人参皂苷生物转化研究进展(1)
[摘要]人参皂苷是人参属植物药理活性的重要物质，尤以稀有人参皂苷及苷元的抗肿瘤，保护神经系统，保肝护肝等药理活性最为显著，因此，研究稀有人参皂苷获取的方法也日益增多。该文对人参属植物中人参皂苷的生物转化进行了简要的概述和展望。
[关键词]人参属；皂苷类；生物转化；稀有人参皂苷；β-葡萄糖苷酶
五加科人参属植物人参、西洋参、三七均是我国传统名贵药材，现代研究表明，其主要活性成分大多为人参皂苷。据现代药理学研究表明[1-3]，皂苷类是人参属植物抗疲劳，抗肿瘤，抗血栓，提高免疫力，调节生理机能等药理活性的重要物质基础。但随着人们对人参属总皂苷分离后的进一步药理活性研究发现，稀有人参皂苷及苷元(如人参皂苷Rg3，Rh1，C～K，Rb3，Rh2等)具有很强的抗肿瘤[4]，保护神经系统[5]，保肝护肝[6]等药理活性。人参属植物中皂苷的成分主要是人参皂苷，其骨架结构属于达玛烷型四环三萜和齐墩果烷型三萜，以三七为例，三七中所含有人参皂苷依据苷元的不同又可分为原人参二醇型和原人参三醇型，如人参皂苷Rb1，Rb2，Rc，Rd等和人参皂苷Re，Rg1，Rg2，Rf等。人参属植物三七总皂苷(PNS)的主要成分是人参皂苷Rb1和Rg1[7]，据研究表明这些主要人参皂苷成分在人体肠道中的吸收却微乎其微[8]，而通过口服后经胃酸及肠道菌的一系列生物转化代谢后产生的次级代谢产物，如C-K，与大量天然富含的人参皂苷相比具有更好的抗肿瘤，抗过敏，抗炎症作用[9，10]，同时也显著地增加了其在人肠道中的吸收率，也正是由于其变化后明显提高的抗肿瘤等药理活性，近年来引起了研究者的广泛的关注。目前，根据大量人参皂苷与稀有人参皂苷的结构鉴定，得出二者的结构差异主要是达玛烷骨架结构的C-3、C-6和C-20位上支链所连接的糖基的种类和数量有所不同，进而设法通过多种技术手段去除骨架结构达玛烷四环三萜这些支链上所连接的糖基来获得稀有人参皂苷成为人们研究的热点。但由于稀有人参皂苷天然植物含量低，且从简单的初始产物对其进行化学合成也相当困难。目前人们对于人参皂苷结构修饰的方法主要有：酸解法、碱解法、加热法、酶法和微生物转化法等[11]。但化学方法，反应条件剧烈，水解产物复杂多样且条件控制苛刻，不易控制水解程度，且环境污染严重。而生物转化方法多采用生物自身体系中的酶系统将人参属植物中的大量药理活性低的人参皂苷、苷元转化为活性更高的稀有次生代谢产物，因其具有反应特异性高，转化率高，反应条件温和，副产物少，后处理简单，环境亲和性好等特点[12]，与化学合成相比有着显著的优势且更易获得新颖结构，因此也被广泛的应用于对人参皂苷的结构修饰中。而目前常采用的生物转化方式是微生物发酵法和酶法，其中酶法主要还是通过从阳性转化微生物中分离纯化获得所需的酶。下面就根据近年来应用于人参皂苷生物转化的微生物的来源进行阐述。
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1 人参属皂苷类生物转化研究进展
1.1 利用土壤中分离筛选获得的微生物来转化人参属皂苷 Gao J等[13]通过从土壤中分离获得1株病原性真菌Penicillium oxalicum sp. 68，并从其发酵液中分离纯化得到β-糖苷酶，并成功将人参皂苷Rb1，Rb2，Rc和Rd分别转化为药理活性更高的稀有人参皂苷C-K，同时也分别阐明了这些人参皂苷转化的途径：Rb1→Rd→F2→Compound K，Rb2→CO→CY→Compound K，Rc→Mb→Mc→Compound K和Rd→F2→Compound K，用纯化后的糖苷酶处理24 h后C-K的转化率可高达92%，见图1。闫琴等[14]从三七生长的土壤中分离出306株真菌，经筛选鉴定获得1株Paecilomyces Bainier sp. 229，其能有效地转化人参皂苷Rb1为稀有人参皂苷化合物K，转化率高达83%，并从此菌株中有效分离获得人参皂苷β-葡萄糖转化酶，分别阐明了生物转化主要途径与旁路途径：人参皂苷Rb1→人参皂苷Rd→人参皂苷F2→化合物K；人参皂苷Rb1→人参皂苷ⅩⅤⅡ→人参皂苷F2→化合物K和人参皂苷Rb1→人参皂苷Rg3→人参皂苷Rh2，见图1。陈有为等[15]从土壤真菌中分离筛选出一株能直接转化人参属皂苷的真菌，经鉴定为土生霉菌Aspergillus terreus，此菌可通过固态转化方式直接应用于三七总皂苷(PNS)，经发酵转化后总皂苷中的原人参皂苷Rb1，Rc，Re和三七皂苷R1，R3，R6均被分解，而发酵液中富含三七皂苷nR2，RX1，人参皂苷Rg1，Rd和稀有人参皂苷Rh1、Rh4。结果表明土生曲霉可以转化原三七总皂苷成分，并生成生物活性的稀有人参皂苷。王青等[16]通过从生长人参的土壤中筛选出23株菌，经三七发酵转化试验发现9株可转化三七总皂苷(PNS)获得高活性稀有人参皂苷的菌株，其中转化能力最强的一株经鉴定为棒曲霉属Aspergillus sp.菌，其能将三七总皂苷(PNS)转化生成稀有次级人参皂苷Rg3，C-K，Rh1和Rh2等，经酶活性测定发现其具有较高的糖化酶活性，而且能产生β-葡萄糖苷酶转化pNPG。付玉等[18]通过对草本植物下层土壤进行分离纯化获得22株微生物，经三七总皂苷微生物发酵转化试验后筛选出一株能有效转化人参皂苷Rb1为稀有次级皂苷(Rg3)的菌株CG2，其具有很高的β-葡萄糖苷酶活性，并阐明了其生物转化途径：人参皂苷Rb1→绞股蓝G-ⅩⅤⅡ和Rd→人参稀有皂苷Rg3，见图1，后经鉴定该菌为巨型芽孢杆菌属。Wu LP等[19]通过从土壤中分离纯化筛选出22株能产生β-葡萄糖苷酶的微生物，并通过进一步的筛选得出一株Cladosporium cladosporioides，其能将主要人参皂苷Rb1与Rg1分别转化为稀有人参皂苷C-K和F1，其转化率分别为74.2%，89.3%，在共同生物转化时的结果表明，人参皂苷Rg1能够通过抑制中间体七叶胆苷-ⅩⅤⅡ的形成来改变人参皂苷Rb1生物转化过程。Ye L等[20]为了进一步提高从土壤中获得的转化人参皂苷菌株P. bainier 229的底物浓度和底物耐受性，通过将其真菌孢子经紫外照射获得突变体P. bainier 229-7，其能有效地将人参皂苷Rb1生物转化为人参皂苷Rd，其转化率高达94.9%，通过扩大发酵试验，其有效生物转化率高达89%，这也为制药工业化大规模生产创造了可能。崔宇等[21]利用从土壤中筛分的野生镰刀霉属霉菌m14对二醇型皂苷含量较高的人参果总皂苷(SFPG)进行生物转化，可获得含量较高的稀有人参皂苷化合物K，在最佳转化条件下C-K的含量可提高40.65倍，这为C-K的工业化生产提供了一条新的途径。, 百拇医药(郭从亮 崔秀明 杨晓艳 武双)
[关键词]人参属；皂苷类；生物转化；稀有人参皂苷；β-葡萄糖苷酶
五加科人参属植物人参、西洋参、三七均是我国传统名贵药材，现代研究表明，其主要活性成分大多为人参皂苷。据现代药理学研究表明[1-3]，皂苷类是人参属植物抗疲劳，抗肿瘤，抗血栓，提高免疫力，调节生理机能等药理活性的重要物质基础。但随着人们对人参属总皂苷分离后的进一步药理活性研究发现，稀有人参皂苷及苷元(如人参皂苷Rg3，Rh1，C～K，Rb3，Rh2等)具有很强的抗肿瘤[4]，保护神经系统[5]，保肝护肝[6]等药理活性。人参属植物中皂苷的成分主要是人参皂苷，其骨架结构属于达玛烷型四环三萜和齐墩果烷型三萜，以三七为例，三七中所含有人参皂苷依据苷元的不同又可分为原人参二醇型和原人参三醇型，如人参皂苷Rb1，Rb2，Rc，Rd等和人参皂苷Re，Rg1，Rg2，Rf等。人参属植物三七总皂苷(PNS)的主要成分是人参皂苷Rb1和Rg1[7]，据研究表明这些主要人参皂苷成分在人体肠道中的吸收却微乎其微[8]，而通过口服后经胃酸及肠道菌的一系列生物转化代谢后产生的次级代谢产物，如C-K，与大量天然富含的人参皂苷相比具有更好的抗肿瘤，抗过敏，抗炎症作用[9，10]，同时也显著地增加了其在人肠道中的吸收率，也正是由于其变化后明显提高的抗肿瘤等药理活性，近年来引起了研究者的广泛的关注。目前，根据大量人参皂苷与稀有人参皂苷的结构鉴定，得出二者的结构差异主要是达玛烷骨架结构的C-3、C-6和C-20位上支链所连接的糖基的种类和数量有所不同，进而设法通过多种技术手段去除骨架结构达玛烷四环三萜这些支链上所连接的糖基来获得稀有人参皂苷成为人们研究的热点。但由于稀有人参皂苷天然植物含量低，且从简单的初始产物对其进行化学合成也相当困难。目前人们对于人参皂苷结构修饰的方法主要有：酸解法、碱解法、加热法、酶法和微生物转化法等[11]。但化学方法，反应条件剧烈，水解产物复杂多样且条件控制苛刻，不易控制水解程度，且环境污染严重。而生物转化方法多采用生物自身体系中的酶系统将人参属植物中的大量药理活性低的人参皂苷、苷元转化为活性更高的稀有次生代谢产物，因其具有反应特异性高，转化率高，反应条件温和，副产物少，后处理简单，环境亲和性好等特点[12]，与化学合成相比有着显著的优势且更易获得新颖结构，因此也被广泛的应用于对人参皂苷的结构修饰中。而目前常采用的生物转化方式是微生物发酵法和酶法，其中酶法主要还是通过从阳性转化微生物中分离纯化获得所需的酶。下面就根据近年来应用于人参皂苷生物转化的微生物的来源进行阐述。
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1 人参属皂苷类生物转化研究进展
1.1 利用土壤中分离筛选获得的微生物来转化人参属皂苷 Gao J等[13]通过从土壤中分离获得1株病原性真菌Penicillium oxalicum sp. 68，并从其发酵液中分离纯化得到β-糖苷酶，并成功将人参皂苷Rb1，Rb2，Rc和Rd分别转化为药理活性更高的稀有人参皂苷C-K，同时也分别阐明了这些人参皂苷转化的途径：Rb1→Rd→F2→Compound K，Rb2→CO→CY→Compound K，Rc→Mb→Mc→Compound K和Rd→F2→Compound K，用纯化后的糖苷酶处理24 h后C-K的转化率可高达92%，见图1。闫琴等[14]从三七生长的土壤中分离出306株真菌，经筛选鉴定获得1株Paecilomyces Bainier sp. 229，其能有效地转化人参皂苷Rb1为稀有人参皂苷化合物K，转化率高达83%，并从此菌株中有效分离获得人参皂苷β-葡萄糖转化酶，分别阐明了生物转化主要途径与旁路途径：人参皂苷Rb1→人参皂苷Rd→人参皂苷F2→化合物K；人参皂苷Rb1→人参皂苷ⅩⅤⅡ→人参皂苷F2→化合物K和人参皂苷Rb1→人参皂苷Rg3→人参皂苷Rh2，见图1。陈有为等[15]从土壤真菌中分离筛选出一株能直接转化人参属皂苷的真菌，经鉴定为土生霉菌Aspergillus terreus，此菌可通过固态转化方式直接应用于三七总皂苷(PNS)，经发酵转化后总皂苷中的原人参皂苷Rb1，Rc，Re和三七皂苷R1，R3，R6均被分解，而发酵液中富含三七皂苷nR2，RX1，人参皂苷Rg1，Rd和稀有人参皂苷Rh1、Rh4。结果表明土生曲霉可以转化原三七总皂苷成分，并生成生物活性的稀有人参皂苷。王青等[16]通过从生长人参的土壤中筛选出23株菌，经三七发酵转化试验发现9株可转化三七总皂苷(PNS)获得高活性稀有人参皂苷的菌株，其中转化能力最强的一株经鉴定为棒曲霉属Aspergillus sp.菌，其能将三七总皂苷(PNS)转化生成稀有次级人参皂苷Rg3，C-K，Rh1和Rh2等，经酶活性测定发现其具有较高的糖化酶活性，而且能产生β-葡萄糖苷酶转化pNPG。付玉等[18]通过对草本植物下层土壤进行分离纯化获得22株微生物，经三七总皂苷微生物发酵转化试验后筛选出一株能有效转化人参皂苷Rb1为稀有次级皂苷(Rg3)的菌株CG2，其具有很高的β-葡萄糖苷酶活性，并阐明了其生物转化途径：人参皂苷Rb1→绞股蓝G-ⅩⅤⅡ和Rd→人参稀有皂苷Rg3，见图1，后经鉴定该菌为巨型芽孢杆菌属。Wu LP等[19]通过从土壤中分离纯化筛选出22株能产生β-葡萄糖苷酶的微生物，并通过进一步的筛选得出一株Cladosporium cladosporioides，其能将主要人参皂苷Rb1与Rg1分别转化为稀有人参皂苷C-K和F1，其转化率分别为74.2%，89.3%，在共同生物转化时的结果表明，人参皂苷Rg1能够通过抑制中间体七叶胆苷-ⅩⅤⅡ的形成来改变人参皂苷Rb1生物转化过程。Ye L等[20]为了进一步提高从土壤中获得的转化人参皂苷菌株P. bainier 229的底物浓度和底物耐受性，通过将其真菌孢子经紫外照射获得突变体P. bainier 229-7，其能有效地将人参皂苷Rb1生物转化为人参皂苷Rd，其转化率高达94.9%，通过扩大发酵试验，其有效生物转化率高达89%，这也为制药工业化大规模生产创造了可能。崔宇等[21]利用从土壤中筛分的野生镰刀霉属霉菌m14对二醇型皂苷含量较高的人参果总皂苷(SFPG)进行生物转化，可获得含量较高的稀有人参皂苷化合物K，在最佳转化条件下C-K的含量可提高40.65倍，这为C-K的工业化生产提供了一条新的途径。, 百拇医药(郭从亮 崔秀明 杨晓艳 武双)