中藥發(fā)酵是具有高科技水平的新技術(shù)

中ke小飯

發(fā)酵是指利用生物體（包括微生物、植物細(xì)胞等）的代謝功能，使有機(jī)物分解的生物化學(xué)反應(yīng)過藥組方思想，將單味中藥、具有類似或協(xié)同作用的中藥進(jìn)行發(fā)酵，目的是產(chǎn)生新化合物、增強(qiáng)功效或者降低單一藥物不良作用。中草藥經(jīng)發(fā)酵、生物轉(zhuǎn)化后，其有效成分能被充分分離、提取；經(jīng)生物轉(zhuǎn)化更具有生物活性，在中藥現(xiàn)代化過程中具有重要地位。中藥的發(fā)酵工程和酶工程已被列為國家科技部“十五發(fā)展規(guī)劃”中的重要項(xiàng)目之一；黑龍江省科學(xué)院微生物研究所，哈爾濱中科生物工程有限公司聯(lián)合開發(fā)的中藥發(fā)酵制劑是實(shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化、具有高科技水平的新技術(shù)、新產(chǎn)品。

1中藥發(fā)酵的歷史和現(xiàn)狀

1.1中藥發(fā)酵的歷史

  　發(fā)酵中藥的應(yīng)用在我國具有悠久的歷史，是傳統(tǒng)中藥加工炮制的重要方法之一，發(fā)酵中藥作為一種炮制、加工工藝，不但改變了煎、煮、熬、煉、蒸、浸的傳統(tǒng)工藝，而且使藥效提高、藥性發(fā)生改變。如中藥淡豆豉為桑葉或麻黃等的發(fā)酵品，不同的培養(yǎng)基經(jīng)同樣的微生物處理后會產(chǎn)生藥性的差異，利用該特性可生產(chǎn)不同適應(yīng)癥的中藥，發(fā)酵淡豆豉時以桑葉、青蒿發(fā)酵者，藥性偏于寒涼，多用于風(fēng)熱感冒或熱病胸中煩悶之癥；以麻黃、紫蘇發(fā)酵者，藥性偏于辛溫,多用于風(fēng)寒感冒頭痛之癥［2］，以上中藥的炮制過程是微生物發(fā)酵中藥復(fù)合體系的建立過程。目前臨床應(yīng)用的發(fā)酵(制品)中藥主要有神曲、半夏曲、淡豆豉、豆黃等，其工藝均為固體發(fā)酵。

1.2中藥發(fā)酵的現(xiàn)狀

     除傳統(tǒng)的中草藥炮制，以中草藥發(fā)酵生產(chǎn)藥物的研究起步較晚，20世紀(jì)80年代的研究主要集中在真菌類自身發(fā)酵產(chǎn)生次生代謝，如靈芝菌絲體、冬蟲夏草菌絲體發(fā)酵等,多為單一發(fā)酵［3］?，F(xiàn)代利用中草藥發(fā)酵的研究已從單味藥涉及到復(fù)方研究且取得顯著成果，成藥片仔癀即是用麝香、牛黃、蛇膽、三七等名貴中藥的微生物發(fā)酵物,為臨床退黃、消腫的良藥；三株口服液屬營養(yǎng)保健食品，它以大豆芽為原料，在牛肉湯、大豆芽浸液、酵母膏、蔗糖、葡萄糖中加入雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌和DL菌聯(lián)合發(fā)酵制成，產(chǎn)品有益于保持胃腸道健康。楊海龍等［4］借助真菌靈芝產(chǎn)生的豐富酶系通過對薏苡仁的轉(zhuǎn)化，使薏苡仁的主要成分發(fā)生了變化?！翱祻?fù)靈”為抗癌驗(yàn)方，主要成分有靈芝發(fā)酵菌、黨參、麥冬、豬苓、薏苡仁、淮山藥等，經(jīng)生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化后多數(shù)樣品具有抑制小鼠/180肉瘤生長的作用［5］。以上中藥發(fā)酵成功的事例充分說明微生物發(fā)酵已成為中藥現(xiàn)代化研究的重要內(nèi)容之一。國外對于中藥發(fā)酵的研究報道較少，主要在食品、酶工程，如日本的納豆，用Bacillus菌發(fā)酵大豆，因?yàn)锽acillus菌酶系豐富，包括淀粉酶、纖維素酶和蛋白酶，且能增加維生素K含量，Bacillussubtilis菌環(huán)能消除小腸內(nèi)致病菌，其提取物具有明顯的抗癌活性和降壓作用［6］。中草藥發(fā)酵的研究有必要借鑒上述成功的經(jīng)驗(yàn)。

2發(fā)酵在中藥研究中的應(yīng)用

2.1提高有效成分提取率

    中草藥中植物類藥材占90％，藥材有效成分多存在于胞漿中，植物細(xì)胞壁是由纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素等物質(zhì)構(gòu)成的致密結(jié)構(gòu)。在中藥有效成分提取過程中，當(dāng)胞漿中的有效成分向提取介質(zhì)擴(kuò)散時，必須克服細(xì)胞壁及細(xì)胞間質(zhì)的雙重阻力，使有效成分浸出受阻。微生物可利用中藥中的成分為營養(yǎng)進(jìn)行分裂、生長、繁殖和代謝，在代謝過程中分泌蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、淀粉酶等幾十種胞外酶進(jìn)入培養(yǎng)基，使細(xì)胞破裂，細(xì)胞間隙增加，減小細(xì)胞壁、細(xì)胞間質(zhì)等傳質(zhì)屏障對有效成分從胞內(nèi)向提取介質(zhì)擴(kuò)散的傳質(zhì)阻力。體外試驗(yàn)證明對盾葉薯蕷采用預(yù)發(fā)酵有效組分薯蕷皂苷元的產(chǎn)率明顯提高［7］

2.2提高有效成分的吸收和利

    傳統(tǒng)中草藥給藥途徑多采用口服，小分子活性物質(zhì)易通過血腦屏障而與人體細(xì)胞蛋白結(jié)合,因而比大分子物質(zhì)具有更高的活性。藥物中的有效成分在進(jìn)入腸道后與腸道菌群發(fā)生關(guān)聯(lián)，某些成分經(jīng)細(xì)菌的作用發(fā)生代謝轉(zhuǎn)化后被吸收，體內(nèi)環(huán)境中腸道菌群是完成中藥有效成分代謝的重要因素之一。研究證明多種中藥有效成分被腸道菌群代謝后發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生出具有較強(qiáng)藥理活性的代謝產(chǎn)物。如大豆異黃酮主要以9種異黃酮糖苷和3種相應(yīng)的配糖體組成，經(jīng)腸道微生物作用，部分糖苷脫離釋放出游離式的二羥基異黃酮(大豆苷元,daidzein)和三羥基異黃酮(染料木黃酮,genistein)，這兩種異黃酮可以被機(jī)體有效吸收［8］。中藥經(jīng)發(fā)酵處理更有利于有效成分的吸收和利用。

2.3產(chǎn)生新化合物

     王玉紅等［9］在靈芝發(fā)酵過程中加入黃芪，結(jié)果發(fā)酵液中多糖的組分發(fā)生變化,有可能產(chǎn)生新的物質(zhì)。李國紅［10］用枯草芽孢桿菌Bacillussubtilis(Ehrenberg)Cohn對三七須根進(jìn)行發(fā)酵，得到5個新化合物。微生物在分裂、生長、繁殖和代謝過程中可將中草藥的成分分解轉(zhuǎn)化，由于中藥的某些物質(zhì)可能對微生物的生長代謝及活性成分的產(chǎn)生有促進(jìn)或抑制作用，微生物在中藥的特殊環(huán)境中也有可能改變自身的代謝途徑，在生長過程中產(chǎn)生豐富的初生或次生代謝產(chǎn)物，或以中藥中的有效物質(zhì)或一些非有效物質(zhì)為前體，經(jīng)酯化、氧化、葡萄糖基化、異構(gòu)化、甲基化、去甲基化、乙?；榷喾N生物轉(zhuǎn)化形成新的化合物，發(fā)酵具有反應(yīng)選擇性強(qiáng)、反應(yīng)條件溫和、副產(chǎn)物少、不造成環(huán)境污染和后處理簡單以及可以進(jìn)行傳統(tǒng)有機(jī)合成所不能或很難進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)［11，12］，具有一般化學(xué)反應(yīng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

2.4減毒增效

     微生物有可能將中藥中的有毒物質(zhì)進(jìn)行分解,從而降低藥物的毒副作用。喜樹堿具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性,同時又具有嚴(yán)重的胃腸毒性，如抑制骨髓功能和引起出血性膀胱炎等，制約了它在臨床的進(jìn)一步應(yīng)用，10-羥基喜樹堿是喜樹堿的結(jié)構(gòu)類似物，對多種癌癥具有顯著的療效，且毒副作用很小，但它在喜樹中的含量僅為十萬分之二，提取分離費(fèi)時、費(fèi)力，朱關(guān)平［13］采用無毒黃曲霉菌株1100T-419將喜樹堿轉(zhuǎn)化為10-羥基喜樹堿，轉(zhuǎn)化率達(dá)50%以上。

     大黃生用瀉下作用峻烈，易引起腹痛、惡心等胃腸道反應(yīng)。大黃瀉下成分主要是結(jié)合性蒽醌衍生物，其中以二葸酮番瀉苷的作用最強(qiáng)。在中醫(yī)臨床中，為了緩和大黃的瀉下作用及對胃腸道的不良反應(yīng)，常用不同的炮制方法，使結(jié)合性蒽醌分解或破壞，從而緩和瀉下作用和其它副作用，研究用酵母菌發(fā)酵大黃，結(jié)果大黃總蒽醌含量略有降低，結(jié)合型蒽醌含量降低，分離型蒽醌含量增加，起到減毒增效的作用［14］。

3中藥發(fā)酵的關(guān)鍵問題

3.1篩選適合發(fā)酵的藥材

     包括單味藥或復(fù)方。達(dá)眀等［15］研究了猴頭菌轉(zhuǎn)化銀杏葉提取物對四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病模型小鼠血糖水平的影響，結(jié)果表明猴頭菌轉(zhuǎn)化銀杏葉提取物的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的降血糖能力明顯提高。李國紅等［16］曾利用枯草芽孢桿菌（Bacilllussubtilis）對50種中藥進(jìn)行發(fā)酵，檢測發(fā)酵產(chǎn)物與原料對結(jié)核分支桿菌（Mycobacteriumtuberculosis）和榛色青霉菌（Penicilliumavellaneum）的抗菌活性。結(jié)果表明連翹等中藥的發(fā)酵產(chǎn)物抗菌活性增加，而苦參等中藥的發(fā)酵產(chǎn)物抗菌活性降低，部分中藥的活性不變，說明并非所有藥材發(fā)酵都能增加療效的，篩選針對某一活性功能的發(fā)酵的藥材是中藥發(fā)酵研究的基本工作。徐啟華等對中藥復(fù)方玉屏風(fēng)散煎劑進(jìn)行發(fā)酵，結(jié)果玉屏風(fēng)散發(fā)酵液對小鼠的免疫功能增強(qiáng)，療效要強(qiáng)于玉屏風(fēng)散煎劑［17］。

3.2適合發(fā)酵的菌種

     傳統(tǒng)中藥發(fā)酵多用自然菌，如中藥淡豆豉。蔡琨等［18］用純種發(fā)酵淡豆豉以染料木素和大豆黃素為指標(biāo)檢測主要有效成分，結(jié)果認(rèn)為純種發(fā)酵可以保證淡豆豉生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)量的提高。張玲琪等［19］從長春花莖的韌皮部中分離出一種內(nèi)生真菌，用該真菌發(fā)酵長春花產(chǎn)生抗癌藥長春新堿。此方面研究涉及自然菌、內(nèi)生菌和特種菌，哪類菌種更適合中藥發(fā)酵需進(jìn)行深入研究。

3.3中藥發(fā)酵條件優(yōu)化

    徐啟華等［17］選取不同菌種如兩株酵母菌、培養(yǎng)基如培養(yǎng)基即YPD、PDA和麥芽汁發(fā)酵中藥復(fù)方玉屏風(fēng)散，觀察腹腔巨噬細(xì)胞吞噬雞紅細(xì)胞的能力,間接反映藥效改變情況，結(jié)果表明，玉屏風(fēng)散經(jīng)用酵母菌進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化后,明顯提高了小鼠腹腔巨噬細(xì)胞的吞噬功能以及明顯增強(qiáng)了巨噬細(xì)胞和T、B淋巴細(xì)胞的增殖能力。不同菌種、培養(yǎng)基、溫度、濕度、發(fā)酵時間等條件是中藥發(fā)酵的具體、關(guān)鍵因素

3.4活性成分的篩選

    由于中藥自身體系模糊，微生物生長特性的多樣性，發(fā)酵后會產(chǎn)生更多的化合物，發(fā)酵產(chǎn)物綜合研究--分離、純化等條件的優(yōu)化，從復(fù)雜的發(fā)酵產(chǎn)物中分離出有效成分是中藥發(fā)酵的關(guān)鍵，活性篩選應(yīng)側(cè)重方法的可行性和實(shí)用性，以細(xì)胞和分子水平建立的高通量藥物篩選體系可測定的信號，如顏色、熒光、免疫反應(yīng)、發(fā)光、放射性等，做到簡單、有效、可行、可靠。

3.5篩選合理的藥理模型

    合理的藥理模型是發(fā)酵產(chǎn)物活性成分篩選的重要保障，藥理實(shí)驗(yàn)更加明確微生物的性質(zhì)以及變化過程，篩選能夠分泌特異性作用于活性物質(zhì)的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橄鄬τ隗w內(nèi)實(shí)驗(yàn)而言體外實(shí)驗(yàn)更省時、省力、成本低、篩選量大，體外實(shí)驗(yàn)適合大量篩選。徐萌萌［20］利用微生物發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酶系,建立苷類中藥體外轉(zhuǎn)化模型,將苷類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的苷元,有效提高了活性成分的生物利用度。其次，對中藥也應(yīng)該進(jìn)行成分與藥理作用的全面研究，深入研究中藥多靶點(diǎn)作用的機(jī)理，并用相應(yīng)模型進(jìn)行科學(xué)的闡述，進(jìn)而建立中藥多靶點(diǎn)作用的模式。最后將發(fā)酵產(chǎn)物與天然產(chǎn)物的對比研究，通過對發(fā)酵產(chǎn)物與天然產(chǎn)物的成分、藥理藥效及毒理對比，尋找目前比較緊缺天然產(chǎn)物的替代品。合理的藥理模型往往會起到事半功倍的效果。

4展望  對中草藥的成分進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，通過藥理篩選模型來確定轉(zhuǎn)化前后藥效的變化，需要中藥學(xué)、微生物學(xué)、分析化學(xué)、藥理學(xué)等多學(xué)科參與。隨著多學(xué)科的交叉發(fā)展，微生物發(fā)酵中藥的研究必將取得一個長足的發(fā)展，微生物發(fā)酵中藥也必將在中藥現(xiàn)代化進(jìn)程中表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。有學(xué)者呼吁中藥發(fā)酵制藥可按新藥審批辦法規(guī)定開發(fā)新藥，正在修訂中的我國新藥申報指導(dǎo)原則,已決定將生物轉(zhuǎn)化列入創(chuàng)新(一類)藥的研究。中藥成分的生物轉(zhuǎn)化將成為中藥創(chuàng)制新藥研究的重要方面。因此，應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)大規(guī)模工業(yè)化提取中草藥的有效生物活性成分，發(fā)展具有中國特色的生物技術(shù)醫(yī)藥工業(yè)具有廣闊的前景。

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