中药有效成分生物转化的研究进展

中药有效成分生物转化的研究进展摘要:综述了近年来中药有效成分的生物转化的研究概况。生物转化是中药研究的重要方法之一。生物转化为中药新药的研制和开发提供了良好的途径,将成为21世纪推动中药现代化、产业化的核心技术之一。关键词:生物转化;中药;有效成分ResearchProgressofChineseMedicineEffectiveComponentBiotransformationAbstract:TheresearchsynopsisaboutChinesemedicineeffectivecomponentbiotransformationintherecentfiveyearswassummarized.BiotransformationisoneoftheimportantmethodsinChinesemedicinestudy.TheChinesemedicinebiotransformationwillgiveabetterwayforitsdevelopmentandbecomeoneofthe21stcenturyimpetusforChinesemedicinemodernizations,industrialproductioncoretechnologies.Keywords:biotransformation;Chinesemedicine;effectivecomponent中医药是中华民族的瑰宝,几千年来为民族的健康作出了巨大的贡献,而且在国际范围内也越来越受到世界的关注。但随着中药的长期开发,野生药材资源日益减少,人工种植药材品质退化,使得中药资源的开发潜力和应用价值受到极大的影响。传统中药的优势与现代生物技术相结合,将是传统中药走向现代化、国际化的重要途径。所谓生物转化(Biotransformation),也称生物催化(Biocatalysis),是利用植物离体培养细胞或器官等对外源化合物进行结构修饰而获得有价值产物的生理、生化反应,其本质是利用生物体系本身所产生的酶对外源化合物进行酶催化反应,它具有反应选择性强、反应条件温和、副产物少、不造成环境污染和后处理简单等特点。应用生物转化技术研究中药有多种分类方法,作者从中药化学成分这一角度对近年国内外应用生物技术研究中药的概况作一综述。涉及的主要化学成分包括生物碱、苷类、萜类、黄酮类、甾类、醌类等。1生物碱YuRM[1]等研究了在野罂粟悬浮培养细胞中加入真菌对野罂粟培养细胞野罂粟碱和黑龙辛甲醚产生的作用。董世建[2]等以J-8菌将前体物质1-苯基-2-甲氨基丙酮转化生成d-伪麻黄碱。2苷类ZhanJX[3]等利用刺囊毛霉3.3450的培养液对天麻素进行生物转化,得到产物对羟基苯甲醇,转化率接近100%。戴均贵等分别采用桔梗悬浮细胞[4]和长春花悬浮细胞培养体系[5]进行生物转化,均得到转化产物对羟基苯甲醇。蔡洁[6]等研究在B5液体培养基培养22d的人参毛状根,在含有11000mmol#L-1对羟基苯甲醇的生物合成培养基中转化24h,对羟基苯甲醇转化率达8418%。赵明强[7]等首次以人参毛状根为反应器,在B5培养基上悬浮培养,对氢醌持续转化24h,结果转化率达89%。栗建明[8]等初步探讨人参毛状根转化氢醌,生物合成熊果苷,转化率最高达89%。另文还探讨了MS固体培养基上培养32d的人参细胞,在氢醌的生物合成培养基中转化24h后,转化率达79115%[9]。于荣敏[10]等应用悬浮培养的转基因何首乌毛状根转化,在加入底物后第72h,每瓶培养物和培养基中熊果苷的含量达到最高,熊果苷分泌进入培养基的百分比达到最高,为2193%,总摩尔转化率达到81191%。吴少杰[11]等分别采用生物酶水解法和液体发酵转化法进行了甘草皂苷的生物转化,得到单葡萄糖醛酸基甘草皂苷元,获得产物的产率分别为2317%和1010%。李晖[12]等利用黑曲霉干粉将甘草酸转化为单葡萄糖醛酸基甘草次酸。王云[13]利用绿色木霉转化甘草酸,主要生成单葡萄糖醛酸甘草酸(GAMG)和少量的甘草酸,且生成GAMG的转化率为88%。HasegawaH[14]等研究人参皂苷被肠细菌转化的代谢物,包括20(S)-原人参萜二醇-20-O-B-D-吡喃葡糖苷和3-O-油酰-M1。DongAL[15]等首次报道了利用49种微生物菌株对人参皂苷Rg1进行生物转化研究,发现小型丝状真菌黑曲霉311858与蓝色梨头霉313538具有转化能力,得到产物MT1和MT2,经鉴定同为人参皂苷Rh1。金凤燮课题组对酶法制备稀有人参皂苷进行较为系统的研究。用人参二醇型皂苷为底物,以人参皂苷-B-葡萄糖苷酶为生物催化剂,人参皂苷Rh2的收率为人参的015%,其收率比红参提高500倍,副产物为人参皂苷Rg3、Rg5、Rh1、Rh3。周伟[16]等以人参总皂苷为原料,进行菌种筛选、培养和转化,TLC结果分析有两个菌株均出现新的斑点,有一菌株对Rg3有较高转化率,一菌株能较好转化Rh2,并可能有Com-poundK的产生。YuRM[17]等从西洋参冠瘿组织悬浮培养物中提取分离得到4种人参皂苷类成分,分别鉴定为假人参皂苷F11、人参皂苷Rd、人参皂苷Rb1和人参皂苷Rb3。刘欣[18]等从中华白玉蜗牛消化酶中分离出的一种人参皂苷Rb1水解酶,该酶对人参皂苷Rb1C20位的一个糖苷键进行有选择的水解生成人参皂苷Rd。杨秀伟[19]等探讨了人肠内细菌和短乳杆菌粗酶分别与七叶树皂苷-Ia共温孵后,七叶树皂苷Ia可转化产生异七叶树皂苷Ia、去酰基七叶树皂苷I、21B-O-巴豆酰基原七叶树皂苷元和原七叶树皂苷元。姜彬慧[20]等首次利用B-葡聚糖苷酶对三七皂苷-Fe转化得到:20(S)原人参二醇-20-O-A-L-呋喃阿拉伯糖基(1y6)B-D-吡喃葡萄糖苷、20(S)原人参二醇-20-O-B-D-吡喃葡萄糖苷,转化率接近95%。3萜类青蒿素的研究:李莉欣[21]等首次研究了大黄毛状根培养体系对青蒿素的生物转化反应,鉴定转化产物为去氧青蒿素。ZhanJX[22]等通过华根霉和雅致小克银汉霉进行转化,分离得到3个产物:去氧青蒿素、3A-羟基去氧青蒿素和羟基青蒿素,其中羟基青蒿素为新化合物,同时振荡条件下底物在无菌培养基中也能发生微量转化得到去氧青蒿素。HanJ[23]等利用长春花及银杏植物细胞悬浮培养细胞将青蒿素转化成3A-羟基去氧青蒿素。ZhangYS[24]等研究了在体外条件下辣根过氧化酶在以磷酸缓冲液制备的细胞提取液中,很大地促进青蒿素的生物合成,青蒿素的含量提高约1倍左右。紫杉醇的研究:占纪勋[25]等首次利用铜绿假单孢菌AS11860对紫杉醇进行转化,得到3个产物并鉴定为baccatinÓ2,baccatinV3和10-去乙酰baccatinÓ4。另还分别利用刺囊毛霉AS313450、刺孢小克银汉霉AS313400和普通变形菌AS111208对sinenxanA进行生物转化,得到转化产物10-去乙酰sinenxanA1、6A-羟基-10-去乙酰sinenxanA2、9A-羟基-10-去乙酰sinenxanA3[26]。ZhaoY[27]等从蛇根木悬浮细胞内分离得到3个紫15第2期刘学湘等:中药有效成分生物转化的研究进展杉醇同系物:10-脱乙酰紫杉醇、baccatinÓ和10-deacetylbaccatinÓ。宁黎丽[28]使用筛选出的短刺小克银汉霉对雷公藤甲素1a进行生物转化,得到4个新的转化产物,分别是5A-羟基雷公藤甲素1c、19A-羟基雷公藤甲素1d-a、19B-羟基雷公藤甲素1d-b、1B-羟基雷公藤甲素1h;利用黑曲霉对雷公藤内酯酮2a进行生物转化,得到1个转化后的新产物16-羟基雷公藤内酯酮2j。叶敏[29]等往桔梗悬浮培养体系中加入斑蝥素培养6d,培养液分离纯化得到混合存在的两个转化产物,鉴定为一对差向异构体1B-羟基斑蝥素和1A-羟基斑蝥素,且均为未见报道的新化合物。4醌类ZhanW[30]等筛选刺囊毛霉对大黄中的大黄酚、大黄素甲醚、大黄素进行转化,得到4个转化产物大黄酚-8-O-B-D-葡萄糖苷、大黄素甲醚8-O-B-D-葡萄糖苷、大黄素甲醚-1-O-B-D-葡萄糖苷和X-羟基大黄素。利用半乳糖代替葡萄糖作为培养基的碳源,转化大黄酚得到产物大黄酚-1-O-B-D-葡萄糖苷和大黄酚-8-O-B-D-葡萄糖苷的混合物,而非大黄酚的半乳糖苷。戴万生[31]等将大黄经酒精酵母、面包酵母后,总蒽醌含量略有降低,分别为生品的9718%、9812%,结合型蒽醌含量降低,分别为生品的52%、48%,游离型蒽醌含量增加6倍左右,缓和了大黄剧烈的泻下作用和对胃肠道的刺激。5黄酮类王园园[32]等研究StreptomycesgriseusATCC13273对柚皮苷、橙皮苷、黄芩苷及木犀草素的生物转化,产物分离鉴定分别是柚皮素-7-O-葡萄糖苷、柚皮素、橙皮素、黄芩素、黄芩素-6-甲氧醚和柯伊利素。另还用灰色链霉菌对芦丁进行转化,得到6个代谢产物,分别是槲皮素-3-O-B-D-葡萄糖苷、槲皮素、山奈酚-3-O-B-D-芸香糖苷、异鼠李素、异鼠李素-3-O-葡萄糖苷和山奈酚,其中4个化合物的抗氧化活性比芦丁强,并首次发现了苷类的去羟基化反应[33]。杨秀伟[34]等采用人肠内细菌与罗汉果中山奈苷共温孵培养的方法,将山奈苷转化生成山奈酚3-O-A-L-吡喃鼠李糖苷、山奈酚7-O-A-L-吡喃鼠李糖苷、山奈酚和对-羟基苯甲酸。6甾类化合物刘颖等分别利用唐古特山莨菪毛状根液体悬浮培养体系[35]和长春花悬浮细胞培养体系[36]对去氢表雄酮进行生物转化,得到多种不同的转化产物,且这些化合物均为首次通过植物组织培养生物转化的方法从悬浮培养体系中分离得到。冯冰[37]等利用新月弯孢霉(314381)在培养过程中产生的酶系对重楼皂苷Õ和重楼皂苷ÖC-3位糖链进行了选择性水解研究,结果表明新月弯孢霉均能将两者糖链末端的鼠李糖水解,得到两种单糖基甾体皂苷,转化产物分别鉴定为延龄草苷和偏诺皂苷元-3-O-B-D-吡喃葡萄糖苷。7结语作者对近几年中药中主要有效成分的生物转化作了介绍,报道中多以真菌、细菌、植物悬浮培养体系、生物酶等作为转化体系,以达到提高生物活性、降低毒副作用、缓和药性等作用。药用真菌是中药的重要组成部分,其具有强大的分解转化能力,但以此对化学成分进行转化的研究不多,以此为切入点进行广泛深入的研究具有广阔的前景。目前中药生物转化在我国还是处于起步阶段。它是涉及到中药、化学与生物学的交叉学科,随着与其联系融合的不断深入,将会为中医药的发展提供强大的推动作用。在传统中药研究的基础上,应用中药生物转化技术可以为开发新药、提高药物疗效、降低药物毒副作用的研究提供新的手段,为中药新药的发展开辟新的研究空间。参考文献(References):[1]于荣敏,王莹,马莉,等.诱导子对野罂粟悬浮培养细胞中活性生物碱产生的作用考察[J].药物生物技术,2003,10(4):218-222.YURong-min,WANGYing,MALi,etal.Productionofactivealkaloidsbyelicitedpapavernudicaulecellsuspensioncultures[J].PharmaceuticalBiotechnology,2003,10(4):218-222.(inChinese)[2]董世建,石贵阳,卢燕,等.微生物转化法生产d-伪麻黄碱[J].无锡轻工大学学报(食品与生物技术学报),2004,23(2):5-7.DONGSh-ijian,SHIGu-iyang,LUYan,etal.Microbialtransformationford-pseudo-ephedrinebyMorganellamorgani[J].JournalofWuxiUniversityofLightIndustry(JournalofFoodScienceandBiotechnology),2004,23(2):5-7.(in