腸道菌群中苷水解酶的研究進(jìn)展

0 引言

苷類化合物廣泛存在于天然藥物中,并作為一類重要的活性成分廣受關(guān)注.研究證實(shí)苷類成分具有抗炎、抗腫瘤、提高機(jī)體免疫力等重要的藥理活性.苷類化合物由苷元及糖基或糖衍生物構(gòu)成,極性較大,生物利用度低.苷類成分通常被視為“前藥”,而真正起作用的是極性較小的次級(jí)苷或苷元.因此,苷類化合物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)化研究成為探明藥物的作用機(jī)理及挖掘新藥的重要基礎(chǔ).因此,本綜述主要關(guān)注腸道菌群中苷水解酶的種類、來(lái)源及作用,以期為苷類藥物的研究提供參考.

1 苷水解酶的定義及種類

凡是能改變苷類化合物的結(jié)構(gòu)及生物利用度的一類酶均可稱為苷轉(zhuǎn)化酶.由于其對(duì)中藥苷類成分藥效的發(fā)揮產(chǎn)生重要的作用而被廣泛關(guān)注.苷轉(zhuǎn)化酶對(duì)黃酮苷(黃芩苷、槲皮素、橙皮苷、柚皮苷、蘆丁、葛根素等)的轉(zhuǎn)化主要包括糖苷鍵水解、甲基化反應(yīng)及羥基化反應(yīng),對(duì)萜苷(人參皂苷、梔子苷等)轉(zhuǎn)化涉及糖苷鍵水解、羥基化、酯化反應(yīng)和氧化反應(yīng)

.可見(jiàn)苷轉(zhuǎn)化酶對(duì)苷類化合物的代謝轉(zhuǎn)化過(guò)程涉及了甲基化、羥基化、水解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng),并以水解反應(yīng)為主,氧化還原反應(yīng)為輔

.羥化酶、酯酶和甲基化酶、氮還原酶、硝基還原酶和P450同工酶參與了苷類化合物在腸道中的代謝和轉(zhuǎn)化,因其幾乎不由腸道菌群分泌,所以本綜述不作重點(diǎn)討論.

目前高校在固定資產(chǎn)管理這一環(huán)節(jié)操作相對(duì)混亂，由于大部分工作由人工操作完成，再加之管理理念的相對(duì)落后，所以管理權(quán)責(zé)存在分配不清、落實(shí)不到位等等問(wèn)題。有些高校表現(xiàn)出固定資產(chǎn)管理工作人心渙散或人手不夠等等問(wèn)題，這導(dǎo)致他們?cè)诠潭ㄙY產(chǎn)科學(xué)管理配備方面無(wú)法保證工作任務(wù)執(zhí)行到位，且在科學(xué)管理與價(jià)值管理方面也無(wú)法做到有效兼容，不能做到“誰(shuí)使用、誰(shuí)管理”。同時(shí)，其固定資產(chǎn)的采購(gòu)合理性也相對(duì)偏差，在入庫(kù)登記保管手續(xù)方面缺乏健全性，許多固定資產(chǎn)內(nèi)容隨意放置，這造成了校內(nèi)固定資產(chǎn)的嚴(yán)重流失，間接促使高校出現(xiàn)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

苷水解酶是指參與苷類化合物水解反應(yīng)的一類酶,主要作用于不同位點(diǎn)的糖苷鍵,其在功能上屬于苷轉(zhuǎn)化酶的一類,在結(jié)構(gòu)上屬于碳水化合物活性酶(carbohydrate active enzymes,CAZYmes).CAZYmes目前涵蓋的酶類包括糖苷水解酶(glycoside hydrolases,GHs)、糖基轉(zhuǎn)移酶(glycosyl transferases,GTs)、多糖裂解酶(polysaccharide lyases,PLs)、碳水化合物酯酶(carbohydrate esterases,CEs)和輔酶(auxiliary activities,AAs).其中酯酶主要用于天然多羥基化合物(如人參皂苷、薯蕷皂苷等)的選擇性酯化,而糖苷水解酶和多糖裂解酶主要作用于糖苷鍵

.多糖裂解酶通過(guò)β 排除機(jī)制降解含糖醛酸的多糖長(zhǎng)鏈參與碳水化合物主鏈的降解,在裂解點(diǎn)生成不飽和烯醛酸殘基和新的還原端,其對(duì)底物的轉(zhuǎn)化過(guò)程不需要水分子的參與,多糖裂解酶通常作用于海洋多糖等復(fù)雜碳水化合物的裂解.糖苷水解酶是一類特異性水解糖苷鍵的酶,通過(guò)插入水分子水解糖苷類化合物中糖基之間或糖基與非糖基之間的糖苷鍵,產(chǎn)生糖半縮醛或半縮酮以及相應(yīng)的游離糖苷配基

.目前研究較多的苷水解酶有:

葡萄糖苷酶(

glucosidase,EC3.2.1.21)、

葡萄糖醛酸酶(

glucuronidase,EC 3.2.1.31)、

木糖苷酶(

xylosidase,EC 3.2.1.37)、

半乳糖苷酶(

galactosidase,EC3.2.1.23)、

鼠李糖苷酶(

rhamnosidase,EC 3.2.1.40).

2 苷水解酶的來(lái)源

苷水解酶主要由腸道菌群或機(jī)體自身的基因編碼,如

葡萄糖醛酸酶既可來(lái)源于肝臟,又可來(lái)源于腸道菌群;

半乳糖苷酶既可由小腸黏膜上皮細(xì)胞分泌,也可由腸道菌群分泌.然而動(dòng)物和人類基因組編碼的苷水解酶數(shù)量有限,據(jù)統(tǒng)計(jì),人類基因組編碼的糖苷水解酶約97種.腸道菌群作為人體重要的“微生態(tài)器官”,是苷水解酶的主要來(lái)源.

腸道菌群是以互惠共生的方式生活在人體腸道中的復(fù)雜微生物群落,其結(jié)構(gòu)受到宿主遺傳、飲食、環(huán)境、藥物等因素的影響.已報(bào)道的腸道菌群超過(guò)50個(gè)菌門,人體腸道菌群的優(yōu)勢(shì)菌門為厚壁菌門(Firmicutes)和擬桿菌門(Bacteroidetes),占腸道微生物的90%.研究表明

,腸道菌群中雙歧桿菌屬(

)、腸球菌屬(

)、大腸桿菌屬(

)等細(xì)菌和曲霉屬(

)、青霉屬(

)等真菌均可表達(dá)苷水解酶.有些腸菌能分泌多種苷水解酶,如乳酸菌(

)能分泌

葡萄糖苷酶和

半乳糖苷酶,而擬桿菌能分泌超過(guò)260種糖苷水解酶.

2.1

葡萄糖苷酶

葡萄糖苷酶主要分布在糖苷水解酶第1、2、3、5、9、30和116家族中,其中GH1家族多為細(xì)菌、植物來(lái)源,GH3家族多為真菌來(lái)源,來(lái)源不同的

葡萄糖苷酶結(jié)構(gòu)及組成差異很大.

葡萄糖苷酶的微生物來(lái)源主要有霉菌、酵母菌(

)和乳酸菌等.人腸道細(xì)菌中厚壁菌門、擬桿菌門和放線菌門(Actinobacteria)均可表達(dá)

葡萄糖苷酶,其中雙歧桿菌和多形擬桿菌(

)對(duì)其有較高的表達(dá).Yang等人

發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌(

sp.52)、擬桿菌(

sp.45、42)和韋榮氏菌(

sp.32)均能分泌

葡萄糖苷酶,且

sp.32和

sp.42的產(chǎn)酶活性高于

sp.45和

sp.52.Shin和Siddiqi等人

還報(bào)道了

、

、

和

均能分泌

葡萄糖苷酶,且能轉(zhuǎn)化人參皂苷.

實(shí)驗(yàn)中采用的8篇閱讀材料取材于CNN News,BBC News and Newsweek。題材包含政治、經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療和科技等方面。從每篇材料中選取6個(gè)目標(biāo)詞(target words)，共計(jì)48個(gè)詞用于閱讀后的即時(shí)詞匯測(cè)試。在正式的實(shí)驗(yàn)之前，我們進(jìn)行了先導(dǎo)可行性實(shí)驗(yàn)（pilot study），把48個(gè)目標(biāo)詞打亂順序放在500個(gè)詞的單詞表中，在平行班中實(shí)驗(yàn)，確定實(shí)驗(yàn)中的目標(biāo)詞是生詞。閱讀1、2、3和4用于第一階段的實(shí)驗(yàn)，即受試組使用詞典，對(duì)照組不使用詞典。閱讀5、6、7和8用于第二階段的實(shí)驗(yàn)，即第一組使用雙語(yǔ)詞典，第二組使用單語(yǔ)詞典。8篇閱讀材料的來(lái)源、標(biāo)題和目標(biāo)詞匯總?cè)缦拢?/p>

周身瘀血呈紫紅色，脂肪灰紅，肌血暗紅，在血管中充滿著黑紅色的凝固血液。切開(kāi)后腿內(nèi)部的大血管，可以擠出黑紅色的血栓來(lái)；剝開(kāi)板油，可見(jiàn)腹膜上有黑紫色的毛細(xì)血管網(wǎng)；切開(kāi)腎包囊扒出腎臟，可以看到局部變綠，有腐敗氣味。

3.2

葡萄糖醛酸酶

葡萄糖醛酸酶可催化各種類型葡萄糖醛酸結(jié)合物發(fā)生水解反應(yīng)并釋放出β-葡萄糖醛酸和相應(yīng)配基.對(duì)含β-1,4-葡萄糖醛酸鍵的黃芩苷、漢黃芩苷和GL具有較好的水解作用.研究表明

,

葡萄糖醛酸酶在黃芩素和黃芩苷的“腸肝循環(huán)”代謝中起重要作用,黃芩素極性較小,易經(jīng)小腸吸收,經(jīng)Ⅱ相代謝酶作用生成黃芩苷,后者又可經(jīng)膽汁和腸黏膜轉(zhuǎn)運(yùn)至腸腔,被腸道菌群水解成黃芩素.甘草的主要藥性成分GL的C

位連接兩個(gè)葡萄糖醛酸基,GL的水解途徑包括兩種:去掉兩個(gè)葡萄糖醛酸基和外端一個(gè)葡萄糖醛酸基,分別生成甘草次酸(glycyrrhetinic acid,GA)和GAMG,GAMG的抗炎、抗過(guò)敏等藥理活性均高于GL.

葡萄糖醛酸酶能定向水解GL中的β-1,2-糖苷鍵生成GAMG,是酶法制備GAMG的主要途徑

.

2.2

葡萄糖醛酸酶

葡萄糖醛酸酶主要分布在糖苷水解酶第2和79家族中.30多年前首次在大腸桿菌中被發(fā)現(xiàn).大腸桿菌對(duì)

葡萄糖醛酸酶具有高度的特異性,因此

葡萄糖醛酸酶陽(yáng)性可作為判斷大腸桿菌存在的重要指標(biāo).后來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)葡萄球菌(

)、乳酸菌和瘤胃球菌(

)等細(xì)菌和青霉菌、曲霉菌和酵母菌等真菌均可表達(dá)

葡萄糖醛酸酶.Wang等人

總結(jié)報(bào)道了厚壁菌門的產(chǎn)氣莢膜梭菌(

)、無(wú)乳鏈球菌(

)和擬桿菌門的脆弱類桿菌(

)來(lái)源的

葡萄糖醛酸酶.Xu等人

還報(bào)道了絲狀真菌

Li-93來(lái)源的

葡萄糖醛酸酶,且能精準(zhǔn)的將甘草酸(glycyrrhizic acid,GL)轉(zhuǎn)化為單葡萄糖醛酸甘草次酸(glycyrrhetinic acid monoglucuronide,GAMG).

中藥苷類化合物在腸道中的轉(zhuǎn)化需要多種酶共同參與.如京尼平苷在腸道的轉(zhuǎn)化過(guò)程需要苷水解酶和酯酶的共同參與:京尼平苷的環(huán)烯烴醚萜首先被

葡糖苷酶水解為京尼平,然后再被酯酶轉(zhuǎn)化成京尼平苷酸.苷水解酶根據(jù)其結(jié)構(gòu)和底物特異性的不同能轉(zhuǎn)化不同的苷類化合物.許多中藥中的糖苷類成分必須去除糖基形成相應(yīng)的次級(jí)苷或苷元才能真正發(fā)揮藥效,但并非所有的苷類化合物經(jīng)水解后都能增強(qiáng)藥性,有的苷類化合物經(jīng)苷水解酶水解后會(huì)產(chǎn)生毒性,如

葡萄糖苷酶能將本身沒(méi)有毒性的氰苷水解生成糖和對(duì)應(yīng)的羥基腈,α-羥基腈裂解酶再將羥基腈化合物轉(zhuǎn)化成氫氰酸和醛酮化合物從而產(chǎn)生毒性(圖1)

.

2.5

鼠李糖苷酶

鼠李糖苷酶主要分布在糖苷水解酶第28、78和106家族,廣泛分布于機(jī)體的細(xì)菌(如芽孢桿菌屬、擬桿菌屬、乳桿菌屬等)和自然界的真菌(如曲霉屬、青霉屬、木霉屬(

)中,研究表明多種益生菌,如嗜酸乳桿菌(

)、副干酪乳桿菌(

)、乳球菌(

)、雙歧桿菌等均可表達(dá)

鼠李糖苷酶,細(xì)菌中以乳酸菌來(lái)源數(shù)量最多

.短雙歧桿菌(

)來(lái)源的

鼠李糖苷酶具有廣泛的底物特異性,可用于多種天然苷類化合物的去鼠李糖基化,Amaretti等人

篩選了33株雙歧桿菌菌株,通過(guò)研究其對(duì)橙皮苷的水解過(guò)程證明只有鏈狀雙歧桿菌(

)和偽鏈狀雙歧桿菌(

)含有表達(dá)

鼠李糖苷酶的基因.目前已報(bào)道的腸菌來(lái)源的

鼠李糖苷酶最適pH大多呈中性或偏酸性,但梭菌(

)和嗜熱細(xì)菌(

PRI-1686)來(lái)源的

鼠李糖苷酶最適pH偏堿性.也有研究表明多形擬桿菌來(lái)源的

鼠李糖苷酶的1個(gè)基因座包含2個(gè)

鼠李糖苷酶基因(BtRha78D和BtRha78E)

,這兩個(gè)基因的酶學(xué)性質(zhì)有利于黃酮類化合物脫糖基轉(zhuǎn)化.苷水解酶的具體來(lái)源及其性質(zhì)見(jiàn)表1.

3.1

葡萄糖苷酶

葡萄糖苷酶屬于纖維素酶類,能水解芳香基或烴基與糖基原子團(tuán)之間的糖苷鍵,同時(shí)釋放出

葡萄糖和相應(yīng)的配基.

葡萄糖苷酶主要作用于β-1,4-葡萄糖苷鍵,也能作用于β-(1,1)、(1,2)、(1,3)、(1,6)糖苷鍵,其底物專一性較差,對(duì)多種蒽醌苷、黃酮苷和萜苷都有高效的水解作用,可有效水解人參皂苷、柴胡皂苷、甘草苷、番瀉苷、虎杖苷、京尼平苷、龍膽苦苷等.梔子的主要藥效成分京尼平具有消炎、利膽、退黃等藥理作用,但其在梔子中的含量很低(0.005%-0.01%),而梔子的另一種苷類成分京尼平苷的含量則達(dá)到 (3.0%-8.0%),

葡萄糖苷酶能在腸道中將京尼平苷水解為京尼平,從而發(fā)揮藥理作用

.

葡萄糖苷酶能水解虎杖苷的β-1,4-葡萄糖苷鍵將其轉(zhuǎn)化為具有保護(hù)心血管和抗氧化等藥理作用的白藜蘆醇;

葡萄糖苷酶能高效地水解大豆異黃酮,得到具有提高人體免疫力的異黃酮苷元;

葡萄糖苷酶通過(guò)去除人參皂苷C

/C

和C

位點(diǎn)上的單糖,將天然人參皂苷脫糖基轉(zhuǎn)化為次級(jí)苷,同時(shí)也將普通皂苷轉(zhuǎn)化為稀有皂苷,是參與多種稀有人參皂苷制備的重要酶.

葡萄糖苷酶還能將番瀉苷轉(zhuǎn)化為具有瀉下作用的大黃酸蒽酮.其中

葡萄糖苷酶對(duì)番瀉苷的轉(zhuǎn)化途徑有兩條:一是

葡萄糖苷酶先將番瀉苷水解為番瀉苷8-O-單葡萄糖苷,后者再脫去一個(gè)葡萄糖并通過(guò)還原反應(yīng)生成大黃酸蒽酮;二是番瀉苷先被還原成大黃酸蒽酮葡萄糖苷,再由

葡萄糖苷酶水解生成大黃酸蒽酮

.大黃酸蒽酮能激活結(jié)腸巨噬細(xì)胞增加前列腺素E2(

)釋放,從而降低水通道蛋白3(aquaporin 3,AQP3)的表達(dá),促進(jìn)結(jié)腸中水分解滯留從而導(dǎo)致腹瀉.

3 苷水解酶對(duì)苷類化合物的轉(zhuǎn)化

亳州是“全國(guó)優(yōu)秀旅游城市”，有著豐富的自然和人文資源，文化旅游業(yè)已被確定為亳州經(jīng)濟(jì)發(fā)展的十大產(chǎn)業(yè)之一，成為亳州經(jīng)濟(jì)建設(shè)的又一新的增長(zhǎng)點(diǎn)。文化旅游業(yè)的大發(fā)展以及國(guó)際化市場(chǎng)開(kāi)發(fā)是亳州經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，因?yàn)橘裰菸幕糜钨Y源豐富，是首批國(guó)家優(yōu)秀旅游城市，另外亳州是中醫(yī)藥文化的發(fā)祥地、首批“國(guó)家中醫(yī)藥健康旅游示范區(qū)”、全國(guó)十大“一帶一路國(guó)際健康旅游目的地”、中國(guó)“四大藥都”之首。因此，進(jìn)行亳文化譯介與國(guó)際傳播研究，挖掘并合理開(kāi)發(fā)亳文化資源，提高區(qū)域文化軟實(shí)力，能為亳州區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供源源不斷的精神能量。

2.3

木糖苷酶

木糖苷酶主要分布在糖苷水解酶第1、3、5、28、30、39、43、51、52、54、116和120家族中,其中來(lái)自GH3和GH39家族中的多種

木糖苷酶不僅具有催化活性,還具有轉(zhuǎn)糖基活性,采用保留型催化機(jī)制將木糖基轉(zhuǎn)移到糖苷類受體的基團(tuán)上,形成帶有木糖基的生物活性物質(zhì).

木糖苷酶的微生物來(lái)源主要是細(xì)菌和真菌,真菌中以絲狀真菌(

)為主,能產(chǎn)生多種

木糖苷酶,雙歧桿菌(

)和酵母菌中比較少見(jiàn)

.腸道中芽孢桿菌(

)、嗜熱脂肪芽孢桿菌(

)、解糖熱纖維菌(

)、新月柄桿菌(

)、糞球梭菌(

)、厭氧嗜熱桿菌(

)均可表達(dá)

木糖苷酶

.

H1假設(shè)成立，消費(fèi)者使用無(wú)現(xiàn)金支付不僅縮短了交易時(shí)間、提高了效率，還不用攜帶現(xiàn)金、不必找零、避免假鈔，改善了生活質(zhì)量，對(duì)生活產(chǎn)生了重要作用，感知價(jià)值將增加。

2.4

半乳糖苷酶

半乳糖苷酶主要分布在糖苷水解酶第1、2、3、35、42、50和59家族中.

半乳糖苷酶的微生物來(lái)源主要有曲霉屬、克魯維酵母屬(

)、乳桿菌屬(

)、雙歧桿菌屬以及大腸桿菌屬等

.其中來(lái)自霉菌和克魯維酵母菌的

半乳糖苷酶因其具備食品安全性已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)

.

半乳糖苷酶在腸道中主要由雙歧桿菌、乳酸菌和嗜熱鏈球菌等腸道益生菌產(chǎn)生,如羅伊氏乳桿菌(

)、長(zhǎng)雙歧桿菌(

)、兩歧雙歧桿菌(

)和乳酸菌(

70810).Li等人

發(fā)現(xiàn),嗜熱鏈球菌分泌的

半乳糖苷酶可抑制體外培養(yǎng)的結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖,促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡.同時(shí),嗜熱鏈球菌通過(guò)分泌的

半乳糖苷酶增加了腸道益生菌(雙歧桿菌和乳酸菌)的豐度.

3.3

木糖苷酶

木糖苷酶是一種外切酶,能切除某些天然物質(zhì)上的木糖基團(tuán),從而生成具有生物活性的物質(zhì),近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)微生物來(lái)源的

木糖苷酶可以水解萜類、甾體等苷元與木糖形成的糖苷鍵,釋放出苷元.三七皂苷R

和R

都含有一個(gè)木糖基,其木糖基由一個(gè)β-1,2-糖苷鍵和一個(gè)糖基相連,

木糖苷酶能切除三七皂苷R

和R

木糖基中的β-1,2-糖苷鍵,生成具有抗過(guò)敏、抗氧化、抗炎等功效的人參皂苷Rg

和Rh

,Shin等人

首次報(bào)道了酶法生產(chǎn)人參皂苷Rg

和Rh

,

表達(dá)的

木糖苷酶在4 h和18 h內(nèi)分別將2 g三七皂苷R

和R

完全轉(zhuǎn)化為1.69 g人參皂苷Rg

和1.63 g人參皂苷Rh

摩爾轉(zhuǎn)化率為100%.

木糖苷酶能與

葡萄糖苷酶分別切除黃芪甲苷IV(ASI)上C

位的木糖基和C

位的葡萄糖基生成抗衰老等藥理作用更強(qiáng)的環(huán)黃芪醇(CA),但目前關(guān)于

木糖苷酶轉(zhuǎn)化黃芪甲苷Ⅳ的報(bào)道很少,且轉(zhuǎn)化黃芪甲苷Ⅳ的

木糖苷酶的尚未發(fā)現(xiàn)有腸道微生物來(lái)源.

3.4

半乳糖苷酶

半乳糖苷酶能水解β-1,4-糖苷鍵,具有高度底物專一性,要求底物的半乳糖基必須以

糖苷鍵與多糖部分相連.具有水解乳糖和轉(zhuǎn)糖苷兩種功能.人參皂苷Rh

能誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡,具備較高的抗癌活性.

半乳糖苷酶能水解Rg

的3位外側(cè)葡萄糖而不水解內(nèi)側(cè)葡萄糖從而將Rg

轉(zhuǎn)化為Rh

.研究表明

,

和

來(lái)源的

半乳糖苷酶均可用于Rh

的制備,且來(lái)源于Aspergillus oryzae的

半乳糖苷酶活性更高,當(dāng)以25 g/L和6.27 g/L的Rg

為底物,轉(zhuǎn)化率分別為90.6%和100%.紅景天苷的類似物半乳糖型紅景天苷的抗氧化、抗炎、抗疲勞、心臟和神經(jīng)保護(hù)等藥理作用優(yōu)于紅景天苷,但目前酶法制備半乳糖型紅景天苷的產(chǎn)率較低,不適于大批量生產(chǎn),

半乳糖苷酶能通過(guò)轉(zhuǎn)糖苷功能將紅景天苷的苷元—酪醇糖基化生成神經(jīng)保護(hù)和心血管保護(hù)作用更強(qiáng)的半乳糖型紅景天苷

,為半乳糖型紅景天苷的規(guī)模化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ).

3.5

鼠李糖苷酶

鼠李糖苷酶是一類催化水解非還原性末端

鼠李糖殘基的糖苷水解酶,主要作用于α-(1,2)和α-(1,6)葡萄糖苷鍵,也能作用于α-(1,3)和α-(1,4)糖苷鍵.

鼠李糖苷酶可水解切割黃酮苷化合物蘆丁、橘皮苷、柚皮苷,人參皂苷化合物Rg

和Re,柴胡皂苷C等末端的

鼠李糖基.

鼠李糖苷酶可水解蘆丁生成抗氧化、抗增殖和抗衰老作用更強(qiáng)的異槲皮素.

鼠李糖苷酶參與蘆丁的脫糖基反應(yīng)有兩種途徑:其一為

鼠李糖苷酶先將蘆丁水解成異槲皮苷,異槲皮苷再被

葡萄糖苷酶進(jìn)一步水解成苷元槲皮素,其二為

鼠李糖苷酶和

葡萄糖苷酶直接將蘆丁轉(zhuǎn)化為無(wú)色花青素.

鼠李糖苷酶能將柚皮苷水解為普魯寧,普魯寧在

葡萄糖苷酶作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為具有抗細(xì)胞凋亡等作用的柚皮素

,

鼠李糖苷酶能水解人參皂苷Re的C

位末端上的一個(gè)α-鼠李糖基,生成能發(fā)揮抗中樞神經(jīng)系統(tǒng)和抗心腦血管系統(tǒng)疾病的人參皂苷Rg

.還能水解人參皂苷Rg

的C

位末端上的一個(gè)α-鼠李糖基生成具有抗炎、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)作用的人參皂苷Rh

.

4 思考與討論

酶解法具有條件溫和,操作簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),可在體外用酶解法富集生物利用度和藥理活性更好的苷元,并開(kāi)發(fā)為新藥.然而目前自然界現(xiàn)有的苷水解酶大多存在產(chǎn)量低、穩(wěn)定性差、底物專一性不強(qiáng)、易產(chǎn)生副產(chǎn)物等問(wèn)題,不適合定向催化,也難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)大批量生產(chǎn).因此實(shí)現(xiàn)苷水解酶的高效生產(chǎn)成了近年來(lái)研究的熱點(diǎn).基因工程和酶工程等現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展成為苷水解酶工業(yè)化生產(chǎn)的有力工具.利用基因重組從微生物中分離出能表達(dá)苷水解酶的基因,將該編碼基因?qū)氲健肮こ叹敝袑?shí)現(xiàn)同源或異源表達(dá),從而獲得高酶活、耐熱或耐酸堿的苷水解酶.還可通過(guò)基因定點(diǎn)突變、體外分子定向進(jìn)化等方式對(duì)苷水解酶分子進(jìn)行定向改造,讓其更高效的用于工業(yè)生產(chǎn)和食品藥品開(kāi)發(fā)中.如

來(lái)源的耐熱

葡萄糖苷酶基因

(Gen Bank:ABQ46916.1)已經(jīng)在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)了異源表達(dá),并應(yīng)用于人參皂苷與黃芩苷的生物制備

.Xu等人

從絲狀真菌(

Li-93)中分離得到一種表達(dá)

葡萄糖醛酸酶的基因:tpgus79a,其能特異、精確地將GL轉(zhuǎn)化為GAMG,無(wú)中間產(chǎn)物生成,將其克隆并在Pichia酵母中實(shí)現(xiàn)了異源表達(dá),克服了

葡萄糖醛酸酶底物特異性低的問(wèn)題,也為后續(xù)GAMG分離純化降低了難度.

司磊等人

在體外利用腸道菌群分泌的

葡萄糖醛酸酶將黃芩苷轉(zhuǎn)化為黃芩素,黃芩素比黃芩苷口服給藥后更易吸收,且黃芩素的抗炎、解熱、鎮(zhèn)痛等藥理作用優(yōu)于黃芩苷.劉沛等人

用三黃顆粒中的黃芩素代替黃芩苷制備的素代三黃顆粒其藥理作用優(yōu)于三黃顆粒,為黃芩素代替黃芩苷制備中藥復(fù)方制劑提供了參考.人參皂苷Rg

能夠誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡和抑制癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移,在體內(nèi)外均有較強(qiáng)的抗腫瘤的活性,但其在人參中含量極少,目前制備Rg

的主要途徑是利用微生物分泌的

葡萄糖苷酶水解人參皂苷Rb

生成Rg

.蘇敏等人

從kefir粒中分離出一株產(chǎn)

葡萄糖苷酶的馬克斯克魯維酵母菌,能將人參皂苷Rb

轉(zhuǎn)化為Rg

,并對(duì)酶解工藝進(jìn)行優(yōu)化,使人參皂苷Rg

的含量比未發(fā)酵時(shí)提高了3.48倍,為人參皂苷Rg

的高效生產(chǎn)提供了途徑.

5 結(jié)論

研究腸道菌群中的苷水解酶及其對(duì)苷類化合物的轉(zhuǎn)化過(guò)程,將有利于篩選高表達(dá)苷轉(zhuǎn)化酶的菌株,明確編碼苷水解酶的基因,選擇合適的“工程菌”實(shí)現(xiàn)苷水解酶的工業(yè)化生產(chǎn),進(jìn)一步用于苷的體外轉(zhuǎn)化,為新藥開(kāi)發(fā)提供支持.

1 謝果珍,惠華英,彭買姣,譚周進(jìn).腸道微生物對(duì)苷類化合物的脫糖轉(zhuǎn)化及意義.世界華人消化雜志 2018;26:221-227 [DOI:10.11569/wcjd.v26.i4.221]

2 Gong X,Li X,Bo A,Shi RY,Li QY,Lei LJ,Zhang L,Li MH.The interactions between gut microbiota and bioactive ingredients of traditional Chinese medicines:A review.

2020;157:104824 [PMID:32344049 DOI:10.1016/j.phrs.2020.104824]

3 Luis AS,Martens EC.Interrogating gut bacterial genomes for discovery of novel carbohydrate degrading enzymes.

2018;47:126-133 [PMID:30326425 DOI:10.1016/j.cbpa.2018.09.012]

4 張浩雯,曹浩,王鈺璐,辛鳳姣.人體腸道菌群來(lái)源碳水化合物活性酶(CAZYmes)研究進(jìn)展.生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展 2020;47:607 [DOI:10.16476/j.pibb.2020.0059]

5 謝果珍,黃莉莉,張水寒,譚周進(jìn).腸道微生物代謝苷類化合物的研究進(jìn)展.天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā) 2022;1-19

6 Yang J,Qian D,Jiang S,Shang EX,Guo J,Duan JA.Identification of rutin deglycosylated metabolites produced by human intestinal bacteria using UPLC-Q-TOF/MS.

2012;898:95-100 [PMID:22583754 DOI:10.1016/j.jchromb.2012.04.024]

7 朱大偉,王宇,李玉花.真菌β-葡萄糖苷酶在轉(zhuǎn)化人參皂苷單體中的應(yīng)用進(jìn)展.天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā) 2017;29:1053-1061 [DOI:10.16333/j.1001-6880.2017.6.026]

8 Siddiqi MZ,Ximenes HA,Song BK,Park HY,Lee WH,Han H,Im WT.Enhanced production of ginsenoside Rh2(S)from PPD-type major ginsenosides using BglSk cloned from Saccharibacillus kuerlensis together with two glycosidase in series.

2021;28:4668-4676 [PMID:34354454 DOI:10.1016/j.sjbs.2021.04.079]

9 Wang P,Jia Y,Wu R,Chen Z,Yan R.Human gut bacterial β-glucuronidase inhibition:An emerging approach to manage medication therapy.

2021;190:114566 [PMID:33865833 DOI:10.1016/j.bcp.2021.114566]

10 Xu Y,Feng X,Jia J,Chen X,Jiang T,Rasool A,Lv B,Qu L,Li C.A Novel β-Glucuronidase from Talaromyces pinophilus Li-93 Precisely Hydrolyzes Glycyrrhizin into Glycyrrhetinic Acid 3-O-Mono-β-d-Glucuronide.

2018;84[PMID:30054355 DOI:10.1128/AEM.00755-18]

11 李娜,張蕊,黃遵錫,周峻沛.“β-木糖苷酶的生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化功能研究進(jìn)展.” 微生物學(xué)通報(bào) 2020;47:2290-2299 [DOI:10.13344/j.microbiol.china.200201]

12 Shin KC,Seo MJ,Oh DK.Characterization of β-xylosidase from Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum and its application to the production of ginsenosides Rg1 and Rh 1 from notoginsenosides R 1 and R 2.

2014;36:2275-2281[PMID:25048230 DOI:10.1007/s10529-014-1604-4]

13 Hyun YJ,Kim B,Kim DH.Cloning and characterization of ginsenoside Ra1-hydrolyzing beta-D-xylosidase from Bifidobacterium breve K-110.

2012;22:535-540 [PMID:22534302 DOI:10.4014/jmb.1110.10001]

14 Li Q,Hu W,Liu WX,Zhao LY,Huang D,Liu XD,Chan H,Zhang Y,Zeng JD,Coker OO,Kang W,Ng SSM,Zhang L,Wong SH,Gin T,Chan MTV,Wu JL,Yu J,Wu WKK.Streptococcus thermophilus Inhibits Colorectal Tumorigenesis Through Secreting β-Galactosidase.

2021;160:1179-1193.e14 [PMID:32920015 DOI:10.1053/j.gastro.2020.09.003]

15 Mueller M,Zartl B,Schleritzko A,Stenzl M,Viernstein H,Unger FM.Rhamnosidase activity of selected probiotics and their ability to hydrolyse flavonoid rhamnoglucosides.

2018;41:221-228 [PMID:29124335 DOI:10.1007/s00449-017-1860-5]

16 Amaretti A,Raimondi S,Leonardi A,Quartieri A,Rossi M.Hydrolysis of the rutinose-conjugates flavonoids rutin and hesperidin by the gut microbiota and bifidobacteria.

2015;7:2788-2800 [PMID:25875120 DOI:10.3390/nu7042788]

17 李彬春,吉亞茹,李艷琴,丁國(guó)斌.多形擬桿菌α-L-鼠李糖苷酶序列分析與酶學(xué)性質(zhì).中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào) 2017;33:391-399 [DOI:10.13865/j.cnki.cjbmb.2017.04.12]

18 Akao T,Che QM,Kobashi K,Yang L,Hattori M,Namba T.Isolation of a human intestinal anaerobe,Bifidobacterium sp.strain SEN,capable of hydrolyzing sennosides to sennidins.

1994;60:1041-1043 [PMID:8161172 DOI:10.1128/aem.60.3.1041-1043]

19 徐風(fēng)嬌.具有人參皂苷轉(zhuǎn)化能力的微生物的篩選及其對(duì)Rb1的轉(zhuǎn)化研究.煙臺(tái)大學(xué),2020

20 Renchinkhand G,Cho SH,Urgamal M,Park YW,Nam JH,Bae HC,Song GY,Nam MS.Characterization of Paenibacillus sp.MBT213 Isolated from Raw Milk and Its Ability to Convert Ginsenoside Rb

into Ginsenoside Rd from Panax ginseng.

2017;37:735-742 [PMID:29147097 DOI:10.5851/kosfa.2017.37.5.735]

21 何成,吳言,孟春雨,肖亞中,方澤民,房偉.新型β-葡萄糖苷酶BglD2異源表達(dá)及水解虎杖苷能力.生物工程學(xué)報(bào) 2021;37:580-592 [DOI:10.13345/j.cjb.200314]

22 Long X,Zeng X,Tan F,Yi R,Pan Y,Zhou X,Mu J,Zhao X.Lactobacillus plantarum KFY04 prevents obesity in mice through the PPAR pathway and alleviates oxidative damage and inflammation.

2020;11:5460-5472 [PMID:32490861 DOI:10.1039/d0fo00519c]

23 張慶鋒,呂世鑫,江雨欣,王丹丹,王洪濤.產(chǎn)β-葡萄糖苷酶微生物的篩選鑒定及其在人參皂苷Compound K轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用.山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021;53:63-69 [DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2021.11.010]

24 Tan JS,Yeo CR,Popovich DG.Fermentation of protopanaxadiol type ginsenosides (PD) with probiotic Bifidobacterium lactis and Lactobacillus rhamnosus.

2017;101:5427-5437 [PMID:28478490 DOI:10.1007/s00253-017-8295-4]

25 Kim SY,Lee HN,Hong SJ,Kang HJ,Cho JY,Kim D,Ameer K,Kim YM.Enhanced biotransformation of the minor ginsenosides in red ginseng extract by Penicillium decumbens β-glucosidase.

2022;153:109941 [PMID:34785432 DOI:10.1016/j.enzmictec.2021.109941]

26 Ahn HJ,You HJ,Park MS,Johnston TV,Ku S,Ji GE.Biocatalysis of Platycoside E and Platycodin D3 Using Fungal Extracellular β-Glucosidase Responsible for Rapid Platycodin D Production.

2018;19 [PMID:30205574 DOI:10.3390/ijms19092671]

27 孔利華,高書(shū)鋒,雷平,王升平,周映華,龔平,曾發(fā)姣,繆東,周小玲,曾奧,舒燕,鄔理洋,劉惠知.產(chǎn)β-葡萄糖醛酸苷酶菌株胃腸道耐受性與酶學(xué)特性研究.家畜生態(tài)學(xué)報(bào) 2020;41:59-64

28 周琪,竇同意,丁樂(lè)樂(lè),曲明佳,翁仔淼,吳大暢,侯潔.β-葡萄糖醛酸苷酶的重組表達(dá)及對(duì)黃芩苷的生物轉(zhuǎn)化.大連醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào) 2017;39:110-115

29 Kim DH,Hong SW,Kim BT,Bae EA,Park HY,Han MJ.Biotransformation of glycyrrhizin by human intestinal bacteria and its relation to biological activities.

2000;23:172-177 [PMID:10836746 DOI:10.1007/BF02975509]

30 Hyun YJ,Kim B,Kim DH.Cloning and characterization of ginsenoside Ra1-hydrolyzing beta-D-xylosidase from Bifidobacterium breve K-110.

2012;22:535-540 [PMID:22534302 DOI:10.4014/jmb.1110.10001]

31 Shin KC,Seo MJ,Oh DK.Characterization of β-xylosidase from Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum and its application to the production of ginsenosides Rg1 and Rh 1 from notoginsenosides R 1 and R 2.

2014;36:2275-2281[PMID:25048230 DOI:10.1007/s10529-014-1604-4]

32 Li Q,Wu T,Qi Z,Zhao L,Pei J,Tang F.Characterization of a novel thermostable and xylose-tolerant GH 39 β-xylosidase from Dictyoglomus thermophilum.

2018;18:29[PMID:29783967 DOI:10.1186/s12896-018-0440-3]

33 Siddiqi MZ,Srinivasan S,Park HY,Im WT.Exploration and Characterization of Novel Glycoside Hydrolases from the Whole Genome of Lactobacillus ginsenosidimutans and Enriched Production of Minor Ginsenoside Rg3(S) by a Recombinant Enzymatic Process.

2020;10 [PMID:32059542 DOI:10.3390/biom10020288]

34 Shin KC,Oh DK.Classification of glycosidases that hydrolyze the specific positions and types of sugar moieties in ginsenosides.

2016;36:1036-1049 [PMID:26383974 DOI:10.3109/07388551.2015.1083942]

35 齊亭亭.β-半乳糖苷酶和環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶合成糖苷化合物的研究.山東大學(xué),2017

36 葉德曉,黃佳俊,盧宇靖,林育成,李慧靈,譚景航,周金林.α-L-鼠李糖苷酶AnRhaE在畢赤酵母中的表達(dá)及應(yīng)用.食品與發(fā)酵工業(yè)2021;47:25-30 [DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.025498]

37 Zhang R,Zhang BL,Xie T,Li GC,Tuo Y,Xiang YT.Biotransformation of rutin to isoquercitrin using recombinant α-L-rhamnosidase from Bifidobacterium breve.

2015;37:1257-1264 [PMID:25724715 DOI:10.1007/s10529-015-1792-6]

38 韓冰,付紹平,金鳳燮,魚(yú)紅閃.兩種菌產(chǎn)兩種不同天然苷類α-鼠李糖苷酶的研究.大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2008;2:105-109

39 劉易.中成藥中氰苷類有毒成分的篩查、定量測(cè)定和體外轉(zhuǎn)化研究.中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院,2016

40 Hasegawa H,Sung JH,Matsumiya S,Uchiyama M.Main ginseng saponin metabolites formed by intestinal bacteria.

1996;62:453-457 [PMID:8923812 DOI:10.1055/s-2006-957938]

41 Noh K,Kang Y,Nepal MR,Jeong KS,Oh DG,Kang MJ,Lee S,Kang W,Jeong HG,Jeong TC.Role of Intestinal Microbiota in Baicalin-Induced Drug Interaction and Its Pharmacokinetics.

2016;21:337 [PMID:26978333 DOI:10.3390/molecules21030337]

42 劉美琴.甘草酸轉(zhuǎn)化單葡萄糖醛酸甘草次酸中催化酶的選擇.云南化工 2018;45:128

43 房仙穎,章祎唯,蕭偉,趙林果.異槲皮素的制備及研究進(jìn)展.天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā) 2020;32:708-717 [DOI:10.16333/j.1001-6880.2020.4.022]

44 裴雯雯,曾艷,劉娟娟,張建剛,王敏,孫媛霞.β-葡萄糖苷酶的枯草芽孢桿菌表達(dá)、酶學(xué)性質(zhì)分析及其在寶藿苷Ⅰ制備中的應(yīng)用.食品工業(yè)科技 2022;43:133-140 [DOI:10.13386/j.issn1002-0306..2021080167]

45 Xu Y,Feng X,Jia J,Chen X,Jiang T,Rasool A,Lv B,Qu L,Li C.A Novel β-Glucuronidase from Talaromyces pinophilus Li-93 Precisely Hydrolyzes Glycyrrhizin into Glycyrrhetinic Acid 3-O-Mono-β-d-Glucuronide.

2018;84[PMID:30054355 DOI:10.1128/AEM.00755-18]

46 劉伶文,司磊,任樹(shù)勇,劉永紅.人腸道菌對(duì)黃芩苷的生物轉(zhuǎn)化.天然產(chǎn)物研究與發(fā) 2012;24:1437-1440 [DOI:10.16333/j.1001-6880.2012.10.026]

47 劉沛,馬樂(lè),王瓊,常金花,劉翠哲,苗光新.三黃顆粒中黃芩素代替黃芩苷的藥理比較.中成藥 2015;37:265-268

48 蘇敏,樸春紅,梁德春,初琦,王玉華,王尚,陳月,胡洋,霍越.產(chǎn)β-葡萄糖苷酶酵母菌的分離鑒定及其在人參皂苷Rg3轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用.食品科學(xué) 2018;39:172-178