈芝來源的SOD萃取、回收與純化的過程【10】。

在已知的結果中顯示,靈芝菌絲中的SOD是以Mn-SOD為主,純化後的Mn-SOD在經70℃加熱或以蛋白酶水解後,仍能保留其部分活性【11】。就利用開發的需要而言,靈芝來源的Mn-SOD確實是一種相當理想的SOD型式。

在有關其SOD基因的研究中,我們利用聚合酶連鎖反應(PCR)來擴增靈芝屬菌株的SOD基因片段。在1996年發表的小孢子靈芝(G. microsporum)Mn-SOD基因序列在當時成為人類基因資料庫中,第一筆高等擔子菌的SOD基因核酸序列。在分析比對30株靈芝屬菌株中Mn-SOD基因資料時,發現其中皆含有兩段非轉譯的插入序列(intron)。此兩段插入序列的核酸定序結果經電腦進行演化過程的分析後,竟然得到與靈芝屬菌株類緣關係一致的結果【12】。

從分子生物水平的分析確認在靈芝屬菌株間特殊的SOD基因應該是來自於相同的起源,而每一個靈芝菌株的演化過程皆記錄在此段Mn-SOD基因中非轉譯的插入序列中。

03-MnSOD-2

圖(一) 靈芝屬菌株超氧歧化酶(SOD)的同功酵素圖譜。

 

03-MnSOD-3

圖(二) 利用Mn-SOD基因序列進行靈芝屬菌株類源關係鑑定之結果。

 

03-MnSOD-4

圖(三) 靈芝來源的Mn-SOD N端胺基酸序列特徵。

 

靈芝「輕身不老」有其科學依據

自1970年代開始進行靈芝抗衰老機制的系統化研究中,就自由基清除能力的評估模式來了解時,靈芝的萃取物在體外的試管中能直接消除其中的超氧自由基,而且有明顯的抗氧化能力。經餵食後的寄主體內SOD活性提升,並且改善衰老紅血球細胞膜的流動性與封閉度,使得幾百年來口耳相傳的經驗,在現代嚴謹的評估下,重新得以確認。

另外,從蛋白質構造與基因相似性的證據,皆顯示靈芝家族的成員其SOD組成的獨特性。當我們了解靈芝延緩衰老的能力時,久食輕身不老將不再是遙不可及的神話。我們期待有更多的資源投入靈芝老年保健用品的開發,為銀髮族延續生命的第二個春天。

 

延伸閱讀

積極開發靈芝研究,「延年益壽」將不再是神話

 

參考文獻

1. Southorn, P.A. and G. Powis. 1998. Free radicals in medicine. I. Chemical nature and biologic reactions. Mayo. Clin. Proc. 63 : 381-389.

2. Turrens, J. F. and A. Boveris. 1980. Generation of superoxide anion by the NADH dehydrogenase of bovine heart mitochondria. Biochem. J. 191 : 421-427.

3. Halliwell, B. Antioxidants. 1994. Sense of speculation? Nutrition Today. 29 : 15-19.

4. Mc Cord., J.M., and I. Fridovich. 1969. Superoxide dismutase. An enxymatic function for erythrocuprein. J. Biol. Chem. 244:6049-6055.

5. Karpinski, S., et al. 1992. Differential expression of Cuzn-superoxide dismutase in Dinus sylvertris needles exposed to Soa No2. Physiologia plantarum 85 : 689-696.

6. Niwa, Y., et al. 1990. Induction of superoxide dismutase in leulsocyter by paraguat;correlation with age and possible predicton of longevity. Blood 76 (4) : 835-841.

7. 李端等,1994,靈芝對大鼠紅細胞超氧歧化酶(SOD)和膜蛋白組成的影響。靈芝的研究(一),pp.92-95。

8. 李端等,1994,靈芝對大鼠細胞膜流動性和封閉度的影響。靈芝的研究(一),pp.86-91。

9. 程彰華等,1994,靈芝對高血壓伴高血脂和腦血栓後遺症患者血液流變學的觀察。靈芝的研究(一),pp.100-103。

10. 葉志新,1996,靈芝屬含錳超氧歧化酵素的純化與定性。國立台灣大學農業化學研究所碩士論文,p.123。

11. Pan. S. M., et al. 1997. Purification and Characteriza of Manganese superoxide dismutase from Ganoderma microsporum. Biochemistry and Molecular Biology International 42(5):1035-1043.

12. 王惠芳,1996,靈芝屬含錳超氧歧化酶基因之研究。國立台灣大學農業化學研究所碩士論文,p.107。