楊云松，高 鵬，代 龍

(山東中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，山東 濟(jì)南 250355)

糖苷類化合物體外生物轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展

楊云松，高 鵬，代 龍

(山東中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，山東 濟(jì)南 250355)

糖苷類化合物的體外生物轉(zhuǎn)化可為發(fā)掘藥物體內(nèi)起效的物質(zhì)基礎(chǔ)提供依據(jù)，同時(shí)能極大提高藥物的生物利用度。本文對(duì)黃酮苷、皂苷、環(huán)烯醚萜苷的體外生物轉(zhuǎn)化進(jìn)行了綜述。

苷;體外生物轉(zhuǎn)化;研究進(jìn)展

糖苷，又稱配糖體，由弱極性的配基與強(qiáng)極性的糖基組成，因而糖苷類化合物分子具有極性大、脂溶性差、分子質(zhì)量大的特點(diǎn)，不易透過(guò)腸壁黏膜吸收。糖苷由于在腸內(nèi)滯留時(shí)間較長(zhǎng)，部分糖苷在腸道內(nèi)特異菌群分泌的酶的作用下發(fā)生了轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物極性減小，脂溶性增加，更容易透過(guò)腸壁進(jìn)入血液循環(huán)，進(jìn)而發(fā)揮藥效［1］。腸道菌群的代謝轉(zhuǎn)化對(duì)苷類化合物的藥效發(fā)揮起到重要作用。體外生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在轉(zhuǎn)化糖苷類化合物方面的應(yīng)用，將有助于進(jìn)一步明確苷類藥物口服起效的機(jī)制，同時(shí)對(duì)指導(dǎo)開(kāi)發(fā)以苷元為藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的高效制劑具有潛在的價(jià)值。

1 體外生物轉(zhuǎn)化概述

體外生物轉(zhuǎn)化也稱體外生物催化，是指利用植物離體培養(yǎng)細(xì)胞或器官、動(dòng)物、微生物及其細(xì)胞器等對(duì)外源化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾而獲得有價(jià)值產(chǎn)物的生理生化反應(yīng)，其本質(zhì)是利用生物體系本身所產(chǎn)生的酶在體外對(duì)外源化合物進(jìn)行酶催化反應(yīng)［2］。中藥苷類成分的體外生物轉(zhuǎn)化研究已有較多報(bào)道，本文就體外生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在黃酮苷、皂苷、環(huán)烯醚萜苷轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用作一綜述。

2 體外生物轉(zhuǎn)化糖苷化合物的應(yīng)用

2．1 黃酮苷的轉(zhuǎn)化

生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在銀杏黃酮苷、大豆異黃酮苷、淫羊藿苷、柚皮苷、黃芩苷、芒果苷等黃酮苷的轉(zhuǎn)化方面有廣泛的應(yīng)用［3-4］。銀杏葉黃酮主要是以黃酮苷的形式存在，占黃酮提取物總含量的95%以上［5］，銀杏黃酮苷元的效價(jià)是黃酮葡糖苷效價(jià)的7倍［6］，因?yàn)榇蟛糠值你y杏黃酮在人體內(nèi)不能通過(guò)小腸壁進(jìn)入到血液中，僅有小部分在結(jié)腸內(nèi)益生菌(如乳酸菌和雙歧桿菌)分泌的β-葡糖苷酶作用下，產(chǎn)生苷元再吸收進(jìn)入血液，因此，通過(guò)改善黃酮的構(gòu)型、提高其在腸道中的吸收率是提高其生物利用度的重要途徑［7］。伍毅等［8］采用β-葡萄糖苷酶水解銀杏葉提取物的方法，使糖苷型黃酮轉(zhuǎn)化為苷元型黃酮，并通過(guò)正交試驗(yàn)得出水解的最佳工藝參數(shù)，即溫度40 ℃，酶濃度 5×10－3mg/mL，pH 值5．0，水解 6 h。王建偉等［9］經(jīng)過(guò)研究酶法轉(zhuǎn)化銀杏葉中的黃酮苷，先經(jīng)過(guò)復(fù)合酶預(yù)處理后，再利用柚皮苷酶作為轉(zhuǎn)化酶繼續(xù)水解，可獲得高含量的苷元。

大豆異黃酮是大豆中的主要活性成分之一，具有很高的保健和藥用價(jià)值。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)大豆中異黃酮的存在形式主要是結(jié)合型葡糖苷，但天然存在的異黃酮須在腸道中脫去糖基轉(zhuǎn)化成苷元后才能被機(jī)體吸收利用，進(jìn)而發(fā)揮其生物學(xué)功能。因此酶水解對(duì)原料進(jìn)行處理，既能增強(qiáng)大豆異黃酮的生物活性，又能提高其生物利用度，具有巨大的市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。毛跟年等［10］通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化出β-葡萄糖苷酶水解大豆異黃酮的最佳水解條件:反應(yīng)時(shí)間1．5 h、水解溫度40℃、溶液 pH值為4．5、底物濃度為10 mg/mL。王美玲等［11］從雞內(nèi)金中提取、分離純化得到β-葡糖苷酶，以大豆異黃酮做為水解底物，該酶對(duì)大豆異黃酮苷能進(jìn)行有效水解，水解率高達(dá)99%。

淫羊藿主要成分為淫羊藿苷，有增強(qiáng)內(nèi)分泌、促進(jìn)骨髓細(xì)胞DNA合成和骨細(xì)胞生長(zhǎng)的作用。淫羊藿苷有3個(gè)糖基，研究表明低糖基淫羊藿苷和淫羊藿苷元活性均明顯高于淫羊藿苷。金鳳燮［12］利用曲霉菌產(chǎn)生的誘導(dǎo)酶水解淫羊藿苷可制得低糖基淫羊藿苷或淫羊藿苷元，且轉(zhuǎn)化率高。柚皮苷為二氫黃酮類化合物的糖苷，鄭美瑜等［13］研究橙皮苷酶和柚皮苷酶2種糖苷酶對(duì)柑橘中柚皮苷結(jié)構(gòu)中的糖苷鍵的酶解作用，為酶法改性柚皮苷、提高其生物利用度提供理論基礎(chǔ)。赫玉芳等［14］研究黃芩苷最佳自身酶解工藝為用1．2倍的醋酸溶液(pH為4)浸潤(rùn)12 h，浸潤(rùn)溫度為40℃。黃慧學(xué)等［15］研究離體人腸道菌群在體外對(duì)芒果苷代謝轉(zhuǎn)化的情況，在與人腸道菌群共同孵育12 h，代謝物經(jīng)質(zhì)譜分析等手段鑒定為芒果苷的苷元。

2．2 皂苷的轉(zhuǎn)化

通過(guò)體外生物轉(zhuǎn)化可以將原人參二醇類皂苷或者原人參三醇類皂苷轉(zhuǎn)化生成次生皂苷。人參皂苷C-K在天然的人參中并不存在，是二醇型人參皂苷在腸道內(nèi)的降解產(chǎn)物和最終吸收形式，可發(fā)揮多種生物學(xué)活性。糖苷酶在體外可將人參皂苷Rb1C-3位的兩個(gè)-Glc鍵和C-20位的一個(gè)-Glc鍵水解，得到稀有皂苷C-K。陳嬌嬌等［16］對(duì)Absidia sp．G8r菌產(chǎn)的人參皂苷糖苷酶進(jìn)行了分離純化，利用該酶水解人參皂苷Rb1得到了稀有皂苷C-K，發(fā)現(xiàn)水解過(guò)程是分步進(jìn)行的，酶先水解Rb1生成Rd，大約8 h，酶水解Rd生成F2，大約18 h，酶水解F2生成C-K。人參次生皂苷Rh1是存在于天然藥物人參中三醇類皂苷，較其前體Rg1具有更強(qiáng)的整體和體外抗腫瘤作用。孫斯宜等［17］研究 Arthrobacter sp．No．3 GS 0202細(xì)菌酶轉(zhuǎn)化三醇類人參皂苷Rg1生成Rh1的反應(yīng)條件，優(yōu)化出酶的最佳反應(yīng)條件為人參皂苷Rg1質(zhì)量濃度0．1 mg/mL，30℃下反應(yīng)24 h。

薯蕷皂苷元(Diosgenin)是薯蕷類甾體皂苷的配基，是合成各種甾體激素和甾體避孕藥的重要原料，常用于治療風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、心腦血管疾病等。隨著研究的不斷深入，已經(jīng)從微生物中篩選出了多種不同菌株，這些菌株能分泌轉(zhuǎn)化生成薯蕷皂苷元的酶［18-19］。王亞南等［20］從真菌菌株Aspergillus sp．3042和Aspergillus sp．848培養(yǎng)液中分離得到糖苷酶，并將該酶與黃姜薯蕷皂苷在適宜條件下進(jìn)行水解反應(yīng)得到薯蕷皂素，其轉(zhuǎn)化效率高達(dá)95%，且發(fā)現(xiàn)與細(xì)菌及真菌的直接發(fā)酵法相比，酶水解方法操作簡(jiǎn)單，效果更好。Qian等［21］在豬肝臟中找到的一種含量很高且水解能力很強(qiáng)的β-葡萄糖苷酶，作用于穿山龍薯蕷皂苷，得到薯蕷皂苷酶解產(chǎn)物3-O-(β-D-吡喃葡萄糖基)-薯蕷皂苷元單體。

商陸經(jīng)分離得到的三萜皂苷元，實(shí)驗(yàn)證明其祛痰作用明顯強(qiáng)于商陸皂苷。賴道萬(wàn)［22］考察了木聚糖酶、土豆酶、商陸酶、黑曲酶、苦杏仁酶、蝸牛酶等對(duì)商陸皂苷甲的水解活性，結(jié)果表明，黑曲酶、苦杏仁酶、蝸牛酶均能使商陸皂苷甲中的葡萄糖基發(fā)生水解，得到次苷商陸皂苷乙，只有蝸牛酶能使皂苷甲中的糖側(cè)鏈完全水解，得到其皂苷元-商陸酸甲酯，不過(guò)轉(zhuǎn)化率不高。柴胡皂苷a的體內(nèi)代謝首先是在胃酸的作用下分子的烯丙醚裂解，轉(zhuǎn)化為b1和g的二烯皂苷，再經(jīng)腸道菌群的水解作用代謝為柴胡苷元。從人糞便中分離出菌株 Bifidobacterium Saiko-1，-2 和 E．sp．A-44 分別參與這兩個(gè)階段的代謝，對(duì)其中酶進(jìn)行精制后鑒定為具有特異性的水解柴胡皂苷β-D-葡糖苷酸酶和水解次柴胡皂苷的β-D-巖藻糖苷酶［23-24］。何晨［25］利用甘草酸為碳源的篩選模型，從新疆野生甘草土壤中分離篩選得到具有水解甘草酸產(chǎn)生甘草次酸的菌株HC-12，并采用發(fā)酵法轉(zhuǎn)化得出:10%甘草煎出液，裝液量為40%，添加適當(dāng)?shù)牡础⒔饘匐x子及少量吐溫80，在溫度為32℃，轉(zhuǎn)速為180 r/min的條件下發(fā)酵120 h，轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上。

2．3 萜苷的轉(zhuǎn)化

生物轉(zhuǎn)化在中藥芍藥苷、京尼平苷、桃葉珊瑚苷、牛蒡子苷等單萜苷，穿心蓮內(nèi)酯苷二萜苷，虎杖蒽醌萜苷等萜苷向苷元轉(zhuǎn)化方面有廣泛的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，芍藥苷及其代謝產(chǎn)物是鎮(zhèn)痛和鎮(zhèn)靜有效成分，并且芍藥苷代謝產(chǎn)物作用強(qiáng)于芍藥苷，而芍藥苷的口服生物利用度僅為3% ～4%，美國(guó)休斯頓大學(xué)的研究人員的研究結(jié)果表明造成芍藥苷口服生物利用度低的主要原因是芍藥苷口服后在腸道細(xì)菌分泌的β-葡糖苷酶催化下轉(zhuǎn)化成了芍藥苷代謝產(chǎn)物。Hattori等［26］首先報(bào)道了芍藥苷在人腸內(nèi)菌體外培養(yǎng)液中轉(zhuǎn)化成芍藥苷代謝素-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，芍藥苷代謝素-Ⅰ為主要產(chǎn)物。王曉玲［27］利用L．brevis AS 1．12轉(zhuǎn)化芍藥苷為芍藥苷代謝素-I的最優(yōu)條件:溫度為37℃、轉(zhuǎn)化時(shí)間為6 h、pH值為7．5、底物濃度為5 mg/mL。透膜吸收方面在Caco-2細(xì)胞上的轉(zhuǎn)運(yùn)研究［28］亦發(fā)現(xiàn)芍藥苷的生物利用度是其苷元的1/40。

京尼平苷是從桅子果中提取的一種環(huán)烯醚萜苷，該物質(zhì)的利膽作用僅限于口服給藥，靜脈注射無(wú)效，其苷元為京尼平，如果注射京尼平則有利膽作用，揭示京尼平苷的利膽作用是通過(guò)腸道菌群水解產(chǎn)生的。鄭禮勝［29］通過(guò)β-葡糖苷酶水解的方法，利用來(lái)源于苦杏仁的β-葡糖苷酶較好的獲得了京尼平，并考察出較合適的工藝條件?；衾俚龋?0］利用高產(chǎn)β-葡萄糖苷酶菌種制備游離細(xì)胞和固定化細(xì)胞，將京尼平苷轉(zhuǎn)化為京尼平，轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%，通過(guò)條件優(yōu)化，得到了最優(yōu)轉(zhuǎn)化條件。

杜仲籽中主要環(huán)烯醚萜苷類成分桃葉珊瑚苷，具有保肝、利尿、免疫調(diào)節(jié)等藥理活性。研究表明，其生物活性大多是通過(guò)其苷元實(shí)現(xiàn)的。桃葉珊瑚苷元是極不穩(wěn)定的化合物，極易分解變化，李楊［31］比較了9種來(lái)源的β-葡糖苷酶對(duì)桃葉珊瑚苷的生物轉(zhuǎn)化能力，來(lái)源于苦杏仁的葡萄糖苷酶水解桃葉珊瑚苷的效力最高，采用苦杏仁酶與桃葉珊瑚苷在37℃溫孵后，直接用0℃的乙酸乙酯進(jìn)行液液萃取，真空濃縮后獲得了純度為92．23%的桃葉珊瑚苷苷元。牛蒡子苷在消化道中(尤其是口服時(shí))所表現(xiàn)出的活性，主要是牛蒡子苷在消化道中經(jīng)腸道菌的作用轉(zhuǎn)化為苷元的脫甲基化物，此脫甲基化物在肝臟中的兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)DE的作用下恢復(fù)為苷元，苷元被運(yùn)送到各個(gè)器官而發(fā)揮作用。歐志敏等［32］采用黑曲霉CGMCC No．2594發(fā)酵產(chǎn)生的葡萄糖苷酶酶液水解牛蒡子苷制備牛蒡子苷元，得出最佳初始pH值為6．0、最佳溫度為30℃、搖床轉(zhuǎn)速為150 r/min時(shí)，36 h牛蒡子苷元的產(chǎn)率可以達(dá)到94．7%。研究中發(fā)現(xiàn)穿心蓮內(nèi)酯19-β-葡糖苷用纖維素酶水解可獲得苷元［33］。田天麗等［34］從中藥材虎杖中篩選到一株具有轉(zhuǎn)化虎杖苷能力的根霉T-34，利用該菌株產(chǎn)生的β-葡糖苷酶能將虎杖苷轉(zhuǎn)化為白藜蘆醇，代謝轉(zhuǎn)化后測(cè)得虎杖苷的轉(zhuǎn)化率達(dá)98%。

3 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)生物轉(zhuǎn)化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)，基于中藥苷類物質(zhì)在腸道內(nèi)代謝的原理，該技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)也有很好的應(yīng)用前景。中藥含有的糖苷類種類豐富，經(jīng)過(guò)體外生物轉(zhuǎn)化，可大大提高藥物的生物利用度，生產(chǎn)上可節(jié)省大量的藥材資源，臨床上苷元應(yīng)用于患者，特別是在病理狀態(tài)下腸道菌群失調(diào)的患者，服用后無(wú)需腸道微生物轉(zhuǎn)化可直接被機(jī)體吸收，與葡糖苷類藥物相比具有起效迅速，適用人群廣的優(yōu)點(diǎn)。因此，體外生物轉(zhuǎn)化糖苷類中藥在創(chuàng)新藥物研究與開(kāi)發(fā)中具有良好前景。

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Research advances in external bioconversion of glycoside compounds

YANG Yun-song，GAO-Peng，DAI-Long
(Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan 250355，China)

R284

A

1005-1678(2012)06-0927-04

2012-03-22

楊云松，男，碩士研究生，研究方向:中藥制劑工藝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究;代 龍，男，通信作者，教授，研究方向:中藥新藥開(kāi)發(fā)及新劑型研究，Tel:0531-82960689，E-mail:dailongdailong@263．net。