微生物转化人参皂苷研究进展

赵方允，陈自宏，虞泓，曾文波

微生物转化人参皂苷研究进展

赵方允，陈自宏，虞泓，曾文波

人参皂苷属于达玛烷型四环三萜类，是由苷元与糖连接而成的一种苷，依据苷元不同，可分为原人参二醇皂苷如Rb1、Rb2、Rc、Rd、Rh2 等和原人参三醇皂苷如 Re、Rg1、Rg2、Rf、Rh1 等[1]。人参皂苷主要存在于五加科人参属植物，如人参、三七、西洋参、高丽参、越南人参、珠子参、竹节参，以及葫芦科绞股蓝属绞股蓝和喙果绞股蓝等植物的根、茎、叶或花蕾中[2]，是人参属植物的主要活性成分之一，具有多方面药理活性。2002 年，日本学者 Zou 等[3]从云南野生三七中分离出六种新型达玛烷型三萜皂苷。现已分离出的人参皂苷有 50 多种[4]，相信将来会有更多的人参皂苷被发现。人参皂苷 Rb1 和 Rg1 在天然植物中含量较高，而Rg3、Rh2、compand K 等含量甚微。但是，人参皂苷在体内菌群的作用下可代谢为具有抗变态反应活性的 compand K[5]。许多药理研究表明，稀有人参皂苷（如 Rh1、Rh2、Rg3、Rb3 等）药效更为珍贵，在某些难治性疾病如肿瘤治疗方面显示独特的疗效[6-7]。因此，如何获得大量的稀有人参皂苷成为现代药学研究的重点。近年来，利用微生物转化法对人参皂苷进行生物转化制备稀有人参皂苷，取得了不少有意义的成果，对转化机制的研究也取得不少进展，本文针对这方面的内容做一综述。

1 微生物转化人参皂苷的意义

人参皂苷具有多种生理活性和药理功能，但天然人参皂苷的分子结构并不是活性最佳状态。通过对皂苷活性的研究发现，人参皂苷的抗肿瘤活性与皂苷糖链结构的关系为：苷元 ＞ 单糖苷 ＞ 二糖苷 ＞ 三糖苷 ＞ 四糖苷[8]。并且，人参皂苷的结构因糖基侧链的不同，显示出的性质和功能也有较大差异，不同的人参单体皂苷具有不同的药理活性。例如人参皂苷 Rb1 具有营养神经、保护心肌、改善记忆力、抗衰老、抗氧化、保肝等作用[9-11]；人参皂苷 Rg1 具有拮抗肾小管上皮-肌成纤维细胞转分化的作用[12]；人参皂苷 Rh2具有极强的抗肿瘤活性[6]。而 Rb1 与 Rh2 在结构上仅是C3 和 C20 上的糖基不同。采用微生物转化技术能有效地改变皂苷的糖链结构，提高其生物活性。

如何获得人参单体皂苷，特别是如何提高稀有人参皂苷含量，国内外学者做了不少研究，如采用化学法[13]、组织培养法、酶法[14]、微生物发酵法等获取人参皂苷。早在 1989年郑光植和王世林[15]就对三七愈伤组织培养和细胞悬浮培养进行过一系列研究，通过调整培养基，使三七愈伤组织的生长速率达原初培养愈伤组织的 4 倍。愈伤组织中总皂苷含量高达 13%，为原植物的 3 倍。目前，国内外报道的关于微生物转化人参皂苷的文献，主要是针对人参中稀有皂苷的转化，也有针对三七中人参皂苷微生物转化的报道，但多数都停留在试验阶段，没有真正用于大量生产。因此，找出一种能有效提高稀有人参皂苷含量的微生物转化方法，并应用于工业化生产，对医药产业的发展具有重大意义。

2 人参皂苷微生物转化研究现状

2.1 微生物转化反应机制

微生物转化是指通过微生物整体细胞或酶将复杂的底物进行结构修饰，也就是利用微生物代谢过程中产生的某个或某一系列的酶对底物（或外源化合物）进行催化反应[16]，把一种化合物变成相关的更有经济价值的产物，来完成常规化学方法难以实现的反应。

微生物转化人参皂苷反应机制为微生物产生的酶水解掉人参皂苷中的糖基，引起结构的转变。常用方法有液体发酵法和固体发酵法，发酵温度在 20 ～ 37 ℃ 之间，时间一般不超过 10 d。

2.2 近年来关于人参皂苷微生物转化报道

本文从研究材料、微生物、转化产物及其意义几个方面对近年来国内外有关人参皂苷微生物转化的报道进行列表对比（表 1）。

从表 1 看出，研究部位包括人参、三七、西洋参等原药材及其中含有的总皂苷或单体皂苷，发酵菌种大多数是以真菌为发酵菌株，部分研究选用肠道正常菌群，也有以大型药食兼用真菌做发酵菌株。转化结果看，大多数是将稀有人参皂苷含量提高，部分产生新的人参皂苷，也有部分是发酵后产生了抑菌物质，导致发酵液药理活性发生改变等。

2.3 讨论

可以看出，人参皂苷研究已经引起广泛关注。笔者利用从三七中分离出的真菌对其进行转化，通过指纹图谱对照，筛选出对人参皂苷定向转化菌种，取得了一定成果，正在进一步研究。但是如何能将研究用于临床，真正起到治病的作用，我们可以从以下几方面着手：①研究有效发酵方法，是否能提高本身含量比较高且疗效确定的人参皂苷的含量；②研究生药发酵后粗产品的药理活性，作用是否改变或产生新的药理作用，对比指纹图谱，分析药效改变原因，甚至制定标准化生产方案；③优化培养方案，批量发酵生产，对发酵后的成分包括皂苷、多糖、总黄酮等进行分离纯化，提高有效成分的产量；④研究其他一些含有人参皂苷并且价格比较便宜的植物，如绞股蓝的微生物转化，以降低当前生药短缺压力；⑤能否通过发酵产生新的皂苷成分或增加稀有人参皂苷含量。

表 1 近年国内外关于人参皂苷微生物转化的报道

3 结语

人参皂苷在体内和体外均可以发生生物转化。体外转化途径分为化学法、酶解法和微生物转化法。化学法，如缓和酸水解、碱裂解等反应条件不好控制，不可避免产生同分异构体、羟基化等副产物[24]；酶解法是利用酶的催化活力，反应周期短，污染小，所得的产物纯度高，但反应条件不易控制，酶易失活；相比之下微生物转化法成本低，副产物少，应用广泛。需要注意的是，提取方法对皂苷成分也有影响，如西洋参采用加热回流水提取法比用甲醇常温提取法经HPLC 检测多出 Rg3 和 Rh2[37]。为将转化人参皂苷实现生产应用，确定各种高活性代谢物质的生理代谢途径，筛选可以专一性转化的高产菌种，优化方案，寻找合适的工业生产条件，对于大规模生产稀有人参皂苷或提高皂苷产量及其临床应用具有重大意义。当然，这需要做大量的工作，需要我们不断地去努力。

参考文献

[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)李学哲, 朴惠顺. 人参皂苷 Rh2含量测定方法及药理作用研究现状. 延边大学医学学报, 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)窦德强, 靳玲, 陈英杰. 人参的化学成分及药理活性的研究进展与展望. 沈阳药科大学学报, 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, 江荣高. 人参皂苷 Rb1的药理活性. 国外医药(植物药分册), 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)贾继明, 王宗权, 吴立军, 等. 人参皂苷Rb1的药理活性研究进展.中国中药杂志, 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)刘娜, 朴虎日, 赵余庆. 稀有抗肿瘤人参皂苷衍生物的制备与分离.中药材, 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, 韩颖, 赵余庆, 等. 酶转化三七叶总皂苷制备人参皂苷C-K的工艺优化. 中草药, 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)郑光植, 王世林. 三七愈伤组织的培养. 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)王身艳, 陈建伟, 张蔚学, 等. 双向发酵对白芍 HPLC指纹图谱及芍药苷含量的影响. 现代中药研究与实践, 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, 刘铁汉, 王巍, 等. 肠内菌群对人参皂苷 Rg_1的代谢转化作用的研究. 中国中药杂志, 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)昆明诺唯金参生物工程有限责任公司. 一种链霉菌发酵三七皂苷制备稀有人参皂苷Compound K的工艺: 中国, 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, 韩颖, 等. 微生物对人参果总皂苷中人参皂苷化合物K的转化作用. 中草药, 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)韩颖, 胡筱敏, 姜彬慧, 等. 人参土壤中活性微生物的筛选与稀有抗肿瘤成分的转化. 中药材, 2007, 30(6):705-707.

[23] Fu JG. The study of microbial transformation of ginsenoside. Changchun: Jilin Agricultural University, 2004. (in Chinese)付建国. 人参皂苷微生物转化的研究. 长春: 吉林农业大学, 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)昆明诺唯金参生物工程有限责任公司. 一种链霉菌发酵三七皂苷制备20(S)-人参皂苷Rh1的工艺: 中国, 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)吴秀丽, 王艳, 赵文倩, 等. 一种真菌对人参皂苷 Rg3的转化. 微生物学报, 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)吴秀丽, 张恰轩, 赵文倩, 等. 真菌EST-I及EST-II对人参皂苷Rg1定向转化为人参皂苷F1的研究. 沈阳药科大学学报, 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)韩颖, 胡筱敏, 姜彬慧, 等. Fusarium sacchari对三七茎叶中有效成分生物转化条件的优化. 应用生态学报, 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)韩颖, 姜彬慧, 胡筱敏, 等. Fusarium sacchari转化三七茎叶皂苷的稀有抗肿瘤成分. 中草药, 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)赵鹏, 刘亚君. 真菌转化三七产物抑菌作用的初步研究. 云南中医学院学报, 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)云南大学. 利用微生物转化三七产生的抗菌活性物质及其应用:中国, 1800342A, 2006-07-12.

[34] Zhao P. Preliminary study of notoginseng fermentation. Kunminh: Yunnan University, 2006. (in Chinese)赵鹏. 微生物发酵中药三七初步研究. 昆明: 云南大学, 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)马伟光, 赵云丽, 汪霞, 等. 滇产三七固态生物转化产物的初步药理研究. 中华中医药杂志, 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)浙江大学. 一种发酵改善三七主要功效成份的方法: 中国, 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.

作者单位：650051 昆明市延安医院药剂科（赵方允）；650091 昆明，云南云百草实验室/云南大学中草药生物资源研究所（陈自宏、虞泓、曾文波）

通讯作者：赵方允，Email：zhaofangyun@126.com

收稿日期：2010-01-21

DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2010.03.011