基于ANN-GA与RSM技术优化提取的耳盘菌生物活性研究及其抗癌与神经保护潜力

《BMC Biotechnology》：Extract optimization and biological activities of Otidea onotica using Artificial Neural Network-Genetic Algorithm and response surface methodology techniques

本期推荐：研究人员针对药用真菌耳盘菌(Otidea onotica)的生物活性优化难题，采用响应面法(RSM)和人工神经网络-遗传算法(ANN-GA)双重优化提取工艺，发现ANN-GA提取物具有更高抗氧化活性(TAS 8.866 mmol/L)和抗癌效果(对A549细胞IC50显著降低)，并鉴定出8种酚类物质，为神经退行性疾病和癌症治疗提供新型天然药物开发策略。

　　

在真菌王国中，耳盘菌(Otidea onotica)因其独特的兔耳状形态被称为"兔子耳蘑菇"，但它的药用价值长期被科学界忽视。这种生长在榉树林中的稀有真菌，正悄然成为生物医学研究的新宠。随着全球癌症发病率的持续攀升和阿尔茨海默病等神经退行性疾病的蔓延，科学家们迫切需要在自然界中寻找更安全有效的治疗物质。传统药用蘑菇如灵芝和香菇虽已展现潜力，但物种多样性中仍蕴藏着大量未开发的生物活性宝藏。更关键的是，如何高效提取这些活性成分始终是制约研究的瓶颈——常规提取方法往往导致活性成分损失或效率低下。

针对这一系列挑战，奥斯曼尼耶·科克特·阿塔大学联合乌克兰国家科学院的研究团队在《BMC Biotechnology》发表了一项突破性研究。他们创新性地将人工智能与传统优化技术相结合，首次系统揭示了耳盘菌的多重生物活性，为抗癌和神经保护药物开发提供了新思路。

研究团队采用三大关键技术：1)通过全因子实验设计结合响应面法(RSM)和人工神经网络-遗传算法(ANN-GA)双重优化提取参数(温度45-65°C、时间5-15h、乙醇比例0-100%)；2)利用LC-MS/MS技术分析24种酚类化合物；3)采用Ellman法测定乙酰胆碱酯酶(AChE)和丁酰胆碱酯酶(BChE)抑制活性，并通过MTT法评估对A549肺癌细胞的细胞毒性。所有实验均使用从土耳其特拉布宗采集的野生样本。

优化提取条件
通过27组全因子实验发现，ANN-GA优化参数(50.736°C,11.741h,16.493%乙醇)比RSM优化组(55.170°C,6.434h,43.891%乙醇)获得更高TAS值(8.866 vs 6.423 mmol/L)。3D响应面图显示乙醇比例对活性影响最大(p<0.05)，ANN模型(3-3-1架构)的预测精度达R²=0.999。

酚类成分
LC-MS/MS鉴定出8种关键酚类，其中ANN-GA组没食子酸(14,335.66 mg/kg)和RSM组咖啡酸(12,144.02 mg/kg)含量最高。这些物质已知具有抗氧化和神经保护作用，其协同效应可能是生物活性的物质基础。

抗氧化活性
ANN-GA提取物展现全面优势：DPPH自由基清除能力(109.17 mg TE/g)、FRAP值(161.70 mg TE/g)均显著高于RSM组，但氧化应激指数(OSI=0.166)显示需平衡抗氧化/促氧化效应。

抗胆碱酯酶活性
对AChE(IC₅₀=30.89 μg/mL)和BChE(45.28 μg/mL)的抑制强度虽不及标准品加兰他敏(8.06和15.27 μg/mL)，但显著优于多数已报道的药用真菌提取物。

抗癌活性
ANN-GA组对A549细胞表现出剂量依赖性抑制，在200 μg/mL浓度下细胞存活率显著降低，其机制可能与诱导凋亡和抑制增殖信号通路有关。

这项研究首次证实人工智能优化能显著提升真菌提取物的生物活性。ANN-GA技术通过捕捉非线性关系，比传统RSM方法多提取出42%的抗氧化物质和28%的抗癌成分。特别值得注意的是，耳盘菌中高含量的没食子酸和咖啡酸可能通过血脑屏障发挥神经保护作用，而其选择性细胞毒性为开发低毒抗癌药物提供了可能。研究成果不仅为罕见真菌资源的药用开发树立了新范式，更开创了人工智能辅助天然药物优化的技术路径。未来研究可聚焦于活性成分的分离纯化和体内药效评价，推动其向临床转化。随着精准提取技术的进步，耳盘菌有望成为继紫杉醇之后又一个从稀有生物中走出的重磅药物。