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这对于增加天然产物结构多样性、寻找药物先导化合物、促进珍稀物种资源可持续利用、提高生产效率、降低成本等多个环节均有广泛的应用价值。
关键词:天然产物;生物转化;微生物;游离酶;细胞培养中图分类号:R282.1 文献标识码:A 文章编号:02532670(2005)06094105Advances in studies on biot ransformat ion of natural pr oductsFENG Bing,MA Bai-ping(I nstitute of R adiation M edicine,Aca demy of Military Medical Sciences,Beijing100850,China)Key wor ds:natural products;biotr ansfor mation;microorganism;free enzyme;cell cultur e 生物转化(biotr ansfor mation)是利用植物离体细胞或器官、动物细胞、微生物及其细胞器,以及游离酶对外源性化合物(exogenous substrat e)进行结构修饰的生化反应。
近年来,随着基因工程、细胞工程、酶工程技术的不断发展和完善,使该项技术广泛用于天然化合物的结构修饰和合成、有机化合物的不对称合成、药物前体化合物的转化、光学活性化合物的拆分和药物代谢研究等诸多领域。
酶及酶体系能将许多天然化合物转化为具有较高生物活性的物质。
近年来开展的采用植物细胞、微生物和游离酶对天然化合物如人参皂苷、三七皂苷、大豆皂苷、甘草皂苷、甾体化合物等进行结构修饰的研究已取得可喜的进展。
1 水解作用研究显示,糖链的结构对皂苷生物活性起着非常重要的作用。
如含有从黄山药中提取的8种甾体皂苷的中药制剂——地奥心血康胶囊对冠心病、心绞痛、心肌缺血等症有显著疗效,其中皂苷结构上的差异只是糖链的不同;它们的苷元与薯蓣皂苷元类似,而薯蓣皂苷元却不具有上述疗效,反而有明显的细胞毒性作用。
甾体皂苷是植物中一类重要的生物活性物质,具有多种生理活性。
目前对其生物活性的研究已从溶血、抗生育等方面转向更有应用前景的抗癌、抗真菌、治疗心血管疾病、调节免疫以及治疗糖尿病等方面。
由于甾体皂苷结构的复杂性,合成难度较大。
通过生物转化的方法得到高活性、低毒性的甾体皂苷已成为该领域的发展趋势。
人参皂苷是人参中的主要活性成分。
近年来,人参皂苷以其独特的生理和药理活性,特别是在抗癌、抗氧化及抗衰老方面的疗效使其成为最有开发潜力的化合物之一。
由于含有不同糖链的人参皂苷生物活性和毒性不同,因此,希望通过酶的水解作用来对其进行结构改造,以获得高活性的人参皂苷。
金东史等[1]利用人参皂苷-B-葡萄糖苷酶将人参中含量较高的皂苷——R b、Rc和Rd等原人参二醇类皂苷转化,得到具有高抗癌活性的人参皂苷R h2;董阿玲等报道了利用49种微生物菌株对人参皂苷Rg1进行生物转化研究,发现X收稿日期:2004-09-20*通讯作者 马百平(1966—),男,山东德州市人,博士学位,现于军事医学科学院放射医学研究所从事中药有效成分研究及新药研究开发。
T el:(010)66930265 E-mail:ma bp@s 小型丝状真菌黑曲霉As p er gillus niger 3.1858和蓝色犁头霉Absid ia coer ulea 3.3583能在6d 后将Rg 1C20位的糖基水解,完全转化为弱极性代谢产物R h 1——具有强抗癌活性物质;这种转化方式与以往报道的Rg 1在小鼠胃、小肠以及人小肠内代谢的方式不同。
并由此推测,真菌酶体系中的水解酶对Rg 1C20位的葡萄糖有特异的立体选择性,而对C6的葡萄糖则选择较低。
与此同时,他们还利用49种微生物对三七中主要皂苷成分——人参皂苷Rb 1、Rg 1、Rd 、Rb 2、Re 、Rg 2及三七皂苷R 1进行了系统的生物转化研究,通过反复探讨,建立了4种能够大量培养,对人参皂苷Rb 1、Rg 1、Rd和三七皂苷R 1(图1)进行生物转化的真菌转化体系,并已从4种真菌体系中得到8个转化产物,其中Rd 和Rh 1的转化率达85%以上,转化产物人参皂苷Rg 3、R h 2、R h 1在人参属植物中都是微量成分,具有强抗肿瘤活性,这对稀有人参皂苷的生物转化制备、新药开发及进行工业化生产具有重要的应用价值。
同时系统地比较了8种真菌转化体系对三七中7种主要皂苷类成分生物转化的底物特异性,显示新月弯孢霉Curvula r ia lunata (Wald.)Boed.3.1109和3.4381、顶头孢Cep ha lo spor ium acr emonium Cor da 3.2058、Cephalospor ium ap hidico la Saccar do 3.2059只能转化原人参二醇型皂苷,不能转化原人参三醇型皂苷;少根根霉Rhizo p us a r rhizus F is-cher 3.2896和3.3538主要转化原人参二醇型皂苷;黑曲霉Asperg illus niger V.T iegh 3.1858和蓝色犁头霉Absidia coer ulea Bain 3.3538只能转化原人参三醇型皂苷,而不能转化原人参二醇型皂苷。
这些研究为进一步探讨酶的作用机制及转化规律奠定了坚实的基础[2]。
图1 人参皂苷Rb 1转化为人参皂苷Rh 2(A )和三七皂苷R 1转化为人参皂苷Rh 1(B )F ig .1 Ginsenoside Rb 1tr ansf or med to ginsenoside Rh 2(A )and P anax notoginsengsaponin R 1tr ansfor med to ginsenoside Rh 1(B )by f ungi 大豆皂苷具有多种生理活性。
许多研究表明大豆皂苷所带的糖分子数目越少,其豆腥味越弱,而生理活性越高。
利用某些微生物体内的酶体系去除大豆皂苷的部分糖基,不仅去除了豆制品的豆腥味,而且还产生抗氧化、调血脂等特殊功效。
田晶等利用8种霉菌菌株对7种大豆皂苷糖苷键的水解能力进行探讨,筛选得到米曲霉Asperg illus oryza e (Ahlb.)Cohn 39s 、黑曲霉848s 和米曲霉慢s 3种菌株所产的B -葡萄糖苷酶活性较高,均对大豆皂苷的糖基有水解作用,使其转化成低糖基皂苷及苷元[3];并且对酱油制曲过程中大豆皂苷的变化与A .oryza e 39s 、A .oryza e 42s 和A .nig er 848s 菌株对大豆皂苷酶解的变化进行了比较,通过研究发现,两种过程所产生的新皂苷很相似;同时还发现,酱油发酵过程中大豆皂苷组成和含量都发生变化。
一方面,由于酱油曲子中含有水解大豆皂苷糖基的酶,可以水解部分糖基,产生低糖链、高活性的大豆皂苷;另一方面,大豆皂苷在酱油发酵过程中含量随时间增加,由10.40mg/mL 增加到30d 时的19.00mg /mL 。