微生物轉(zhuǎn)化人參皂苷研究進展

趙方允，陳自宏，虞泓，曾文波

微生物轉(zhuǎn)化人參皂苷研究進展

趙方允，陳自宏，虞泓，曾文波

人參皂苷屬于達瑪烷型四環(huán)三萜類，是由苷元與糖連接而成的一種苷，依據(jù)苷元不同，可分為原人參二醇皂苷如Rb1、Rb2、Rc、Rd、Rh2 等和原人參三醇皂苷如 Re、Rg1、Rg2、Rf、Rh1 等[1]。人參皂苷主要存在于五加科人參屬植物，如人參、三七、西洋參、高麗參、越南人參、珠子參、竹節(jié)參，以及葫蘆科絞股藍屬絞股藍和喙果絞股藍等植物的根、莖、葉或花蕾中[2]，是人參屬植物的主要活性成分之一，具有多方面藥理活性。2002 年，日本學者 Zou 等[3]從云南野生三七中分離出六種新型達瑪烷型三萜皂苷。現(xiàn)已分離出的人參皂苷有 50 多種[4]，相信將來會有更多的人參皂苷被發(fā)現(xiàn)。人參皂苷 Rb1 和 Rg1 在天然植物中含量較高，而Rg3、Rh2、compand K 等含量甚微。但是，人參皂苷在體內(nèi)菌群的作用下可代謝為具有抗變態(tài)反應(yīng)活性的 compand K[5]。許多藥理研究表明，稀有人參皂苷（如 Rh1、Rh2、Rg3、Rb3 等）藥效更為珍貴，在某些難治性疾病如腫瘤治療方面顯示獨特的療效[6-7]。因此，如何獲得大量的稀有人參皂苷成為現(xiàn)代藥學研究的重點。近年來，利用微生物轉(zhuǎn)化法對人參皂苷進行生物轉(zhuǎn)化制備稀有人參皂苷，取得了不少有意義的成果，對轉(zhuǎn)化機制的研究也取得不少進展，本文針對這方面的內(nèi)容做一綜述。

1 微生物轉(zhuǎn)化人參皂苷的意義

人參皂苷具有多種生理活性和藥理功能，但天然人參皂苷的分子結(jié)構(gòu)并不是活性最佳狀態(tài)。通過對皂苷活性的研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷的抗腫瘤活性與皂苷糖鏈結(jié)構(gòu)的關(guān)系為：苷元 ＞ 單糖苷 ＞ 二糖苷 ＞ 三糖苷 ＞ 四糖苷[8]。并且，人參皂苷的結(jié)構(gòu)因糖基側(cè)鏈的不同，顯示出的性質(zhì)和功能也有較大差異，不同的人參單體皂苷具有不同的藥理活性。例如人參皂苷 Rb1 具有營養(yǎng)神經(jīng)、保護心肌、改善記憶力、抗衰老、抗氧化、保肝等作用[9-11]；人參皂苷 Rg1 具有拮抗腎小管上皮-肌成纖維細胞轉(zhuǎn)分化的作用[12]；人參皂苷 Rh2具有極強的抗腫瘤活性[6]。而 Rb1 與 Rh2 在結(jié)構(gòu)上僅是C3 和 C20 上的糖基不同。采用微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)能有效地改變皂苷的糖鏈結(jié)構(gòu)，提高其生物活性。

如何獲得人參單體皂苷，特別是如何提高稀有人參皂苷含量，國內(nèi)外學者做了不少研究，如采用化學法[13]、組織培養(yǎng)法、酶法[14]、微生物發(fā)酵法等獲取人參皂苷。早在 1989年鄭光植和王世林[15]就對三七愈傷組織培養(yǎng)和細胞懸浮培養(yǎng)進行過一系列研究，通過調(diào)整培養(yǎng)基，使三七愈傷組織的生長速率達原初培養(yǎng)愈傷組織的 4 倍。愈傷組織中總皂苷含量高達 13%，為原植物的 3 倍。目前，國內(nèi)外報道的關(guān)于微生物轉(zhuǎn)化人參皂苷的文獻，主要是針對人參中稀有皂苷的轉(zhuǎn)化，也有針對三七中人參皂苷微生物轉(zhuǎn)化的報道，但多數(shù)都停留在試驗階段，沒有真正用于大量生產(chǎn)。因此，找出一種能有效提高稀有人參皂苷含量的微生物轉(zhuǎn)化方法，并應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，對醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

2 人參皂苷微生物轉(zhuǎn)化研究現(xiàn)狀

2.1 微生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)機制

微生物轉(zhuǎn)化是指通過微生物整體細胞或酶將復雜的底物進行結(jié)構(gòu)修飾，也就是利用微生物代謝過程中產(chǎn)生的某個或某一系列的酶對底物（或外源化合物）進行催化反應(yīng)[16]，把一種化合物變成相關(guān)的更有經(jīng)濟價值的產(chǎn)物，來完成常規(guī)化學方法難以實現(xiàn)的反應(yīng)。

微生物轉(zhuǎn)化人參皂苷反應(yīng)機制為微生物產(chǎn)生的酶水解掉人參皂苷中的糖基，引起結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。常用方法有液體發(fā)酵法和固體發(fā)酵法，發(fā)酵溫度在 20 ～ 37 ℃ 之間，時間一般不超過 10 d。

2.2 近年來關(guān)于人參皂苷微生物轉(zhuǎn)化報道

本文從研究材料、微生物、轉(zhuǎn)化產(chǎn)物及其意義幾個方面對近年來國內(nèi)外有關(guān)人參皂苷微生物轉(zhuǎn)化的報道進行列表對比（表 1）。

從表 1 看出，研究部位包括人參、三七、西洋參等原藥材及其中含有的總皂苷或單體皂苷，發(fā)酵菌種大多數(shù)是以真菌為發(fā)酵菌株，部分研究選用腸道正常菌群，也有以大型藥食兼用真菌做發(fā)酵菌株。轉(zhuǎn)化結(jié)果看，大多數(shù)是將稀有人參皂苷含量提高，部分產(chǎn)生新的人參皂苷，也有部分是發(fā)酵后產(chǎn)生了抑菌物質(zhì)，導致發(fā)酵液藥理活性發(fā)生改變等。

2.3 討論

可以看出，人參皂苷研究已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。筆者利用從三七中分離出的真菌對其進行轉(zhuǎn)化，通過指紋圖譜對照，篩選出對人參皂苷定向轉(zhuǎn)化菌種，取得了一定成果，正在進一步研究。但是如何能將研究用于臨床，真正起到治病的作用，我們可以從以下幾方面著手：①研究有效發(fā)酵方法，是否能提高本身含量比較高且療效確定的人參皂苷的含量；②研究生藥發(fā)酵后粗產(chǎn)品的藥理活性，作用是否改變或產(chǎn)生新的藥理作用，對比指紋圖譜，分析藥效改變原因，甚至制定標準化生產(chǎn)方案；③優(yōu)化培養(yǎng)方案，批量發(fā)酵生產(chǎn)，對發(fā)酵后的成分包括皂苷、多糖、總黃酮等進行分離純化，提高有效成分的產(chǎn)量；④研究其他一些含有人參皂苷并且價格比較便宜的植物，如絞股藍的微生物轉(zhuǎn)化，以降低當前生藥短缺壓力；⑤能否通過發(fā)酵產(chǎn)生新的皂苷成分或增加稀有人參皂苷含量。

表 1 近年國內(nèi)外關(guān)于人參皂苷微生物轉(zhuǎn)化的報道

3 結(jié)語

人參皂苷在體內(nèi)和體外均可以發(fā)生生物轉(zhuǎn)化。體外轉(zhuǎn)化途徑分為化學法、酶解法和微生物轉(zhuǎn)化法?；瘜W法，如緩和酸水解、堿裂解等反應(yīng)條件不好控制，不可避免產(chǎn)生同分異構(gòu)體、羥基化等副產(chǎn)物[24]；酶解法是利用酶的催化活力，反應(yīng)周期短，污染小，所得的產(chǎn)物純度高，但反應(yīng)條件不易控制，酶易失活；相比之下微生物轉(zhuǎn)化法成本低，副產(chǎn)物少，應(yīng)用廣泛。需要注意的是，提取方法對皂苷成分也有影響，如西洋參采用加熱回流水提取法比用甲醇常溫提取法經(jīng)HPLC 檢測多出 Rg3 和 Rh2[37]。為將轉(zhuǎn)化人參皂苷實現(xiàn)生產(chǎn)應(yīng)用，確定各種高活性代謝物質(zhì)的生理代謝途徑，篩選可以專一性轉(zhuǎn)化的高產(chǎn)菌種，優(yōu)化方案，尋找合適的工業(yè)生產(chǎn)條件，對于大規(guī)模生產(chǎn)稀有人參皂苷或提高皂苷產(chǎn)量及其臨床應(yīng)用具有重大意義。當然，這需要做大量的工作，需要我們不斷地去努力。

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作者單位：650051 昆明市延安醫(yī)院藥劑科（趙方允）；650091 昆明，云南云百草實驗室/云南大學中草藥生物資源研究所（陳自宏、虞泓、曾文波）

通訊作者：趙方允，Email：zhaofangyun@126.com

收稿日期：2010-01-21

DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2010.03.011