蛹蟲草中蟲草素的研究與開發(fā)進(jìn)展

張慧 羅帷

摘要 蟲草素是冬蟲夏草和蛹蟲草中主要活性成分之一，具有抗菌消炎、抗腫瘤、降血脂、清除體內(nèi)自由基等方面的藥理作用。該文介紹蟲草素的藥理作用，并總結(jié)其開發(fā)研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 蟲草素；分離純化；測定方法；產(chǎn)品開發(fā)

中圖分類號 TS20 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）09-0292-01

蟲草隸屬于肉座菌目蟲草科蟲草屬[1]。蟲草素又名蟲草菌素、冬蟲夏草素，屬嘌呤類生物堿，是第1個從真菌中分離出來的核苷類抗菌素。蟲草素結(jié)構(gòu)式如圖1所示，分子式為C10H13N5O3，熔點230～231 ℃，最大吸收波長為259 nm，堿性，針狀或片狀結(jié)晶。

1 蟲草素的藥理作用

Cunningham等[2-3]于1951年發(fā)現(xiàn)昆蟲組織如被蛹蟲草寄生則不易腐爛，經(jīng)研究從中分離出蟲草素。之后，眾多學(xué)者對蟲草素進(jìn)行了研究，證實蟲草素具有抗腫瘤、抗菌、抗病毒、抗炎、免疫調(diào)節(jié)、改善新陳代謝、清除自由基等作用[4-5]。Kodama等[6]研發(fā)的以蟲草素為主要成分的新藥已在臨床上試用于白血病的治療，具有良好的臨床應(yīng)用前景。目前蟲草素的研究正成為藥物化學(xué)、抗衰老、美容、保健品等領(lǐng)域中極其熱門的一部分。

2 蟲草素的開發(fā)

2.1 蟲草素的生產(chǎn)

2.1.1 蟲草素的固體發(fā)酵法。蟲草素雖然可以經(jīng)生物合成獲得，但由于反應(yīng)時間長、產(chǎn)量低、排放大量對人體有害的有機(jī)溶劑而不常用，通過蟲草菌絲體人工培養(yǎng)一直是國內(nèi)外的研究熱點。萬 濤等[7]通過正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，確定蛹蟲草固體發(fā)酵蟲草素的最佳培養(yǎng)基配方為水料比1.1 mL/g，營養(yǎng)水中酵母膏的用量為22.6 g/L、蛋白胨的用量為6.0 g/L、葡萄糖的用量為25.4 g/L，KH2PO4的用量為2 g/L，MgSO4的用量為0.5 g/L，營養(yǎng)水pH值6.6。通過正交試驗，確定蛹蟲草固體發(fā)酵蟲草素的最佳環(huán)境條件為：光照強(qiáng)度4 400 lx，每日光照時間18 h，溫度18～22 ℃。按照上述優(yōu)化的培養(yǎng)基配方和環(huán)境條件進(jìn)行固體發(fā)酵生產(chǎn)蟲草素，經(jīng)過大約13 d的培養(yǎng)，培養(yǎng)基中蟲草素的含量可達(dá)到0.60%以上。與傳統(tǒng)液體發(fā)酵方法相比，利用蛹蟲草固體發(fā)酵蟲草素的最高產(chǎn)量比普通液體發(fā)酵的最高產(chǎn)量高近2倍，并且生產(chǎn)周期縮短2 d。

2.1.2 蟲草素的液體發(fā)酵法。國內(nèi)外蟲草素的制備主要通過液體發(fā)酵法獲取。MAO XB等主要從培養(yǎng)基質(zhì)方面對利用液體發(fā)酵獲取不同含量蟲草素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)以葡萄糖為碳源時蟲草素產(chǎn)量最高，當(dāng)葡萄糖的濃度為40 g/L時蟲草素的產(chǎn)量可達(dá)到262.7 mg/L，當(dāng)葡萄糖的濃度超過55 g/L時對蟲草素的合成反而不利；以酵母提取物和蛋白胨的混合物為氮源，其比例為3∶1時蟲草素產(chǎn)量可以達(dá)到最大；在培養(yǎng)基中添加銨離子的濃度為40 mmol/L時蟲草素含量最大，當(dāng)濃度超過160 mmol/L后蟲草素的含量明顯下降。萬 濤等[7]主要從培養(yǎng)條件方面對蛹蟲草液體培養(yǎng)生產(chǎn)蟲草素進(jìn)行相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)pH值為4，培養(yǎng)方式為振蕩培養(yǎng)8 d和靜置培養(yǎng)16 d相結(jié)合，搖床轉(zhuǎn)速為150 r/min，溫度為25 ℃時蟲草素的產(chǎn)量最高。DAS等[8]主要從菌種方面對蟲草素的液體發(fā)酵進(jìn)行相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)蟲草素的分泌與菌株特性有很大關(guān)系，G81-3高產(chǎn)突變菌株在合適的培養(yǎng)基中蟲草素的產(chǎn)量比傳統(tǒng)野生型產(chǎn)量提高72%，達(dá)到8.6 g/L。

2.2 蟲草素的分離及純化

蟲草素的分離純化方法主要有離子交換樹脂法、超臨界萃取技術(shù)和活性炭吸附法。毛 寧等[9]對利用離子交換樹脂分離純化蟲草素的工藝條件進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)選擇合適的離子交換樹脂對蟲草素的分離純化過程非常重要，選擇吸附能力較強(qiáng)及吸附量較多的樹脂可以有效提高蛹蟲草中蟲草素分離純化的效率和產(chǎn)率。超臨界萃取法是以CO2作為超臨界流體對蟲草素進(jìn)行分離純化，超臨界技術(shù)具有操作溫度低、分離效率高、無毒、無溶劑殘留、無二次污染、不損害活性天然成分的結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，但是這種方法所得蟲草素的含量較低，成本較高[10]。Cuuningham等[2-3]采用活性炭對經(jīng)過過濾的蛹蟲草培養(yǎng)液進(jìn)行吸附，再將培養(yǎng)液進(jìn)行洗脫和濃縮，得到蟲草素晶體。此種方法適用于分離水溶性物質(zhì)，操作簡單，成本低，但吸附選擇性差，產(chǎn)率較低。

2.3 蟲草素的分析檢驗

目前，主要采用薄層色譜法（TLCS）、高效液相色譜法（HPLC）、TLCS-HPLC聯(lián)用法以及高效毛細(xì)管電泳技術(shù)（HPCE）對蛹蟲草質(zhì)量指標(biāo)（甘露醇、蟲草多糖和蟲草核苷）進(jìn)行測定。1994年劉靜明等[11]采用薄層色譜掃描法（TLCS）分離和測定蛹蟲草和冬蟲夏草中的蟲草素含量，發(fā)現(xiàn)冬蟲夏草中尿苷、腺苷、腺嘌呤、蟲草素、尿嘧啶含量分別為0.045%、0.031%、0.008%、0.007%、0.006%；蛹蟲草菌絲中平均含量分別為0.048%、0.027%、0.009%、0.025%、0.009%，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)蛹蟲草菌絲中蟲草素含量和冬蟲夏草中蟲草素的含量相近。1994年解 軍等[12]采用高效液相色譜法（HPLC）定性定量測定天然冬蟲夏草中蟲草素含量，發(fā)現(xiàn)HPLC具有靈敏度高、重復(fù)性好，對流量和溫度變化不敏感等優(yōu)點，但其成本高。與之相比，TLCS靈敏度雖不及HPLC，卻具有展開時間短，顯色方便，價格較便宜等特點。因此，許多學(xué)者開始采用TLCS-HPLC聯(lián)用法來獲取蟲草素，如貢成良等[13]采用薄層掃描分析和HPLC定量分析來測得蛹蟲草子實體中蟲草素含量，根據(jù)HPLC定量分析得知：冬蟲夏草中蟲草素的含量為1.036%±0.042%，人工蠶蛹蟲草中蟲草素的含量為3.059%±0.046%，蠶蛹蟲草中蟲草素的含量明顯高于天然冬蟲夏草[14-16]。

2.4 蟲草素及其衍生物研發(fā)現(xiàn)狀與前景

目前，美國已將蟲草素作為抗癌、抗病毒新藥盡心臨床試用，我國也將其用于白血病的臨床治療中。當(dāng)前以蟲草素及其衍生物為原料的產(chǎn)品開發(fā)均是以蛹蟲草子實體或菌絲體為原料的開發(fā)，主要在茶、酒、膨化食品、中藥、口香糖、調(diào)味品等市場，以純蟲草素為原料的產(chǎn)品開發(fā)較少。因此蟲草素及其衍生物有巨大的開發(fā)價值和廣闊的市場前景[17-19]。

3 參考文獻(xiàn)

[1] 黃年來，林志彬，陳國良，等.中國食藥用菌學(xué)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2010：1763.

[2] CUNNINGHAM K G，MANSON W，SPRING F S，et al.Cordycepin，a metabolic product isolated from cultures of Cordycepsmilitaris（Linn.）Link[J].Nature，1950，166：949.

[3] CUNNINGHAM K G，HUTCHINSON S A，MANSON W，et al.Cordycepin，ametabolicproductfromculturesofCordycepsmilitarisLink. Part I. Isolation and characterization[J].Journal of ChemicalSociety，1951，2：2299-3000.

[4] 蔡友華，劉學(xué)銘.蟲草素的研究與開發(fā)進(jìn)展[J].中草藥，2007，38（8）：1269-1272.

[5] 王成明，李磊，楊親正.蟲草活性成分蟲草素臨床應(yīng)用研究進(jìn)展[J].廣州化工，2009，37（5）：42-43.

[6] KODAMA E N，MCCAFFREY R P，YUSA K，et al.Antileukemic activity and mechanism of action of cordycepin against terminaldeoxynucleotidy-ltransferasepositive （TdT+）leukemic cells[J].Biochemical Pharmacology，2000，59（3）：273-281.

[7] 萬濤，杜連祥.培養(yǎng)條件對蛹蟲草液體培養(yǎng)生產(chǎn)蟲草素的影響[J].現(xiàn)代食品科技，2007，23（9）：29-30.

[8] DAS SK，MASUDA M，HATASHITA M，et al.Optimization of culture medium for cordycepin production using Cordycepsmilitaris mutant obtained by ion beam irradiation[J].Process Biochem，2010，45（1）：129-132.

[9] 毛寧，張麗艷，張鳳梅，等.離子交換樹脂分離純化蟲草素的工藝條件研究[J].藥物生物技術(shù)，2010，17（5）：400-403.

[10] 陳順志.一種超臨界萃取蟲草脫氧核苷的生產(chǎn)方法.中國，CN1339440[P].2002-03-13.

[11] 劉靜明，劉岱，楊立新，等.蛹蟲草菌絲與冬蟲夏草中核苷類成分的含量測定[J].中國中藥雜志，1994，19（10）：615-616.

[12] 解軍，徐衛(wèi)東，郭欣，等.冬蟲夏草及人工菌絲體中蟲草菌素的定性定量研究[J].山西中醫(yī)，1994，10（4）：36.

[13] 貢成良，吳友良，朱軍貞，等.家蠶蛹蟲草的人工培育及其成分分析[J].中國食用菌，1991，12（4）：21-23.

[14] 劉桂君，周思靜，楊素玲，等.蛹蟲草中蟲草素的研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2013（21）：408-413.

[15] 楊濤，董彩虹.蟲草素的研究開發(fā)現(xiàn)狀與思考[J].菌物學(xué)報，2011（2）：180-190.

[16] 王蕾，羅巍，胡瑕，等.蟲草素高產(chǎn)菌株的篩選及不同添加物對蟲草素產(chǎn)量的影響研究[J].菌物學(xué)報，2012（3）：382-388.

[17] 康超，文庭池，康冀川，等.不同培養(yǎng)條件和前體對蛹蟲草液體發(fā)酵產(chǎn)蟲草素的影響[J].菌物學(xué)報，2012（3）：389-397.

[18] 胡瑕，謝紅旗，羅巍，等.高速逆流色譜法分離制備蛹蟲草發(fā)酵液中蟲草素[J].中草藥，2013（5）：557-561.

[19] 韋會平，葉小莉，張華英，等.用蛹蟲草固體發(fā)酵法高效生產(chǎn)蟲草素的研究[J].中國中藥雜志，2008（19）：2159-2162.