人工智能辅助优化技术最大化层孔菌（Fomes fomentarius）生物活性潜力的研究

《Scientific Reports》：Maximization of bioactive potential of Fomes fomentarius via artificial Intelligence-Assisted optimization

本研究针对药用真菌层孔菌（Fomes fomentarius）生物活性成分提取效率低、缺乏系统优化的问题，通过响应面法（RSM）和人工神经网络-遗传算法（ANN-GA）联合优化提取工艺参数（温度、时间、乙醇/水比例），显著提升了其总抗氧化能力（TAS）。结果表明，RSM优化提取物在抗氧化（FRAP、DPPH）、抗胆碱酯酶（AChE、BChE）及抗增殖（A549、MCF-7、DU-145细胞）活性方面均优于ANN-GA提取物，且LC-MS/MS分析显示其酚类化合物含量更高。该研究为层孔菌在功能性食品和药物开发中的高效利用提供了数据驱动的优化策略。

　　

在传统医药和现代生物技术中，药用真菌一直被视为宝贵的天然活性成分来源。其中，层孔菌（Fomes fomentarius）作为一种多年生多孔菌，因其富含酚类化合物、多糖和甾醇等生物活性分子而备受关注。研究表明，层孔菌的乙醇提取物具有显著的抗氧化能力，其分离出的甾醇衍生物（如fomentarol A-D）对多种人类癌细胞系表现出细胞毒性。然而，层孔菌的生物活性高度依赖于提取工艺参数（如温度、时间、溶剂比例），传统提取方法难以系统优化这些参数，导致其药理潜力未能充分发挥。此外，现有研究多聚焦于单一活性评价，缺乏对提取条件与生物活性之间关联机制的深入解析。

为解决上述问题，土耳其奥斯曼尼耶科库特阿塔大学生物学系的Emre Cem Eraslan在《Scientific Reports》上发表了题为“Maximization of Bioactive Potential of Fomes fomentarius via Artificial Intelligence-Assisted Optimization”的研究。该研究首次采用响应面法（RSM）和人工神经网络-遗传算法（ANN-GA）联合优化层孔菌的提取工艺，并通过抗氧化、抗胆碱酯酶、抗增殖实验及LC-MS/MS酚类成分分析，系统评估了优化提取物的生物活性。研究旨在揭示提取参数如何选择性富集关键酚类化合物，进而增强其药理作用，为层孔菌在制药和功能性食品领域的应用提供标准化依据。

本研究的关键技术方法包括：（1）基于全因子实验设计（27种条件）的超声辅助提取；（2）RSM和ANN-GA模型分别优化温度、时间和乙醇/水比例，以总抗氧化状态（TAS）为响应值；（3）通过FRAP、DPPH、TAS/TOS/OSI测定评估抗氧化活性；（4）采用Ellman法检测乙酰胆碱酯酶（AChE）和丁酰胆碱酯酶（BChE）抑制活性；（5）MTT法测试提取物对A549、MCF-7、DU-145癌细胞的抗增殖效应；（6）LC-MS/MS靶向分析24种酚类化合物含量。

优化提取条件

通过RSM和ANN-GA模型对比发现，RSM优化条件（41.080°C、41.751分钟、49.149%乙醇/水比例）使TAS值达到8.305 mmol/L，高于ANN-GA条件（39.848°C、39.689分钟、88.490%乙醇/水比例）的8.143 mmol/L。二次多项式模型确定高温和长时间会降低酚类化合物稳定性，而中等温度与高乙醇比例可最大化抗氧化潜力。ANN-GA模型虽在非线性关系建模中表现稳健（R=0.984，MAPE=1.069%），但RSM在生物活性富集方面更具优势。

抗胆碱酯酶活性

RSM提取物对AChE和BChE的抑制活性（IC₅₀分别为59.65 μg/mL和99.13 μg/mL）均显著优于ANN-GA提取物（70.71 μg/mL和113.90 μg/mL），表明RSM参数更利于保留如儿茶素、槲皮素等可逆性酶抑制剂。与文献中层孔菌提取物的活性波动相比，本研究通过优化提取条件实现了活性提升。

抗氧化活性

RSM提取物在FRAP（174.60 mg TE/g）和DPPH（140.16 mg TE/g）测定中均高于ANN-GA提取物（164.03 mg TE/g和128.33 mg TE/g），且其氧化应激指数（OSI=0.207）低于ANN-GA提取物（0.225），说明RSM条件更有效减少氧化损伤。与野生菌种（如乳菇属Hericium erinaceus）相比，层孔菌优化提取物的TAS值更具竞争力。

抗增殖活性

在A549、MCF-7和DU-145癌细胞系中，RSM提取物在100–200 μg/mL浓度下显著抑制细胞增殖，效果强于ANN-GA提取物。这与RSM提取物中更高的原儿茶酸（11591.01 mg/kg）、2-羟基肉桂酸（7411.86 mg/kg）等酚类含量相关，这些化合物可通过诱导凋亡和氧化应激发挥抗肿瘤作用。

酚类成分分析

LC-MS/MS数据显示，RSM提取物中多数酚类化合物（如原儿茶酸、咖啡酸、儿茶素水合物）含量更高，而ANN-GA仅富集了富马酸等少数有机酸。酚类物质的丰度与抗氧化、酶抑制及抗增殖活性呈正相关，验证了优化提取参数对生物活性成分的选择性富集作用。

本研究通过双模型优化策略，证实RSM在提升层孔菌生物活性方面优于ANN-GA，其提取物在抗氧化、神经保护及抗肿瘤方面表现突出。该研究不仅为层孔菌的高值化利用提供了工艺标准，还首次建立了提取参数-酚类成分-生物活性的关联机制，推动了药用真菌研究从经验性向数据驱动范式的转变。未来可基于此策略开发针对特定疾病靶点的层孔菌衍生制剂。