臺灣特有牛樟芝

2021-01-14 臺灣野生牛樟芝

牛樟芝無論在生物種或是所含的成份,都是臺灣極其重要的生物資源,除了是非常值得進一步研發的學術主題外,更是我國生物科技產業的代表性產品項目。

 

牛樟芝是甚麼 ?

牛樟薄孔菌(Taiwanofunguscamphoratus syn. Antrodia cinnamomea or Antrodia camphorata), 俗名牛樟芝, 又名牛樟菇、樟菇、窟內菰、神明菇,是一種藥用真菌, 分類地位屬真菌界 (Fungi)、 擔子菌門 (Basidiomycota)、 擔子菌綱 (Basidiomycetes)、多孔菌目 (Polyporales)、 多孔菌科 (Polyporaceae)、 臺芝屬 (Taiwanofungus)。 牛樟芝生長於臺灣 450 ∼ 1500 公尺山林中以牛樟樹 (Cinnamomum Kanehirai Hayata) 為唯一宿主。是一種十分稀有的真菌,散布於桃園角板山、苗慄南莊、南投竹山、高雄六龜等地;這種菌類專屬寄生在牛樟樹內,有牛樟樹的地方才有牛樟芝。就像其他菌類一樣,牛樟芝的孢子發芽後會形成菌絲(圖 1),菌絲利用牛樟 樹的養分在牛樟樹內部生長。這時,我們較難察覺它的存在,因為就如疾病潛伏期一樣除非以特殊的檢察看起來一切都還正常,直到這些菌絲生長到一定的量體吸收足夠的養分,它就會從營養吸收的階段轉換成生殖期,它經常會從樹體內部空穴的表面形成產生有性孢子的器官,就是所謂的子實體 (Fruiting body)。如同一般我們吃的香菇子實體從椴木裡冒出,我們就可以用肉眼看到了。但是牛樟芝的子實體不是傘狀,開始時,貼著木材表面形成比較像是平板狀的,隨著時間的累積成為鍾狀、馬蹄狀或塔狀。子實體的顏色初期為鮮紅色,逐漸轉成赭紅、褐色甚至黑色 (圖2)。牛樟芝子實體生長很慢,需要 1~2 年的時間開始形成,要長到 30 釐米 (cm) 鍾 狀的大小經常需要十年甚至數十年以上的時間,這也說明野生牛樟芝稀少的原因。牛樟芝在分類上屬於多孔菌科,也就是說它的有性孢子是從孔狀的構造中釋放出來的,因此牛樟芝子實體就有一面是垂直於地心的多孔狀構造。這些孢子散播森林中在適當的時機與地點發芽、生長、茁壯,反覆演化而生生不息。

 

 


圖 1: 牛樟芝菌絲期。 A. 於平板培養皿中培養之菌落。B. 斜面試管中培養。 C.菌絲會產生所謂具扣子體之雙核菌絲。D.培養數日後 菌絲會形成分節孢子 (Arthrospores)。( 蘇慶華 攝 )

 

 

牛樟芝為何是國寶 ?

(一)臺灣特有種第一個理由,牛樟芝是臺灣特有種, 也就是說除了臺灣以外是找不到牛樟芝的。但是,也有很多特有種為甚麼沒有人說是它們也是國寶呢 ?


(二)獨特的成分所以,我們仍需要至少第二個理由來支持國寶的說法。牛樟芝無論是無性的菌絲或子實體中具有獨特的成分,尤其是子實體更具有高量的成份。我們曾經從一個 1000 公克的野生子實體中,以酒精萃取出450公克的具苦味物質,這是所有真菌子實體未曾見過的。


(三)民間流傳的各種功效牛樟芝目前雖然被歸類於食品,但它做為治療各種疾病之一種類似草藥之角色,可能早在原始原住民時期就已經開始,漢人來到臺灣後也可能接觸到牛樟芝,也發現有某種治療功效,一些漢醫或列為祖傳秘方,秘而不宣,但近年來由於信息與科技之進步,許多功效在細胞或動物實驗之層級獲得一些正面的結果, 使得牛樟芝聲名大噪。但是,科學是實事求是的,更重要的是不能誇大它治療的功能,不過我們也認為牛樟芝在具有國人獨佔之優勢,開發新藥方面深具潛力,將牛樟芝視為國寶是有理由的。

 



圖 2:野生牛樟芝


學名的爭議!

1990年以前,牛樟芝是沒有學名的; 雖然這時候牛樟芝已經在民間流傳,而且也有人送了一些野生標本給我。之前,我的一位研究生已經開始做有關牛樟芝肝臟保護相關之研究, 但查遍所有科學文獻,仍找不到有關認定它為生物中的一個種 (Species) 之論述。因此,做有關牛樟芝的學術研究發 表論文時就有困難,因為大家不知道研究所指的是哪一種材料,這個困難也一直困擾著我們。剛好 1989 年 11 月在南京舉行國際食用真菌大會,世界知名的真菌學家都 可能聚集討論有關真菌之問題,我也參加本次大會。這也是我首次有機會到大陸去,我的學長賴敏男博士這時委託我一個相當完整的牛樟芝標本(圖3),希望我交給昆明植物研究所菌類權威臧穆教授鑑定2。 賴敏男教授請臧教授鑑定有兩個目的:首先當然希望知道牛樟芝到底是甚麼 真菌,也要聽聽不同學者之意見,其次如果中國大陸也有同樣的真菌,也希望開發另一個牛樟芝的來源,因為臺灣的牛樟芝現在已經開始稀少了。當時大陸才開放不久,兩岸學者除了在第三國碰面之外,很少有機會交流,我也未曾見過臧教授。但是臧教授並沒有出席這次南京舉行之國際會議,於是我就寫了一封信簡單說明樟芝之來歷及臺大陳瑞青教授認為比較可能是 Pyrofomes 屬的新種,暫定名為 P. formosana,輾轉請人交到臧教授手上。 這封信還有牛樟芝標本後來都在位於臺中的國立自然科學博物館保存。 1990年初我就接獲臧教授來信並附一 篇雲南植物志之論文初稿以「我國臺灣產靈芝屬一新種樟芝」的文章,他很客氣的把我的名字也掛上去,也就是說這篇論文有臧教授和我兩位作者,並命名牛樟芝學名為 "Ganoderma camphoratum Zang & Su",意思就是長在樟樹(C. camphora)上的靈芝 (Ganoderma) 4。我仔細看過論文後立即寫一封信請臧教授修正,說明我並非分類學者,僅是轉託標本而已,不必要把我當做作者之ㄧ;其次他所描繪之牛樟芝雙層有刺的擔孢子,可能來自標本受到靈芝孢子的汙染,與我們所看到的無刺單層擔孢子是不同的。當時並沒有e-mail, 而且兩岸的書信往返可能都要經過層層安檢,信息傳遞十分緩慢。大約兩個月後,才再度接獲臧教授來信說明該論文已經付梓出版了,我的修正意見來不及改正。這就是有關牛樟芝第一篇學術論文的始末。雖然,這篇論文的失誤也引發後來學名之爭議,但是一個很重要的信息就是中國大陸沒有牛樟芝。因為像臧教授大師級的權威學者,幾乎不經考慮就把牛樟芝當做新種來發表,顯見臧教授以前也從未見過牛樟芝。 1995年張東柱教授進行臺灣無折菌資源調查時,以牛樟芝為薄孔菌屬 (Antrodia) 的新種,因而將其命名為 Atrodia cinnamomea T. T. Chang & W . N. Chou (意思是長在牛樟樹 Cinnamomum Kanehirai Hayata 上的薄孔菌 ),然而二者所指的是同一物種,依國際植物命法規定,先發表的種名得以保留,後發表的種名必須依據前發表之種名為依據。因此,1997年吳聲華教授包括張東柱教授等人,將牛樟芝重新組合命名為 Antrodia camphorata (Zang & Su) Wu, Ryvarden & Chang 6。 然而2004年張東柱教授因發現臺灣另一形態類似牛樟芝的香杉芝 (Antrodia salmonea T. T. Chang et W . N. Chou), 同 時也提出臧教授所描述之標本涵蓋靈芝的元素,應視為名稱混雜 (nomen confusum) 的命名狀況, 並認為 camphoratum 與宿主 Cinnamomum kanehirai 不相關, 建議回復 Atrodia cinnamomea 之學名。同 (2004) 年,吳聲華教授利用新的方法比對牛樟芝及其他薄孔菌之 LSU nuclear rDNA 序列, 結果顯示牛樟芝不僅不屬於 Antrodia,也不屬於現有已知的其他屬。因此就成立一個新的菌屬叫臺芝屬 (Taiwanofungus) 樟芝之學名成為新的組合名 Taiwanofungus camphoratus (M. Zang & C.H. Su) Sheng H. Wu, Z.H. Yu,Y .C. Dai & C.H. Su 8。有關學名爭議之論述,吳聲華教授也有詳細記載。 2010 年 Dictionary of Fungi(真菌字典)、 MycoBank (真菌銀行)修正牛樟芝名稱 為 Taiwanofunguscamphoratus(Ganoderma comphoratum, Antrodia camphorata and Antrodia cinnamomea 屬於同義名 )。 因此, 除了 Ganoderma comphoratum 被認為有誤之外,至少有三種學名常被使用包括 :

 

Antrodia camphorata

Atrodia cinnamomea

Taiwanofungus camphoratus

 

這三個學名所指的都是同一物種— 牛樟芝。至於到底要用那一個學名比較正確 ? 我個人認為大家應該放開心胸來看待,第一要根據命名規則,其次就是科學證據就可以了,所以愚以為 Taiwanofungus camphoratus 較符合我個人的看法。其他學者很可能有不同看法,但不論採用那一個學名來發表研究成果,我也建議把其他兩個學名以同名 (Synonym) 來處理, 並呈現於關鍵字 (Key words) 中, 例如 : Atrodia cinnamomea (syn. Taiwanofungus camphoratus or Antrodiacamphorata) 以 利於後續其他研究者的查詢及引用。至於從事栽培或銷售業者就比較麻煩,因為在銷售貨品包裝或說明書上更改學名是一件很麻煩的事,因此也建議在下一次印刷包裝或說明書時採用論文發表方式處理,也就是說擴大學名的涵蓋性及包容性。這也是處理學名爭議之過渡折衷方法。我也相信,未來更多的科學證據會讓學名的爭議達到共識。

 



圖 3: 牛樟芝之模試標本, 1989年由筆者交臧穆教授 (Dr. Z. L. Yang 提供 )


牛樟芝能為我們做甚麼 ?

上述也提到牛樟芝是臺灣特有種也具有獨特的成分,這些成份到底是甚麼 ? 經過國內科學家不斷的努力,牛樟芝的成份也逐漸清楚。也和其他藥用真菌類似,含有大分子及小分子兩大類, 大分子(分子量在約3,000 以上者稱之)目前,只有多醣被提出來討論; 所涵蓋的活性範圍有對小鼠抗過敏 17、抗 發炎 20,21、肝臟保護 22、免疫調節功能降 低腫瘤罹患率 23、抗 B 型肝炎24 等。 至於牛樟芝苦味組成大部分來自所謂的小分子,也就是分子量在 3,000 以下者。這些成份含量如前所述,在幾乎所有真菌中是最高的 ( 野生牛樟芝子實體達45%),大致上可以由酒精等有機溶劑來萃取,由於乙醇在食品的安全性較高,所以經常拿來做為實驗的溶劑。酒精萃取物中最主要的就是三萜類 (Triterpenes) 約佔酒精位取物之17~18%,還有多酚 (Polyphenols) 約為13~14%,類黃酮 (Flavonoids) 約 11~12%,並含有相當數量的腺苷 (Adenosine)9。 以上這些成份在其他植物及菌類中也都被認為具有抗發炎、抗氧化、甚至抗腫瘤的活性。過去十幾年來,科學家就利用牛樟芝酒精的粗萃取物進行一些探討。以我所在的實驗室為例,包括:肝臟保護、抗發炎、降血脂、抗腫瘤、抗過敏以及最重要的抗腫瘤,都呈現顯著而正面的效果 10-19。其中一個研究也發現以牛樟芝很少的劑量與一種抗真菌藥物兩性黴素 B (Amphotericin B) 有很顯著的加成作用,顯示牛樟芝的成份中有一些是改變癌細胞的細胞膜組成,是相當有趣的結果(圖4) 18,19。



圖 4: 牛樟芝與兩性黴素 B (Amphotericin B) 共同使用之加乘作用。A. 第一組為小鼠僅殖入腫瘤細胞30天後腫瘤之大小。B. 第二組殖入腫瘤細胞給予兩性黴素 B。C. 第三組殖入腫瘤細胞給予少量牛樟芝酒精萃取物。D. 第四組殖入腫瘤細胞後混合投與小鼠兩性黴素B及牛樟芝。(-) 表示沒有腫瘤生長。( 蘇慶華攝 )


此外,進一年來國內不少研究單位也進行了不同新的研究, 成果也都相當正面 9,25-32, 甚至對神經受損也具有保護之功能 9。當 然,這些研究都是在細胞或者是動物模式中所獲得的結果,並不完全等同於人所發生的事情。 利用這些粗萃取物,也就是許多成份的混合物進行實驗並獲得正面之結果固然有其意義。但我們也不禁要問:到底那一種成份或那些成份造成這種結果? 所以呢,如果能夠把這些成份一一分離出來構造鑑定後再試驗就很完美嗎 ? 我們就舉三萜類為例來說明。三萜類及其衍生物被認為是最重要的部分之一,因為它們在牛樟芝中 也是獨特的。在化學上,三萜類指一類化學物質的總稱,常由生物合成之過程之演變來檢視。常由一個分子做為源頭所變化出來多異構物,三萜就是由三個10個碳的萜 (Terpenes) 頭尾相接連並且經過死循環成為30個碳4個環的分子,這個源頭分子會修飾成為不同的構型,但主體構造是一樣的。例如;靈芝也有特殊的三萜類,根據發現的過程,名為靈之酸 (Ganoderic acid) A、B、C⋯⋯ 赤 靈 酸 (Lucidenic acid)A、 B、C⋯⋯等。同樣情況牛樟芝也發現樟菇 酸 (Zhankuic acid) A、B、C⋯⋯及薄孔菌 素 (Antcins) 等三萜。不過,牛樟芝的三萜和靈芝所得到的確有不同,就是在第24個位置上幾乎所有牛樟芝三萜都有一個雙鍵這是靈芝所沒有的(圖 5)。至於是否因為這個關係造成活性的有所差異,則仍待進一步的研究才能解釋得清楚。雖然由於 些三萜類的總合佔酒精萃取物之 13~14%,但是單一成份經常只有 0.1% 以下,甚至只有 0.01%33;因此將這些三萜單一成份純化到一定的量進行試驗經常只夠細胞實驗所需,想進階進行動物實驗常有量的困難, 人體實驗所需要的量則更加不易。這也是研究天然物的障礙,雖然牛樟芝經純化後解析化學構造只需數毫克 (mg),也可進行細胞試驗,但動物實驗則需數克 (g),人體 試驗最好準備數公斤 (kg)。也因此,要完成一項新藥開發所耗費在材料的準備就已經所費不貲了。也是這樣的條件限制了許多天然物成份停留在細胞實驗的推測中。

 

圖 5: 牛樟芝子實體中常見之三萜類。注意左上角所標示之第 24 碳上有一雙鍵為牛樟芝三帖類所 特有。

 

近一年來,有些發表的研究論文也顯 示一些三萜例如薄孔菌素抑制Na(+)/K(+) – ATPase 酵素 25(圖5),dehydroeburicoic acid 具有抑制肺腺癌腫瘤的效果(圖 5-I)26, 薄孔菌素 K, 薄孔菌素 C, 樟菇酸 C, 樟菇 酸 A 具抑制血癌增殖做用(圖 5-F)27, 除了三萜類外,牛樟芝也有一些成份分別從菌絲或子實體中被純化出來,也具有較明確的活性。包括:對肝癌細胞具抑制作 用之安卓奎諾爾 (Antroquinonol) 之焜類產物(圖 6-B)28,對大腸癌細胞株 SY-1 (4,7-dimethoxy-5-methyl-1,3-benzodioxole) 之酚類產物等(圖 6-A)29 另一種酚類成份 Androcamphin(圖 6-C)具抗發炎作用30以及一種胺類成份Camphorataimide B 對乳 癌細胞亦具抑制作用(圖 6-D)31。但以上 之研究成果也僅局限於細胞試驗或動物試 驗,雖距離成為新藥還有很長的距離,但 是至少已經有一個很好的開端。

  


圖 6: 牛樟芝常見之非三萜成份。其中 (B) Androquinonol 為菌絲體所特有。

 


牛樟芝是一種菌絲體生長速度中等, 但子實體發育緩慢的真菌。不過由於野生牛樟芝禁採,過去20幾年栽培者花費了許多心力想辦法找出快速有效率的栽培方法來產生子實體。近幾年來也逐漸有了成效。

 

在這過程中也衍生了許多替代方法,目標除了產生子實體之外,也在追求產生子實體的代謝產物也就是如何接近子實體成份之生產方式,其中有 :


(一) 液態發酵法就是以液態培養基於無菌條件下, 接種菌絲或無性孢子使菌絲在好氧環境中迅速增殖,形成所謂的菌絲體,並產生部分的代謝產物。這種方法需要投入好氧發酵槽,視生產需要從 50 公升至 3000 公升不等。 過大的發酵槽在需氧大的條件下較不好操作。一般牛樟芝液態發酵時間大致 7~14 天就可以完成發酵, 是所需要時間最短的;相對的產生的成份以多醣為主以及一些焜類產物,成份較為單純。


(二) 培養皿法就是以較深的培養皿用一般或特殊含洋菜之培養基接種菌絲或孢子後進行培養。培養時間大致為 45~50 天,可得到一層薄薄約 0.1-0.3 公分 厚之菌絲片。這種方法也有機會形成初步的子實體,也就是很淺的菌孔中形成有性擔孢子。培養皿法 產生之菌塊含有酒經可萃取物大致在 10~15% 左右。


(三) 固態培養法也稱為太空包法,就是在 PP 塑膠袋 內填充固態培養基經滅菌接種後經 過在 3~4 個月培養後所採收全部內容物,再經酒精或水萃取其中成份。 固態培養法所採用的培養基與一般香菇或其他菌類不同,一般培養業者均有其獨特配方。所生產之酒經可萃取物在 10~20%,成份組成十分接近野生之子實體。此法可半自動化大量穩定生產(圖 7)。


(四) 段木法這是近十年來發展出來的方法,就是模擬野生狀態,以牛樟樹或其木材做為培養基材,接種後於溼暗環境中長期生長。所需要產生初步子實體的時間大致最少一年,延長栽培時間可得到類似野生的子實體,具有較深的菌孔及成熟的擔孢子。 在成份上是最接近野生牛樟芝可達 20%。缺點除了上述需要長時間培養之外,牛樟木取得之合法性也常被挑戰。近年來也有栽培者用非牛樟樹木材栽植,也引起一些討論。亦 有研究報告顯示由牛樟及香樟所產生之子實體具有成份上之差別 32, 但是由於外觀很難區別,仍需進一步探討。

 


圖 7: 牛樟芝之固態栽培。




毒性

本 (102) 年 5 月 22 蘋果日報 33 所報導 牛樟芝有毒之新聞是對牛樟芝業者及研究人員相當大的震撼。正面的意義是,達昌公司已經注意到牛樟芝有可能找到抗癌藥物;因此投入研究與開發,而經濟部也同意這項正面的看法並且予與補助。但在例行之毒性動物測試中發現對腎及肝臟有些毒性反應。有這樣的結果實際上就是出在劑量上。因為,如上述不同栽培方法所產生的牛樟芝產品,在酒精可萃物就會有所差異,所以毒性試驗的劑量也需要有所調整。以過去動物實驗之經驗也都未發現有毒之現象。這些造成正面意義的成份,在極高劑量下也可能發生負面作用。

 


結語

牛樟芝無論在生物種或是所含有的成份而言,都是臺灣極其重要的生物資源, 在學術上也是非常值得進一步研發的主題,更是生物科技產業上做為臺灣代表性產品項目。產官學界都應該珍惜此一獨特的資源,並期待更創新局,為臺灣的生技產業帶來更美好的未來。

 

 

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33. 蘋果日報。經濟部隱瞞牛樟芝含毒吃多傷 腎【綜合報導】( 民 102 年 5 月 22 日 )。

 

蘇慶華 臺北醫學大學醫學系微生物暨免疫學科講座教授




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