于雷 李成龍， 于珊珊

（1.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，長春 130118；2.長春中醫(yī)藥大學 吉林省人參科學研究院，長春 130117）

人參是我國傳統(tǒng)的中藥材，在中藥中具有重要的地位，其化學成分復雜，藥理活性獨特，具有“百草之王”的美稱，古代多用于久病初愈大補元氣和滋補養(yǎng)生之用。2011年，人參食品正式上市，人參終于實現(xiàn)“藥食同源”［1]。隨著現(xiàn)代分離分析技術的發(fā)展，人們了解到人參皂苷是人參發(fā)揮藥理作用的主要成分。人參皂苷是由糖和苷元組成的糖苷類化合物，屬于三萜化合物。依照皂苷元的結構可分為3類：一類是齊墩果烷型五環(huán)三萜皂苷，皂苷元為齊墩果酸；另兩類是達瑪烷型的四環(huán)三萜皂苷，它們在人參皂苷中占大多數(shù)，是人參的主要活性成分之一。依據(jù)苷元的不同，可將達瑪烷型四環(huán)三萜皂苷分為原人參二醇系皂苷，如人參皂苷Rb1（GRb1）、GRd和GRh2等，原人參三醇系皂苷，如人參皂苷Re（ GRe ）、GRg1和GRg2等［2，3]。到目前為止，分離出人參皂苷單體40余種，其中主要含有人參皂苷Rb1、Rb2、Rc、Rg1和Re，占人參皂苷總量的80%以上［4]，其余皂苷只占皂苷總量的一小部分，被稱為稀有人參皂苷。雖然這些皂苷含量很少，但具有獨特的藥理活性。其中，稀有人參皂苷CK-原人參二醇型皂苷具有高效的抗皮膚老化，抗癌，抗炎，保護心肌的諸多功效，近些年來倍受人們關注。

人參皂苷CK在天然人參中并不存在，據(jù)早期文獻報道，人參皂苷CK是由人參皂苷Rb1轉化而來，轉化過程是腸道細菌作用的結果［5]。隨后的一些試驗闡明人參皂苷Rb1經(jīng)腸道微生物轉化成稀有人參皂苷CK的代謝途徑［6，7]。2011年，Wang 等［8]給6個健康人同時服用10 g人參根粉末，分別在0、2、4、7、9和12 h后檢測人體血漿發(fā)現(xiàn)，在不同時間點，人參皂苷Rb1、Rd、Rg2和CK相繼出現(xiàn)，且人參皂苷Rb1量逐漸減少而CK量逐漸增加。此試驗再一次驗證了CK是由Rb1經(jīng)腸道微生物轉化而來。人參皂苷CK作為發(fā)揮藥理作用的最終形式引起了研究人員的廣泛關注，進而對其藥理活性進行了大量的研究。

1 人參皂苷CK的藥理活性研究

1.1 抑制記憶T細胞

記憶T細胞在人體免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。當外來入侵者進入人體時，記憶T細胞會對其產(chǎn)生記憶，當其再次入侵時記憶T細胞會對其進行快速反應并通知效應細胞將其消滅，保護人體免受傷害。心臟病早已成為嚴重威脅人類生命健康的疾病之一，嚴重者需要靠心臟移植手術維持生命。在移植手術中心臟作為外源物質會受到機體的排斥，Kang等［9]通過研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷CK在心臟移植手術中具有抗免疫力的功能，能夠延長移植心臟的存活時間，人參皂苷CK在混合淋巴細胞反應中能夠顯著抑制CD4+和CD8+記憶T細胞的增殖。在小鼠體內人參皂苷CK能夠聯(lián)合抗-CD154和抗-LFA-1單克隆抗體延長移植心臟的存活時間，并沒有明顯毒副作用。數(shù)據(jù)中還顯示人參皂苷CK能夠減少白細胞介素-2和干擾素-γ的表達，而不是增強T細胞的表達。此研究對開發(fā)人參皂苷CK的臨床抗免疫藥物具有重要意義。

1.2 抗腫瘤促進細胞凋亡

由于經(jīng)濟發(fā)展造成的污染使癌癥患者的數(shù)量逐年增加，因此尋找治療藥物迫在眉睫。Cho等［10]的研究表明，人參皂苷CK能夠抑制人白血病細胞HL-60的生存，細胞的死亡具有典型的凋亡特征。caspase-8在人參皂苷CK激發(fā)的細胞凋亡中起到了關鍵性作用。Chae等［11]研究表明，人參皂苷CK能夠增強γ射線對人體內肺癌細胞NCI-H460的放射療效，誘導癌細胞凋亡。這表明CK具有和γ射線放射療法相結合治療癌癥的應用性。Wang等［12]利用試驗比較人參皂苷CK和Rb1對結腸直腸癌細胞HCT-116 和SW-480的影響，通過對它們進行分析發(fā)現(xiàn)，人參皂苷CK能夠顯著抑制癌細胞的增殖，細胞阻滯是發(fā)生在分裂期的G1期并誘導其凋亡。然而母體人參皂苷Rb1并沒有這些作用。結果表明人參皂苷CK可能成為有效治療結腸直腸癌的潛在藥物。Park等［13]研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷CK能夠抑制STAT3的磷酸化作用和其上游的活化因子JAK1，還增強了蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1的表達。結果表明CK誘導了U266細胞的凋亡，也表明CK在治療多發(fā)性骨髓瘤上具有的化學預防潛力。Hu等［14]利用人胃癌細胞系BGC823、SGC7901和裸鼠人胃癌移植瘤作為模型研究CK對胃癌作用機制。研究發(fā)現(xiàn)細胞周期阻滯發(fā)生在細胞分裂期的G2階段，CK通過線粒體介導內部途徑誘導BGC823和SGC7901凋亡。而在裸鼠中，CK有效抑制SGC7901細胞形成腫瘤。最終結果表明人參皂苷CK可以顯著抑制人胃癌細胞生長并誘導其通過Bid介導途徑凋亡。

1.3 抗炎

Joh等［15]給因服用三硝基苯磺酸而引發(fā)結腸炎的小鼠口服人參皂苷CK。結果顯示，人參皂苷CK可以抑制結腸髓過氧化酶達到88%。人參皂苷CK可以通過抑制促炎因子IL-1β、TNF-a和IL-6的表達，促進抗炎因子的IL-10的活性從而達到抗炎的目的。Park等［16]使用因全身感染和大腦缺血而產(chǎn)生的大腦疾病的小鼠模型觀察人參皂苷CK對其影響。結果發(fā)現(xiàn)，人參皂苷CK減少了iba1陽性激活小膠質細胞的數(shù)量，并抑制了α-因子和β-白細胞介素的表達，減少了缺血大腦中梗塞的體積，說明人身皂苷CK是很好的抗神經(jīng)炎疾病的藥物。Shin等［17]研究了人參皂苷CK對因使用惡唑酮造成小鼠耳部炎癥的作用后發(fā)現(xiàn)，在利用濃度為0.02%和0.05%的人參皂苷CK處理16 d后，小鼠耳部腫脹程度縮減了54%和76%。研究認為人參皂苷CK通過對巨噬細胞分泌的COX-2和Th細胞誘導的干擾素-γ和IL-4的調控，可以有效治療接觸性皮炎。

1.4 抗皮膚衰老

He等［18]對纖維母細胞分組培養(yǎng)，其中一組含有人參皂苷CK；另一組為對照組，培養(yǎng)2 h。隨后利用紫外線進行分組試驗，一組接受紫外線輻射，紫外線強度分別為50、100、200 KJ/m2。另一組不進行紫外輻射。試驗結果表明，金屬機制蛋白酶活性和蛋白質水平通過紫外照射后有所增強，但經(jīng)過CK處理過的被抑制。用CK提高了膠原蛋白的表達，抑制了紫外對纖維母細胞的輻射。CK是潛在的預防與治療皮膚衰老的藥物。

1.5 保護心肌

Tsutsumi等［19]對試驗小鼠進行心臟缺血再灌注試驗，并對離體心臟進行生化分析。在研究后發(fā)現(xiàn)經(jīng)過缺血再灌注后，與對照組相比，人參皂苷CK可以減少心臟梗塞面積。結果表明利用CK處理心臟可以減少Ca2+誘導引起的線粒體膨脹。此項試驗首次在小鼠上證明了CK對心肌缺血再灌注損傷具有保護作用并揭示了其機制。

1.6 人參皂苷CK亞慢性毒性研究

Gao等［20]通過給雄性和雌性狗注射人參皂苷CK來研究CK是否有毒性。注射劑量分別為6.7、20和60 mg/kg/day，隨后觀察90 d體重、進食量、血液、體溫、心電圖、尿檢、尸檢、器官重量和組織病理學檢查等多項指標進行檢測。結果顯示體重、進食量、血液、體溫、心電和尿檢等指標均未受到CK的影響，但對多指標觀測分析肝毒性時，肝中毒明顯，但作者認為這種現(xiàn)象有可能是可逆的。

2 人參皂苷CK的制備

人參皂苷突出的藥理活性引起了廣泛的關注，尋找一條有效的獲得途徑成為迫切需求。世界上很多學者致力于CK的生產(chǎn)研究。人參皂苷CK屬于原人參二醇型皂苷，此類皂苷結構特點是具有相同的母核，不同點是在C-3和C-20位是由不同糖基構成。傳統(tǒng)思維是通過利用酸堿水解的方法獲得產(chǎn)物，但化學方法存在污染大，耗資大，水解副產(chǎn)物多等弊端。由于研究已證實，人參皂苷CK在天然人參中并不存在，它是由人體腸道細菌作用后得到的。這為人參皂苷CK的制備開辟了一條新的途徑。目前用于生產(chǎn)人參皂苷CK的研究多數(shù)集中于生物轉化，主要包括微生物轉化和酶轉化。

2.1 微生物轉化的研究

土壤是微生物生長的主要聚集地，用于轉化生產(chǎn)人參皂苷CK的微生物主要來源于土壤。Wang等［21]從土壤中篩選出菌株Sphingomonassp. ZY-3，該菌株可以將人參皂苷Rb1轉化成人參皂苷CK，通過試驗對轉化過程進行闡述， 過程為Rb1→Rd→F2→CK，但并未對該菌株對人參皂苷Rb1的轉化率進行研究。Zhou等［22]利用菌株Paecilomyces bainiersp. 229對三七葉總皂苷進行轉化研究，結果顯示有人參皂苷CK的生成，并對影響轉化的因素進行了研究，獲得了菌株轉化人參皂苷CK的最佳條件，CK的最高轉化率高達82.6%。楊元超等從土壤中篩選出的鐮刀屬真菌串珠鐮孢Fusarium moniliforme可以將人參中含量較高的人參皂苷Rb1和Rd等轉化成人參皂苷CK，且轉化結果顯示人參皂苷Rb1可以被完全轉化。崔宇等［24]從土壤中篩選出了一種鐮刀霉屬Fusarium，真菌利用人參果總皂苷為底物轉化生產(chǎn)人參皂苷CK，轉化前后人參皂苷CK的量相差了40倍之多。研究人員也對影響轉化的條件和菌株進行了試驗。侯耀達等［25]利用霉菌GS1- 33轉化人參總皂苷生產(chǎn)人參皂苷CK，在以水為培養(yǎng)基，pH3.0時，人參皂苷CK的產(chǎn)率可達到14%。Chi等［26]利用食品微生物Bifidobacteriumsp. Int57，Bif. sp. SJ32、Aspergillus niger和A. usamii將人參皂苷Rb1轉化成了人參皂苷CK、Rd和F2。

2.2 酶轉化的研究

酶轉化法的優(yōu)點在于專一性強，時間短，過程簡單，產(chǎn)物易于分離。國內外學者都進行了相當多的研究，國內學者多利用β-葡聚糖苷酶進行轉化獲得人參皂苷CK并取得了一定的成果。姜彬慧等［27]利用4種工業(yè)制劑酶對三七葉總皂苷進行轉化獲得人參皂苷CK，并篩選出最佳酶制劑，其中β-葡聚糖苷酶對三七葉總皂苷轉化作用最強。Yan等［28]利用菌株Paecilomyces bainiersp. 229發(fā)酵獲得的β-葡聚糖苷酶能夠將人參皂苷Rb1轉化成人參皂苷CK，并研究了其主要代謝途徑為Rb1→ Rd→F2→CK，通過試驗還發(fā)現(xiàn)了另一種代謝途徑為Rb1→ gypenoside XVII→F2→CK。Noh等［29]利用菌株Sulfolobus solfataricus發(fā)酵獲得對熱穩(wěn)定的β-葡聚糖酶分別對Rb1、Rb2、Rd和Rc進行轉化獲得CK，分析認為其代謝途徑為Rb1或Rb2→Rd→F2→CK和Rc→Mc→CK。李翠翠等［30]從真菌Aspergillussp.g848p發(fā)酵產(chǎn)生人參皂苷糖苷酶，能同時轉化人參皂苷Rb1、Rb2和Rc生成人參皂苷CK，該酶最適溫度為45℃，最適pH為5.0，轉化時間為24 h。Noh等［31]從嗜酸熱硫化葉菌中Sulfolobus acidocaldarius分離出的β-葡聚糖苷酶可以將人參皂苷Rb1、Rb2和人參皂苷Rd轉化成稀有人參皂苷CK，對3種皂苷的轉化效率從高到低依次為Rb1>Rd>Rb2，并確定了其轉化途徑是Rb1→Rd→CK和Rb2→compound Y→CK。

2.3 重組酶轉化的研究

盡管酶法轉化具有一定優(yōu)勢，但從微生物發(fā)酵中分離轉化的酶，過程工序繁多，耗時長，產(chǎn)量低。利用現(xiàn)代酶工程技術對酶進行重組，獲得高表達的酶制劑省去很多麻煩。Noh等［32]利用來源于Sulfolobus solfataricus的熱穩(wěn)定重組β-葡聚糖苷酶將10%（W/V）人參根提取物轉化為CK。在溫度為85℃，pH為5.5時，對人參根提取物中的Rb1、Rb2、Rd和Rc總轉化率為45.7%。Yoo等［33]從火球菌屬菌種Pyrococcus furiosus中找到了表達β-葡聚糖苷酶的基因并克隆到大腸桿菌中。β-葡聚糖苷酶轉化Rd生成CK的轉化率高達82.5%（mol/mol），將10%人參根提取物中的Rb1、Rb2、Rd和Rc轉化生成CK，總轉化率為79.5%。

3 展望

我國藥用資源豐富，伴隨著現(xiàn)代科學技術的進步，研究工藝迅猛發(fā)展，中醫(yī)藥理論的日漸完善，很多中藥單體的活性已經(jīng)得到國際公認。人參中多種成分都已開始得到研究［34-36]，而人參皂苷CK以其突出的藥理活性引起人們廣泛的關注。例如，抗皮膚衰老、抗血栓、抗炎、保護心肌，特別是在誘導癌細胞凋亡，治療癌癥方面具有突出的表現(xiàn)，為治療抗癌藥物的開發(fā)提供了新的道路。人參皂苷CK是原人參二醇型皂苷在人體腸道內的代謝產(chǎn)物，天然人參中并不存在，尋找一條有效的生產(chǎn)途徑尤為重要。目前用于制造CK的方法分為化學法和生物法?；瘜W方法存在產(chǎn)物難以控制，難以獲得單一性的目標產(chǎn)物，后續(xù)還要大量的分離工序，對環(huán)境污染比較嚴重等缺點。因此，相關研究逐年減少，現(xiàn)在多集中于生物轉化法上。生物轉化法對設備要求不高，反應溫和，關鍵優(yōu)勢在于生物轉化法的產(chǎn)率高，產(chǎn)物比較單一，省去了大量的分離工作?，F(xiàn)在重組酶已經(jīng)用于轉化酶的生產(chǎn)當中，利用現(xiàn)代生物技術，獲得大量的轉化酶。相信人類在稀有人參皂苷CK生產(chǎn)方面必定取得突破，能夠促進人參資源的有效利用，使其在醫(yī)藥和食品領域大放異彩。

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