楊樹玲 陳 冬 孔維寶 張愛梅 牛世全

（西北師范大學生命科學學院 甘肅蘭州 730070）

紅曲霉是一種常見的絲狀腐生真菌，將其接種于大米中可得到發(fā)酵紅曲米。在中國，紅曲米被應用于制作醋、酒、腐乳和蜜餞，以及治療消化不良、腹瀉、脾胃不和等方面，已有1000 多年的歷史。隨著對紅曲霉研究的不斷深入，紅曲霉產生的次級代謝產物日益受到重視。20世紀70年代，日本學者從紅色紅曲霉中分離得到具有降低膽固醇作用的活性物質莫納可林K（Monacolin K，MK）。1994年，成都地奧制藥集團首先推出含有MK 的紅曲天然降脂藥——脂比妥片。之后日本、美國及韓國等多個國家也相繼應用了MK 類降脂類藥物，這進一步引起了國內外廣大學者對紅曲霉次級代謝產物的濃厚興趣。此外，大量研究還發(fā)現(xiàn)紅曲中除含有莫納可林類化合物外，還含有紅曲色素、γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）、麥角甾醇、氨基多糖等生理活性物質；這些活性物質具有抑菌防腐、預防心血管疾病、降低血脂和抗腫瘤等豐富的藥理作用［1］。本文結合國內外在紅曲霉代謝產物研發(fā)方面的報道，綜述紅曲霉發(fā)酵制品中的代謝產物及其藥理作用、國內外研發(fā)現(xiàn)狀及需要解決的問題等內容，為我國利用紅曲發(fā)酵制品開發(fā)天然藥物和功能性食品的研究工作提供參考。

1 紅曲霉發(fā)酵制品中的代謝產物種類與功能

紅曲霉在培養(yǎng)過程中可以產生多種代謝產物，目前已檢測出的有紅曲色素、MK、桔霉素、麥角固醇、抑菌性物質等。圖1、表1分別描述了紅曲霉菌落與紅曲，以及幾種紅曲次級代謝產物的結構與特性［2］。

圖1 紅曲霉菌落及紅曲

1.1 色素類 紅曲霉是能產食用色素的重要微生物之一，在其發(fā)酵過程中還可產生多種具有藥理作用的活性物質。紅曲色素是紅曲霉在生長代謝過程中產生的天然色素，是多種色素成分的混合物。根據其顏色的不同，可分為黃色素、紅色素和橘黃色素共3 類；根據其溶解性的不同，分為水溶性色素和脂溶性色素2 類。1932年，Nishikawa從紫色紅曲霉等培養(yǎng)物中首次分離了黃色和橘黃色晶體，隨后利用有機溶劑將紅曲色素提取分離。經元素定性，紫外、紅外和可見光吸收光譜及核磁共振譜分析，結果表明紅曲色素是由化學結構不同、性質相近的黃、紅、橘黃共3 類不同色素組成的混合色素［3］。紅曲色素被視為安全性極高的天然食用色素，提取后的成品為深紫紅色粉末狀，對酸堿、氧化劑、還原劑均較穩(wěn)定，耐光、耐熱性較好，在410 nm 和510 nm 處有最大吸收波峰。紅曲色素已被證實具有較強的抑菌作用，尤其對枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等致病菌有較強的抑制作用。紅曲色素對蛋白質著色性能較好，其防

腐保鮮及著色功能也逐漸被開發(fā)，廣泛用于肉制品、腐乳醬油、糖果、糕點等食品領域，目前已成為化學防腐劑的最佳替代品之一。此外，紅曲色素還具有降低血脂、預防癌癥等生理活性功能，也被用于醫(yī)藥和化妝品等領域。

表1 幾種紅曲次級代謝產物的結構與特性

1.2 他汀類化合物 20世紀70年代，遠藤章等首次從霉菌培養(yǎng)物中分離鑒定出具有降低膽固醇作用的MK。隨后Dhale 等［4］從高產色素的誘變株紫色紅曲霉CFR 410-11 的代謝產物中分離得到了MK的類似物dehydromonacolin-MV2，并對其進行生物活性評價。結果表明，該物質具有降低膽固醇、抑制脂質過氧化活性及抗菌活性等功能。與MK 相比，dehydromonacolin-MV2 的這些藥理活性較弱。

1.3 酸類化合物 紅曲霉代謝過程中會產生多種酶類、有機酸等初級代謝產物。根據紅曲米的粗提物可緩解大鼠高血壓癥狀的動物實驗，Kohama等［5］對紅曲米中的代謝物質進行了生物活性跟蹤分離，從中分離得到具有降壓作用的化合物，例如GABA。GABA 是一種大腦的化學傳遞物質，可調節(jié)大腦的興奮與抑制。此外，研究發(fā)現(xiàn)紅曲霉發(fā)酵過程中產生的有機酸類物質除了GABA 外，還存在肉豆蔻酸、亞油酸等物質。

1.4 維生素類化合物 麥角固醇又稱麥角甾醇，主要存在于一些真菌和植物中，也是紅曲霉發(fā)酵過程中產生的主要維生素類化合物。研究發(fā)現(xiàn)，麥角固醇是VD2的前體物質，可在紫外線照射下轉化為VD2。作為一種重要的藥物，VD2在預防和治療嬰兒佝僂病及促進鈣的吸收方面起著重要的生理作用。此外，麥角固醇是微生物細胞膜的主要成分，在確保膜結構的完整性、膜流動性、細胞活力及物質運輸等方面均起著重要作用。

1.5 毒素類化合物 桔霉素是紅曲霉發(fā)酵過程中產生的一種真菌毒素，難溶于水，易溶于乙腈、甲醇、乙醇等大部分極性有機溶劑。桔霉素具有腎毒性，可引起實驗動物的腎臟腫大、腎小管擴張、尿量增多及上皮細胞變性壞死等。黃穎穎等［6］報道了紅曲霉中桔霉素的部分代謝途徑（圖2），表明桔霉素與紅曲色素的合成開始在同一途徑上，由1 個乙酰輔酶A 和3 個丙二酰輔酶A 合成丁酮。然后分開為2 條途徑，一條途徑由丁酮在丙二酰輔酶A 的參與下合成戊酮，最后產生紅曲色素；另一條途徑由丁酮在乙酰輔酶A 的參與下合成桔霉素中間體，最后產生桔霉素；因此桔霉素常伴隨在紅曲色素中產生。為此，在紅曲生產中，如何有效地防控桔霉素是當前需要解決的問題。研究發(fā)現(xiàn)，桔霉素的控制主要從菌種選育、發(fā)酵工藝及產品后續(xù)處理等方面進行調控。目前尚沒有成熟的控制策略能全部去除桔霉素，只能采用低產桔霉素的菌種、適合的生產工藝及結合后續(xù)的物理或化學處理等綜合措施，生產符合桔霉素控制標準的高品質紅曲產品。

圖2 紅曲霉中桔霉素和紅曲色素的代謝合成

2 紅曲發(fā)酵制品的生物活性

2.1 降脂減肥作用 近年來，研究發(fā)現(xiàn)紅曲霉發(fā)酵產品不僅可以預防心血管疾病，對抑制肥胖的發(fā)展也具有良好的治療效果。Peychyi 等［7］通過實驗發(fā)現(xiàn)，紅曲米（red Monascus rice，RMR）可以通過提高脂肪組織中脂肪分解效率和降低肝素釋放脂蛋白脂酶活性以減少脂肪生成，進而起到減肥作用。Lee 等［8］進一步考察了RMR 中提取的紅曲色素和安卡黃素的作用，發(fā)現(xiàn)紅曲色素與安卡黃素都具有類似RMR 的減肥作用。這些研究結果表明，紅曲色素和安卡黃素可有效抑制肥胖的發(fā)展。

2.2 抗炎癥作用 研究發(fā)現(xiàn)紅曲中含有的化合物，例如酚類、色素、他汀類等，都表現(xiàn)出很強的抗炎活性。Chen 等［9］經查閱資料得到，在PDB 培養(yǎng)基中以20%的比例加入姜，紅曲產品的抗氧化活性會明顯增加，因此將姜加入紅曲霉中考察代謝產物的抗炎活性。研究表明，紅曲代謝產物是通過抑制動脈粥樣硬化發(fā)生過程中關鍵因子的活性，達到治療動脈粥樣硬化的效果。

2.3 抗氧化作用 RMR 中提取的次級代謝產物紅曲霉素，已被證明具有抑制腫瘤、延緩糖尿病癥狀、抑制小鼠皮膚致癌活性及抗動脈粥樣硬化等多種作用。近年來，紅曲霉素同樣被證明具有良好的抗氧化性能。Shi 等［10］通過構建秀麗隱桿線蟲氧化模型，考察紅曲霉素的抗氧化能力，結果顯示紅曲霉素對線蟲的死亡和由胡桃醌引起的氧化應激反應提供了預防作用。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，采用大豆為基質進行紅曲霉固態(tài)發(fā)酵，其產物的甲醇提取物，在共軛二烯法、還原力、清除自由基和亞鐵離子螯合中都表現(xiàn)出更好的抗氧化活力。

2.4 抗腫瘤作用 RMR 因含有MK 已被作為降低人體血液中的膽固醇和脂蛋白水平的膳食補充劑。研究發(fā)現(xiàn)，紅曲米提取物（red Monascus rice extract，RMRE）中含有的MK 在治療炎癥、骨折、葡萄糖耐受不良、阿爾茨海默病及抗癌中均有良好的治療效果。Ho 等［11］通過實驗考察RMRE［200 mg／（kg·d）］對小鼠中的路易斯肺癌細胞（Lewis lung cancer cells，LLC）的影響，結果發(fā)現(xiàn)RMRE 可明顯抑制LLC 細胞的轉移能力。由此可見，MK 抗腫瘤作用顯著，可以作為一種無毒的天然化學預防或抗腫瘤劑在癌癥化療中被使用。

2.5 抗糖尿病作用 糖尿病是一種由胰島素作用不足引起的慢性疾病。Chen［9］在前期研究中發(fā)現(xiàn)，紅曲大米作為補充劑能顯著降低高脂誘導大鼠的血清胰島素水平。Shi 等［12］也進行了類似的實驗，將加入紅曲霉發(fā)酵產品的飼料喂養(yǎng)大鼠6～8 周，結果顯示鏈脲霉素誘導的糖尿病大鼠血糖水平顯著下降。更重要的是，與其他抗糖尿病藥物相比，紅曲霉發(fā)酵產品是一種常見的食品添加劑，無任何副作用。這表明，紅曲霉發(fā)酵次級代謝產物的新制劑的引入，有助于糖尿病患者血糖調節(jié)和胰島素分泌的治療，為治療糖尿病提供了科學支持。

2.6 抗抑郁作用 目前抗抑郁藥主要是通過增加單胺水平進行治療，但具有起效緩慢、治療效果低下及產生副作用等缺點。隨著科學的發(fā)展，近年來發(fā)現(xiàn)了紅曲霉發(fā)酵產生的次級代謝產物GABA有較好的抗抑郁效果。Chuang 等［13］通過強迫大鼠游泳構建抑郁大鼠模型，考察GABA 的抗抑郁作用。在長期的實驗中發(fā)現(xiàn)同一劑量（2.6 mg／kg）的紅曲霉發(fā)酵產物的抗抑郁作用比GABA 更好；此外，紅曲霉發(fā)酵產物的療效與氟西?。╢luoxetine）的作用效果相近，且沒有氟西汀所引起的副作用。

2.7 預防骨質疏松 目前許多藥物被用于治療骨質疏松癥，其中包括雙磷酸鹽、選擇性雌激素受體調節(jié)劑及他汀類藥物。Chiang 等［14］以絕經后骨質疏松的去卵巢（Ovariectomized，OVX）大鼠為模型，考察口服不同劑量的山藥、紅曲山藥、大豆異黃酮對其骨密度的影響。喂養(yǎng)4 周后發(fā)現(xiàn)，相比其他組，口服紅曲山藥組的OVX 大鼠，脛骨和股骨骨密度明顯增加。這表明紅曲山藥具有更好的抗骨質疏松作用，可使用他汀類藥物治療骨質疏松癥。

3 展望

前人研究已證實紅曲發(fā)酵制品中的代謝產物可以預防和治療多種疾病，藥理學作用廣泛，臨床應用價值巨大。紅曲霉生長代謝過程中產生的多種酶類物質，具有轉化藥材活性成分的潛力，這些酶類物質與其他藥材相結合，能否達到提高藥效，節(jié)省藥物用量的目的亟待研究。目前只有極少數的紅曲代謝產物被開發(fā)為臨床藥物（例如他汀類物質），其他多數代謝產物的藥理實驗研究尚未與臨床研究相結合，缺乏臨床經驗。深入分析研究紅曲發(fā)酵制品中代謝產物的構效關系及其藥理學作用，對于進一步開發(fā)紅曲發(fā)酵制品及創(chuàng)制新藥（或保健制劑）具有重要意義。此外，患者服用市售的他汀類降脂藥物療程長，常伴有胃腸道不適、腹瀉、脹氣等副作用。如果可通過對Monacolin 物質的構效研究，并以Monacolin 為先導化合物進行化學改造，對其衍生物進行篩選試驗，以期獲得活性更強、作用更迅速、副作用更小，或有利于化學合成的半合成藥物，將為拓展臨床應用提供有力的科學理論依據，更好地開發(fā)利用其醫(yī)藥市場價值。