甘草酸与甘草次酸的生物转化方法研究概述

养过程 中产生 的能催 化 甘草 酸 、甘 草 次酸转 化 的不
同酶系统有关 。
甘草酸与甘草次酸的微生物转化所需的菌株可
从土壤 中获得 , 也 可 以来 自植 物组织 中 , 然而 如何
从这些众多的菌株 当中筛选 出能够转 化产生有 价值
的 目标产物 、且 专一性 强 的菌株 , 是微 生物转 化甘 草酸和甘草 次酸 的关 键环 节 , 方便 、快捷 的微生 物
胞组成的生物转化系统具有直接使用前 体 、细胞转
移限制少和不存在影 响细胞 活力 和生理状态 的介质
等优点 , 是 目前使用最多 的一个转化 系统 。 用
毛状根作为催 化 系统进行 的生 物转 化反 应 , 相对 于
悬浮细胞 , 毛状 根具 有 生 长快 速 、加倍 时 间短 、遗
传和生化稳定 的特点 。
〔关键词 〕 甘草酸 甘草次酸 生物转化
生物 转 化
也称生物催化
, 是指利用植物离体培养细胞或器官 、 动物 、微生物及细胞器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 , 反应类 型有水解 、经基化 、酞基化 、糖基
多 , 但是要获得专一性强的微生物转化菌株和适宜的 转化条件还是较为困难 。加强菌株筛选及其简便 、快
捷 的转化条件研究 , 对利用微生物转化甘草酸 、甘草 次酸等甘草成分 的工业化生产有重要的意义 。
肠 内菌转化
肠 内菌转化
与
一般微生物转化 , 有相 同之处 , 也各有特点和用途 , 主要表现在两者都是以微生物菌株为基本转化体系 ,
刃年 月 第 卷 第 期
粼 绷邀
中国现代 中药
甘草酸与甘草次酸的生物转化方法 研 究概 述“
沈寿茂 , , 黄 明进 , , , 王文全 , , ’, 徐立军 ’ 北京 中医药大学 中药学院 , 北京
中药材规范化生产教育部工程研 究中心 , 北京
〔摘要 〕 目的 综述甘草酸与甘草次酸的生物转化方法研究概况 。方法 查阅国内外相关文献 , 对甘草酸与 甘草次酸生物转化的技术方法进行了较详细介绍 。结果 甘草酸与甘草次酸的生物转化一直是国内外研究的热点 内 容 , 其技术方法归纳起来主要有植物组织细胞培养 、微生物转化 、酶水解等几种 。结论 生物转化能产生新 的化合 物 、提高有效成分的活性 , 具有环保 、节约资源等特点 。
化方面 已取 得一定 的研 究成 果 , 如对 人参皂 昔 、
芦丁川 、甘草酸川等 的生物转化研究 , 从 中获得 了
多种活性较强的新化合物 。
甘草酸是甘 草药材 中重要 的活性成 分 , 其 含量
高 、生理活性强 , 而甘草次酸是甘草酸 的一 系列衍
生物之一 , 它们都具有解毒〔’ 、抑制肝纤维化〔‘等 作用 , 在医药 、食 品 、化妆 品等行业 中的应用非 常 广泛 。但是 , 当今甘草资源 的 日趋 匾乏 , 已不能满
植物组织细胞培养
植 物组 织 细胞 培养
。
是一类新 的生物转 化 系统 , 用该 方法来 转 化 甘草 酸
和甘草次酸 , 其 反应 体 系 主要 包 括 种 类 型
用植物悬浮细胞作为催化系统进行 的生物转化反应 。
如
等 ’。〕用光果甘草 的细胞悬 浮培养转化
甘草次酸 , 得到 种 产 物 来自百度文库这 种 由游 离甘 草悬 浮细
等 川利用人参毛状
根转化甘草次酸 , 可得到 个转化产物 , 其 中 个 为新化合物 , 这 主要 是人 参 毛状 根对 甘 草 次 酸有 糖
基化和丙二酞基化 的生物转化能力 , 由于甘 草次酸
一 上连有 梭基 , 一 连有经基 , 人参 的毛状 根培 养能使其形 成昔 , 而后 因产 物 连 有一 部 分 糖 基 , 又
。
和
表一阳 一甘草 次 酸 一 一 一
,两
者为差 向异 构 体 , 且 可 以通 过 代 谢 中 间物 一去 氢
阳 一甘草次 酸 一
一一
进
行逆转 。
等 〕从人 的肠道菌群 中得 到一种 真
细菌甘草 酸 葡 萄糖 昔 酸 酶
一一
为甘草次酸 但
, 能将甘草酸水解转化 ”〕在研究甘草酸 、甘草次酸
和甘草次酸单葡糖醛酸在肠 内菌代谢 的差异时发现
足 日益增长 的社会需求 , 提倡 甘草成分 的生物转化 ,
对寻求解决 资 源危机 的新途径 、提 高成 分 活性 、发
现新化合物等方 面具有重要 意义 。甘草 酸属 于三菇
类化合物 , 该类化合物在甘草属 倪”哪 入
植
物 中已鉴定得到 种 图 , 其 中甘草酸 、甘草次酸是
研究较多的成分 , 这 两种 成 分 以及 其他 甘草 三 菇类 成分的生物转化已成为国内外学者研究 的热点 内容 。 对此 , 笔者按照转 化过程 中所采 用 的生 物转 化 反 应 体系的不同 , 对甘草酸 、甘草次酸生物转化 的技 术方法及其研究成果进行概述 , 为今后开展甘草三 菇类活性成分生物转化的进一步深人研究提供参考 。
转化菌株筛选模 型的建立是研究 的主要 内容 , 也是
菌株筛选 的有效途径 。何晨 ’〕利用纯度 为
的甘
草酸为碳源 的筛选模 型 , 从 新疆 野 生甘 草土壤 中分 离筛选得 到具 有水解 甘草 酸产 生甘草 次酸 的菌株 ,
并采用发酵法转化甘草生产甘草次酸 , 其终浓度为
·一’, 达 到产 业 化 水 平 。王 云【”利 用 从 土壤
化成 苯 甲醛 、人 参 皂 昔 , 、黄 芬 素 等 相 应 产 物 , 供 了又一新 的思路 和方法 。
其对肿瘤细胞毒性 比原化合物更强 , 同样甘草酸在
综上所述 , 直 接 以酶为反应 体 系 的生 物转 化 ,
肠 内菌作用下转化成甘草次酸后 , 抗肿瘤作用也增 是获得单一 目标 产物 的有效途 径 , 方 便 、快捷 、产
中分离得 到 的一种绿 色木霉进行 生物转 化 甘草 酸 ,
产物为单葡萄糖醛酸基甘草次酸 , 转化率 约为
。宋素琴等 〔’从胀果甘草不 同组织 中分离得到
的 株 内生细菌进行筛选 , 得 到一株 能产甘草酸
类似物的肉生枯草芽胞杆菌 召配
。
大量 的研究证 明 , 用微生物转化甘草 酸 、甘 草次
酸具有非常大的应用情景 , 效益高 , 获得 的 目标组分
下 , 甘草酸可 以直 接转 化 为甘 草 次 酸 , 或先转化 为
单葡萄糖醛酸基甘草次酸 , 然后再转化为甘草次酸 ,
这两种转化方式都是要在肠 内菌代谢酶 的作 用下才
发生反应 。如
等 ’〕在甘草酸的人肠 内菌代
谢实验 中发现 , 甘草酸被转化成 了两个新 的化合物 ,
分别为 阳一甘草次酸 一 一
微生物转化
微生物转化
是利用微生
物代谢过程 中产生 的酶催化底物发生 的反应 , 在该
生物反应体系 中 , 微生物细胞 的增殖 比植物细胞更 快 , 基 因转 化表 达 、基 因重组 、原 生质体 融合 比动
植物细胞更容 易成 功 , 所 以整个过程 可 以实现 自动
化 、连续化 , 转 化效率高 。有学者利用微 生物及其
微生物转化进行分别叙述 。
甘草酸和甘草次酸在肠 内菌生物转化研究 的文
献报道也逐年增多 , 日本学者从 世纪 年代就
开始 了其在肠 内菌 的生物 转 化研 究 , 取 得 了一定 的
研究成果 , 从 中也 有 一些新 发 现 , 这对 我们进一 步
深人研究提供 了宝贵 的参 考 资料 。在肠 内菌 的作用
甘草酸能够被肠 内菌单 独代谢 , 但 当甘 草 酸 与代 谢 物一同存在时 , 则不易被代谢 , 这可能与代谢 物甘 草 次 酸 能 影 响 甘 草 酸 户 一葡 糖 醛 酸 酶
一一
等肠 内菌代谢 酶 的活性 有
关 一 。此外 , 。 渺 还认 为肠 内菌 菌群 对 甘
草酸的代谢还受到 值 的影响 。
,
一
一一 一 一一一一
, 而通
过镰刀菌 尸公 “
发酵转化 , 获得另一个新 的
产物为 , 一 一 一 一 一 一
, 该转化
物还具有抑制脂 氧化酶
的 活 性 〔”〕。马 晶
等 ”通 过 实验研 究 , 认 为刺囊 毛霉
能够
专一性地对甘草次酸进行经基化反应 , 形成 主产物
切 一经基甘草 次 酸 。
等 〔“】利 用
结语
中药活性成分是 中医药用 之 防治疾 病 的物 质基 础 , 然而中药成 分是一个 复杂 的庞 大体 系 , 往 往很 多成分 活性 低 、毒性 大 、含量低 等 , 阻碍 了成 分 的 开发应用 。如果对这 些成 分进 行 转 化 , 从 而得 到强 活性 、低毒性的化合物将是提 高新 药筛 选成 功率 的 重要技术手段 。大量 的实验 研究 表 明 , 生 物转 化技 术是中药活性成分转化研究 的一把金 钥匙 , 该技术 在甘草酸 、甘草 次 酸转化 的研究 应 用 中 , 充分体 现 了其独到的优势 , 为 中药 活性 成 分 的研 究提 供 了有 力的工具 。同时 , 对 阐释 药物 在 生 物体 内的代 谢 过 程及其作用机制有很重要 的辅助作 用 , 如建立微生 物转化模 型模 拟药 物在肠 内菌作 用 下 的代谢 过程 ,
化等 , 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 和后处理简单等优点 , 并且可
以进行传统有机合成不能或很难进行的化学反应 〔’〕。
近年来 , 生物转化技术在 中草药活性成分研究
中的应用 已成 为研究 的热点课题 , 在 中药昔类化合
物 、黄酮类化合物 、三菇化合物等活性成分生物转
产生 的酶 进 行 甘 草 酸 、甘 草 次 酸 成 分 的生 物 转 化 ,
获得 了多个 目标 化 合 物 , 且 在 不 同 的菌 种 条 件 下 ,
获得 的代谢产 物也有所 不 同 , 如 阳 一甘 草次 酸通 过
雅致小 克银 汉 霉 菌
咭
的微生
物转化 , 其转化 产 物 经 过 结 构 鉴 定 , 确定 是
但是反应体 系 中菌株 的宿 主不 同 , 肠 内菌 生 物转 化
是以动物体肠 内菌群 为对象 的研究体 系 , 适 合模拟
药物在人肠 内的代谢及其 吸收机制 的阐释 , 在此层
面上 , 研究药物 的肠 内菌生 物转 化 , 将 更具 有 价值
和意义 。因此本 文将肠 内菌 生物转 化方 法 与一般 的
··
年 月第 卷第 期
中国现代 中药
中草药有效 成分 经肠 内菌 生物转化 后 , 得 到 的 山 。
一 一刀一
, 专一性强 , 转
目标化合物常常具有更强的生物活性 , 如苦杏仁昔 、 化效率高 。研究 肝药酶 对甘草 酸 、甘 草 次酸 的生 物
人参皂昔 、黄荃昔等化合物在肠 内菌作用下 , 转 转化过程 , 对揭 示 甘 草保 肝 降 酶 作 用 的科 学 内涵 提
使其产物丙二酞基化 。植 物组织 细胞培养应 用于甘
△〔基金项 目 」 国家大学生创新性实验计划
〔通讯作者 〕 ’王文全 , 一
的
·
··
《为 年 月 第 卷 第 期
中国现代 中药
洲刃
草酸 、甘草 次酸 的生 物转化 , 具 有 重现性好 、材料 充足 、周期短等特点 。利用这些特点我们 可 以在实 验 中获得充足 的该类药物成分和新 的化合物 , 在获 得新化合物 的同时还可以缓解甘草资源 的不足 。
对甘
草次酸进行 了生物转化 , 获得 了包括 切 一经基甘草次
酸在 内的 个 化 合 物 , 其 中 个 是新 的化合 物 。
廿 等 ”〕利用黑 曲霉素生物转化甘草次酸 , 也 得到 了 种 产 物 , 其 中一种 为新 化合 物 。可见 , 在
不 同微生物反应体 系下 转化 甘草酸 和甘草 次酸 , 所 获得 的 目标成 分具 有较 大差 异 , 这 可 能与菌株 在培
强 了〔,了, 进一步的实验证实 , 普通 大 鼠灌 胃甘草 酸 率 高的优势 , 在工业化生产 中具有 一定应用 价值 。
后 , 在血浆 中检测不 到甘草 酸 , 只检 测 到甘 草次酸 , 在无菌大 鼠血浆 中只检测 到甘草酸 , 而未检测 到甘 草次酸 , 说 明了甘草酸在肠道 内的代谢转化过程 中 , 肠道菌群 的作 用是不 可缺 的 ’一川 。更重 要 的是 甘草 酸或其衍生物在体 内除 了 自身受 到肠 内菌 的代谢 转 化外 , 还可能影 响其他药物在肠 内的吸收代谢 , 如 甘草酸能改变抗肿瘤药物氨 甲叶酸在体 内的代谢参 数 〔’〕, 这是否与肠 内菌协 同作用或甘草酸及其代谢 物破坏 了代谢该 化合物 的酶系统有关 , 还有 待进 一 步 的实验证 实 。这 些 研 究 结 果 对 了解 甘 草 酸 、甘 草 次酸在体 内的变化规律及其代 谢途径提供 了实验依 据 。此外 , 肠 内菌转 化还 可 以作 为 阐释甘草 酸 、甘 草次酸成分在动物体 内作用机制 的辅助工具 。