趙方允，陳自宏，虞泓，曾文波

微生物轉(zhuǎn)化人參皂苷研究進(jìn)展

趙方允，陳自宏，虞泓，曾文波

人參皂苷屬于達(dá)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(lán)屬絞股藍(lán)和喙果絞股藍(lán)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(xué)者 Zou 等[3]從云南野生三七中分離出六種新型達(dá)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(huì)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(dú)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(xué)研究的重點(diǎn)。近年來，利用微生物轉(zhuǎn)化法對(duì)人參皂苷進(jìn)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(duì)轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究也取得不少進(jìn)展，本文針對(duì)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(duì)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(hù)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(xì)胞轉(zhuǎn)分化的作用[12]；人參皂苷 Rh2具有極強(qiáng)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?cè)碥盏奶擎溄Y(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(xué)者做了不少研究，如采用化學(xué)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(duì)三七愈傷組織培養(yǎng)和細(xì)胞懸浮培養(yǎng)進(jìn)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(dá)原初培養(yǎng)愈傷組織的 4 倍。愈傷組織中總皂苷含量高達(dá) 13%，為原植物的 3 倍。目前，國內(nèi)外報(bào)道的關(guān)于微生物轉(zhuǎn)化人參皂苷的文獻(xiàn)，主要是針對(duì)人參中稀有皂苷的轉(zhuǎn)化，也有針對(duì)三七中人參皂苷微生物轉(zhuǎn)化的報(bào)道，但多數(shù)都停留在試驗(yàn)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(duì)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(jī)制

微生物轉(zhuǎn)化是指通過微生物整體細(xì)胞或酶將復(fù)雜的底物進(jìn)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(gè)或某一系列的酶對(duì)底物（或外源化合物）進(jìn)行催化反應(yīng)[16]，把一種化合物變成相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物，來完成常規(guī)化學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)。

微生物轉(zhuǎn)化人參皂苷反應(yīng)機(jī)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(shí)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(bào)道

本文從研究材料、微生物、轉(zhuǎn)化產(chǎn)物及其意義幾個(gè)方面對(duì)近年來國內(nèi)外有關(guān)人參皂苷微生物轉(zhuǎn)化的報(bào)道進(jìn)行列表對(duì)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(dǎo)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(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過指紋圖譜對(duì)照，篩選出對(duì)人參皂苷定向轉(zhuǎn)化菌種，取得了一定成果，正在進(jìn)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(duì)比指紋圖譜，分析藥效改變?cè)?，甚至制定?biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)方案；③優(yōu)化培養(yǎng)方案，批量發(fā)酵生產(chǎn)，對(duì)發(fā)酵后的成分包括皂苷、多糖、總黃酮等進(jìn)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(jià)格比較便宜的植物，如絞股藍(lán)的微生物轉(zhuǎn)化，以降低當(dāng)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(bào)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(xué)法、酶解法和微生物轉(zhuǎn)化法。化學(xué)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(duì)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(cè)多出 Rg3 和 Rh2[37]。為將轉(zhuǎn)化人參皂苷實(shí)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(duì)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(dāng)然，這需要做大量的工作，需要我們不斷地去努力。

參考文獻(xiàn)

[1] Jeong CS, Murthy HN, Hahn EJ, et al. Improved production of ginsenosides in suspension cultures of ginseng by medium replenishment strategy. J Biosci Bioeng, 2008, 105(3):288-291.

[2] Zou K, Zhu S, Meselhy MR, et al. Dammarane-type Saponins from Panax japonicus and their neurite outgrowth activity in SK-N-SH cells. J Nat Prod, 2002, 65(9):1288-1292.

[3] Zou K, Zhu S, Tohda C, et al. Dammarane-type triterpene saponins from Panax japonicus. J Nat Prod, 2002, 65(3):346-351.

[4] Cui XM, Jiang ZY, Zeng J, et al. Two new dammarane triterpene glycosides from the rhizomes of Panax notoginseng. J Asian Nat Prod Res, 2008, 10(9/10):845-849.

[5] Choo MK, Park EK, Han MJ, et al. Antiallergic activity of ginseng and its ginsenosides. Planta Med, 2003, 69(6):518-522.

[6] Li XZ, Piao HS. A method for determination of Ginsenoside Rh2 Pharmacological activity. J Med Sci Yanbian Univ, 2009, 32(2):153-156. (in Chinese)李學(xué)哲, 樸惠順. 人參皂苷 Rh2含量測(cè)定方法及藥理作用研究現(xiàn)狀. 延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 32(2):153-156.

[7] Wang CZ, Xie JT, Fishbein A, et al. Antiproliferative effects of different plant parts of Panax notoginseng on SW480 human colorectal cancer cells. Phytother Res, 2009, 23(1):6-13.

[8] Dou DQ, Jin L, Chen YJ. Advances and prospects of the study on chemical constituents and pharmacological activities of panax ginseng. J Shenyang Pharm Univ, 1999, 16(2):151-156. (in Chinese)竇德強(qiáng), 靳玲, 陳英杰. 人參的化學(xué)成分及藥理活性的研究進(jìn)展與展望. 沈陽藥科大學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 16(2):151-156.

[9] Wang LQ, Jiang RG. The pharmacological activity of ginsenoside Rb1. World Phytomedicines, 2005, 20(6):245-248. (in Chinese)王立青, 江榮高. 人參皂苷 Rb1的藥理活性. 國外醫(yī)藥(植物藥分冊(cè)), 2005, 20(6):245-248.

[10] Jia JM, Wang ZQ, Wu LJ, et al. Advance of phamacological study on Ginsenoside Rbl. China J Chin Mater Med, 2008, 33(12)1371-1377. (in Chinese)賈繼明, 王宗權(quán), 吳立軍, 等. 人參皂苷Rb1的藥理活性研究進(jìn)展.中國中藥雜志, 2008, 33(12)1371-1377.

[11] Ng TB. Pharmacological activity of sanchi ginseng (Panax notoginseng). J Pharm Pharmacol, 2006, 58(8):1007-1019.

[12] Xie XS, Yang M, Liu HC, et al. Ginsenoside Rg1, a major active component isolated from Panax notoginseng, restrains tubular epithelial to myofibroblast transition in vitro. J Ethnopharmacol, 2009, 122(1):35-41.

[13] Liu N, Piao HR, Zhao YQ. Preparation and isolation on the rare ginsenoside derivatives with anti-cancer activity. J Chin Med Mater, 2009, 32(5):707-709. (in Chinese)劉娜, 樸虎日, 趙余慶. 稀有抗腫瘤人參皂苷衍生物的制備與分離.中藥材, 2009, 32(5):707-709.

[14] Jang BH, Han Y, Zhao YQ, et al. Optimization of enzymatic translation for preparation ginsenoside compound K in total saponins of Panax notoginseng. Chin Traditional Herbal Drugs, 2004, 35(9): 986-988. (in Chinese)姜彬慧, 韓穎, 趙余慶, 等. 酶轉(zhuǎn)化三七葉總皂苷制備人參皂苷C-K的工藝優(yōu)化. 中草藥, 2004, 35(9):986-988.

[15] Zheng GZ, Wang SL. Callus culture from Panax notoginseng. Acta Botanica Yunnanica, 1989, 11(3):255-262. (in Chinese)鄭光植, 王世林. 三七愈傷組織的培養(yǎng). 云南植物研究, 1989, 11(3):255-262.

[16] Wang SY, Chen JW, Zhang WX, et al. Effect of bidirectional fermentation technology on content of Paeoniflorin and HPLC fingerprint. Res Pract Chin Med, 2009, 23(2):6-9. (in Chinese)王身艷, 陳建偉, 張蔚學(xué), 等. 雙向發(fā)酵對(duì)白芍 HPLC指紋圖譜及芍藥苷含量的影響. 現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐, 2009, 23(2):6-9.

[17] Wang Y, Liu TH, Wang W, et al. Research on the transformation of ginsenoside Rg_1 by intestinal flora. China J Chin Mater Medi, 2001, 26(3):188-190. (in Chinese)王毅, 劉鐵漢, 王巍, 等. 腸內(nèi)菌群對(duì)人參皂苷 Rg_1的代謝轉(zhuǎn)化作用的研究. 中國中藥雜志, 2001, 26(3):188-190.

[18] Bae EA, Choo MK, Park EK, et al. Metabolism of ginsenoside R(c) by human intestinal bacteria and its related antiallergic activity. Biol Pharm Bull, 2002, 25(6):743-747.

[19] Kunming Weinuo Jinshen Biological Engineering Co., Ltd. Process for preparing rare ginsenoside compound K by fermenting Panax notoginseng saponins with streptomycete: China, 101139562, 2008-03-12. (in Chinese)昆明諾唯金參生物工程有限責(zé)任公司. 一種鏈霉菌發(fā)酵三七皂苷制備稀有人參皂苷Compound K的工藝: 中國, 101139562, 2008-03-12.

[20] Zhou W, Yan Q, Li JY, et al. Biotransformation of Panax notoginseng saponins into ginsenoside compound K production by Paecilomyces bainier sp. 229. J Appl Microbiol, 2008, 104(3):699-706.

[21] Cui Y, Jiang BH, Han Y, et al. Microbial transformation on ginsenoside compound K from total saponins in fruit of Panax ginseng. Chin Traditional Herbal Drug, 2007, 38(2):189-193. (in Chinese)崔宇, 姜彬慧, 韓穎, 等. 微生物對(duì)人參果總皂苷中人參皂苷化合物K的轉(zhuǎn)化作用. 中草藥, 2007, 38(2):189-193.

[22] Han Y, Hu XM, Jiang BH, et al. Activity microbial screening in Ginseng soil and the biotransformation of the rare anti-tumor component. J Chin Med Mater, 2007, 30(6):705-707. (in Chinese)韓穎, 胡筱敏, 姜彬慧, 等. 人參土壤中活性微生物的篩選與稀有抗腫瘤成分的轉(zhuǎn)化. 中藥材, 2007, 30(6):705-707.

[23] Fu JG. The study of microbial transformation of ginsenoside. Changchun: Jilin Agricultural University, 2004. (in Chinese)付建國. 人參皂苷微生物轉(zhuǎn)化的研究. 長春: 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué), 2004.

[24] Chi H, Kim DH, Ji GE. Transformation of Ginsenosides Rb2 and Rc from Panax ginseng by food microorganisms. Biol Pharm Bull, 2005, 28(11):2102-2105.

[25] Dong AL, Cui YJ, Guo HZ, et al. Microbiological transformation of Ginsenoside Rg_1. J Chin Pharm Sci, 2001, 10(3):115-118.

[26] Kunming Weinuo Jinshen Biological Engineering Co., Ltd. A kind of Technology fermentation notoginseng through of Streptomyces to preparation 20(S)-Ginsenoside Rh1: China, 101508965, 2009-08-19. (in Chinese)昆明諾唯金參生物工程有限責(zé)任公司. 一種鏈霉菌發(fā)酵三七皂苷制備20(S)-人參皂苷Rh1的工藝: 中國, 101508965, 2009-08-19.

[27] Wu XL, Wang Y, Zhao WQ, et al. Fungal biotransformation of ginsenoside Rg3. Acta Microbiol Sinica, 2008, 48(9):1181-1185. (in Chinese)吳秀麗, 王艷, 趙文倩, 等. 一種真菌對(duì)人參皂苷 Rg3的轉(zhuǎn)化. 微生物學(xué)報(bào), 2008, 48(9):1181-1185.

[28] Ko SR, Choi KJ, Suzuki K, et al. Enzymatic preparation of ginsenosides Rg2, Rh1, and F1. Chem Pharm Bull (Tokyo), 2003, 51(4):404-408.

[29] Wu XL, Zhang YX, Zhao WQ, et al. Transformation of ginsenoside Rg1 to ginsenoside F1 specific by the fungi strains EST-I and EST-II. J Shenyang Pharml Univ, 2008, 25(1):73-76. (in Chinese)吳秀麗, 張恰軒, 趙文倩, 等. 真菌EST-I及EST-II對(duì)人參皂苷Rg1定向轉(zhuǎn)化為人參皂苷F1的研究. 沈陽藥科大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 25(1): 73-76.

[30] Han Y, Hu XM, Jiang BH, et al. Optimization of biotransformation conditions of active component in Panax notoginseng stalks and leaves by Fusarium sacchari. Chin J Appl Ecol, 2007, 18(12):2801-2806. (in Chinese)韓穎, 胡筱敏, 姜彬慧, 等. Fusarium sacchari對(duì)三七莖葉中有效成分生物轉(zhuǎn)化條件的優(yōu)化. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 18(12):2801-2806.

[31] Han Y, Jiang BH, Hu XM, et al. Biotransformation of rare Anti-tumor component in Panax notoginseng stalks and leaves by Fusarium sacchari. Chin Traditional Herbal Drugs, 2007, 38(6):830-832. (in Chinese)韓穎, 姜彬慧, 胡筱敏, 等. Fusarium sacchari轉(zhuǎn)化三七莖葉皂苷的稀有抗腫瘤成分. 中草藥, 2007, 38(6):830-832.

[32] Zhao P, Liu YJ. Primary study on the inhibition of transformation products of Panax notoginseng by Fungi. J Yunnan Univ Traditional Chin Med, 2009, 32(4):33-36. (in Chinese)趙鵬, 劉亞君. 真菌轉(zhuǎn)化三七產(chǎn)物抑菌作用的初步研究. 云南中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào), 2009, 32(4):33-36.

[33] Yunnan University. Antibiotic active matter derived from notoginseng transformed by microbe and its uses: China, 1800342A, 2006-07-12. (in Chinese)云南大學(xué). 利用微生物轉(zhuǎn)化三七產(chǎn)生的抗菌活性物質(zhì)及其應(yīng)用:中國, 1800342A, 2006-07-12.

[34] Zhao P. Preliminary study of notoginseng fermentation. Kunminh: Yunnan University, 2006. (in Chinese)趙鵬. 微生物發(fā)酵中藥三七初步研究. 昆明: 云南大學(xué), 2006.

[35] Ma WG, Zhao YL, Wang X, et al. Primary pharmacological studies on the saponins from the solid fermented roots of Radix Notoginseng produced in Yunnan province. China J Traditional Chin Med Pharm, 2008, 23(3):260-263. (in Chinese)馬偉光, 趙云麗, 汪霞, 等. 滇產(chǎn)三七固態(tài)生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的初步藥理研究. 中華中醫(yī)藥雜志, 2008, 23(3):260-263.

[36] Zhejiang University. Method for improving the main efficacy composition of panax notoginseng through zymolysis: China, 101095710, 2008-01-02. (in Chinese)浙江大學(xué). 一種發(fā)酵改善三七主要功效成份的方法: 中國, 101095710, 2008-01-02.

[37] Popovich DG, Kitts DD. Generation of ginsenosides Rg3 and Rh2 from North American ginseng. Phytochemistry, 2004, 65(3):337-344.

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(shí)驗(yàn)室/云南大學(xué)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