青蒿素與黃花蒿內(nèi)生真菌的關(guān)系

艾鈺杰

青蒿素

青蒿素的理化性質(zhì)。青蒿素是一種從黃花蒿莖葉中所提取的倍半萜內(nèi)酯藥物。提純后的青蒿素是一種無色針狀晶體，分子式為C15H22O5。結(jié)構(gòu)上的特點在于青蒿素分子中含有過氧鍵和6-內(nèi)酯環(huán)，另外還包含一個較為特殊的1，2，4-三噁結(jié)構(gòu)單元。因其特殊的分子結(jié)構(gòu)特點——含過氧基團，青蒿素受熱易分解，且潮濕環(huán)境及還原物質(zhì)的存在均易導(dǎo)致其分解。青蒿素這些特殊的結(jié)構(gòu)特點也為其提取歷程設(shè)置了不少障礙。另外，由于其易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯等溶劑，而幾乎不溶于水，青蒿素的提取多采用萃取法。

青蒿素是作為一種速效和低毒的抗瘧特效藥問世并為世界所熟知的。以往的抗瘧藥物通常是通過干擾瘧原蟲葉酸代謝達到抗瘧效果的，而青蒿素作用原理的不同在于，其主要用過干擾瘧原蟲表膜線粒體的功能來達到瓦解瘧原蟲，進而控制瘧疾的效果。

青蒿素的合成提取。青蒿素可以通過化學(xué)合成及生物合成等方法人工合成，但由于人工合成成本高，且過程復(fù)雜難度大。目前青蒿素的大量生產(chǎn)主要采用直接從植物中提取的方法，但缺點在于從黃花蒿中提取的青蒿素純度難以控制，且黃花蒿的種類不同，提取部位不同均對青蒿素的質(zhì)量及含量起到較大影響。根據(jù)我國諾貝爾獎獲得者屠呦呦及其他眾多進行相關(guān)研究的科學(xué)家報告，青蒿素的質(zhì)量及所能提取的最大含量收多種因素影響，包括黃花蒿的品種，用于采集青蒿素的部位，黃花蒿的生長環(huán)境及采集時間段等。其中，用于采集青蒿素的部位極為重要，同一株青蒿，不同部位青蒿素的分布也大相徑庭。據(jù)相關(guān)科學(xué)家報道，青蒿植株的冠部及枝條的遠端葉片中青蒿素的含量最高。另外，由于潮濕環(huán)境易導(dǎo)致青蒿素分解，青蒿的干燥方法也有一定講究，從在干燥環(huán)境下自然曬干的青蒿中能分離出更多青蒿素。

根據(jù)青蒿素的理化性質(zhì)，從黃花蒿中提取青蒿素多采用萃取法，根據(jù)萃取提純的基本原理，青蒿素的萃取多采用乙醚或汽油浸提法，但由于汽油浸提法所需汽油含量大存在較大安全隱患，所以乙醚浸提為青蒿素萃取提純較常用的方法。

另外，為提高青蒿素產(chǎn)量，結(jié)合目前先進的技術(shù)手段，利用植物組織培養(yǎng)來生產(chǎn)青蒿素已經(jīng)成為大部分進行青蒿素研究的研究人員所關(guān)注的重點方向之一。類似于紫杉醇的工業(yè)化生產(chǎn)，利用植物組織培養(yǎng)大規(guī)模生產(chǎn)青蒿素已成為可能。

青蒿內(nèi)生真菌

植物內(nèi)生真菌。在植物內(nèi)生菌被發(fā)現(xiàn)之初，有學(xué)者將其描述為在活的植物組織內(nèi)，主要生活在植物的地上部分，且不會對植物生長造成明顯影響的微生物。后來，有學(xué)者認為在其生活史一定階段內(nèi)生活在植物組織中，且不會明顯危害植株生長發(fā)育的微生物?！爸参飪?nèi)生菌”這一概念在九十年代初期由Kleopper 研究小組首次提出，在這一概念中，該小組基于原有的定義，強調(diào)植物內(nèi)生菌的定義應(yīng)局限在生活在植物細胞間或細胞內(nèi)，并能與植物本身維持和諧統(tǒng)一關(guān)系的微生物，而不應(yīng)包括其他致病菌或有害菌。后來有學(xué)者補充到，植物內(nèi)生菌的存在不僅對于活體植物正常無任何顯著影響，其存在還應(yīng)對植物表型以及相關(guān)功能特征不造成明顯改變。但隨著對植物內(nèi)生菌的研究不斷加深，另有學(xué)者認為生活于健康植物組織內(nèi)的部分病原菌也可被認為屬于植物內(nèi)生菌。到目前為止，比較受相關(guān)研究者認可的定義是，植物內(nèi)生菌是指哪些生活史全部階段或者某一階段生活在活體植物組織內(nèi)，且不對宿主植物的正常生長及外在表型產(chǎn)生顯著影響的真菌或細菌等微生物。

青蒿內(nèi)生真菌的種類。內(nèi)生真菌在植物中普遍存在，具有分布廣、種 類多的特點，但分離出的內(nèi)生真菌的種類和數(shù)量受多種因素的影響，對青蒿不同部位嚴格表面消毒后，利用組織分離法、研磨法等分離內(nèi)生真菌，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)和不同部位分離到的內(nèi)生真菌存在 一定的差異。從浙江臨安天目山黃花蒿的根、莖和葉中共分離到內(nèi)生真菌37株，初步鑒定屬于囊孢菌、頭孢霉、彎孢霉、曲霉和毛霉，囊孢菌屬于優(yōu)勢種，而從湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗田黃花蒿的莖和葉中分離到的內(nèi)生真菌則分別屬于：束梗孢屬、絲孢霉屬、側(cè)孢霉屬、絲核菌屬、曲霉屬、擬青霉屬、鏈格孢屬、青霉屬和毛霉屬等，可見因產(chǎn)地和分離部位不同，青蒿內(nèi)生真菌有很大的差異性，優(yōu)勢種群也有較大的差異。

青蒿內(nèi)生真菌的生物活性。（1）抗菌：青蒿素以及從黃花蒿中提取出的相關(guān)活性成分具有一定的抗菌作用，因而引發(fā)了部分研究者們對于黃花蒿內(nèi)生真菌抗菌作用的研究。通過對黃花蒿內(nèi)生真菌的相關(guān)抗菌活性研究分析可以發(fā)現(xiàn)，黃花蒿內(nèi)生真菌對某些植物病原菌具有一定的抗菌作用。有研究人員從黃花蒿植株中分離獲得12株內(nèi)生真菌，以八種典型植物病原真菌作為作用對象，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該12株內(nèi)生真菌中有5株表現(xiàn)一定抗菌活性，而其中有三株表現(xiàn)出極強的抗菌作用。除了植物病原菌以外，黃花蒿內(nèi)生真菌的次級代謝產(chǎn)物對于某些人類病原微生物也具有一定的拮抗能力，包括金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌等。（2）抗腫瘤和抗氧化活性：除了抗菌活性外，有研究結(jié)果表明，黃花蒿內(nèi)生真菌還具有抗腫瘤活性。有學(xué)者通過對八株黃花蒿內(nèi)生真菌的研究發(fā)現(xiàn)，該八株真菌至少對三種癌細胞具備一定的細胞毒性，包括人白血病細胞、人乳腺癌細胞和結(jié)腸癌細胞。其中有五株能夠一定程度上清除細胞內(nèi)DPPH自由基，而更有一株擬莖點霉屬真菌，同時具備細胞毒活性及抗氧化活性。（3）促生長及青蒿素合成：大多數(shù)黃花蒿內(nèi)生菌在與黃花蒿和平共處的同時，能夠通過多種方式影響植株的生長季相關(guān)分泌活動，主要表現(xiàn)在能夠促進青蒿素的合成和分泌。作為本文研究重點，具體相關(guān)關(guān)系及菌種將在下文中陳述。

青蒿素與青蒿內(nèi)生真菌的關(guān)系

黃花蒿內(nèi)生刺盤孢屬真菌及內(nèi)生膠孢炭疽菌。某些植物內(nèi)生菌能夠通過直接刺激宿主的某些生物合成途徑來促進目標(biāo)代謝產(chǎn)物的合成，或者通過簡介增加總生物量的方式來提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在青蒿素的合成過程中中，同樣存在類似的促進合成方式。如黃花蒿內(nèi)生刺盤孢屬真菌以及黃花蒿內(nèi)生膠孢炭疽菌，其細胞壁的寡糖提取物就可對生長初期黃花蒿根中的青蒿素合成具有促進作用，且經(jīng)過進一步的內(nèi)生菌誘導(dǎo)處理后，根中的青蒿素合成能夠增長一倍。經(jīng)過分子層面的分析可知，該內(nèi)生菌的存在能夠引起黃花蒿根皮層細胞急劇發(fā)生一系列生理形態(tài)上的變化，所產(chǎn)生的生物或化學(xué)信號促進了青蒿素的合成。

黃花蒿內(nèi)生炭疽菌。黃花蒿內(nèi)生真菌在與活體植株相互作用，和諧生長的同時，對黃花蒿的生長起到了不可或缺的作用。有研究人員發(fā)現(xiàn)，黃花蒿內(nèi)生炭疽菌的次級代謝產(chǎn)物，除麥角甾類化合物外，還有植物激素吲哚乙酸 （IAA）。該研究表明，黃花蒿內(nèi)生真菌的存在，對于植株的正常生長起到了一定促進作用。

黃花蒿內(nèi)生青霉菌。有研究發(fā)現(xiàn)，黃花蒿內(nèi)生青霉素能夠有效增加黃花蒿的總生物量，對其抗氧化酶活性，以及青蒿素的合成分泌均有明顯的促進作用。

研究意義及展望

本文從青蒿素極為重要的醫(yī)藥學(xué)意義出發(fā)，通過對青蒿素的合成提取，探討黃花蒿內(nèi)生真菌在青蒿素合成過程中所扮演的角色。本文指出，除有利于生物防治的抗菌作用以及人類健康的抗腫瘤作用以外，黃花蒿內(nèi)生真菌更能有效促進青蒿素的合成分泌，因此對黃花蒿內(nèi)生真菌的研究有利于為青蒿素的擴大生產(chǎn)研究提供思路。endprint