糖苷类化合物体外生物转化的研究进展

杨云松，高 鹏，代 龙

(山东中医药大学 药学院，山东 济南 250355)

糖苷类化合物体外生物转化的研究进展

杨云松，高 鹏，代 龙

(山东中医药大学 药学院，山东 济南 250355)

糖苷类化合物的体外生物转化可为发掘药物体内起效的物质基础提供依据，同时能极大提高药物的生物利用度。本文对黄酮苷、皂苷、环烯醚萜苷的体外生物转化进行了综述。

苷;体外生物转化;研究进展

糖苷，又称配糖体，由弱极性的配基与强极性的糖基组成，因而糖苷类化合物分子具有极性大、脂溶性差、分子质量大的特点，不易透过肠壁黏膜吸收。糖苷由于在肠内滞留时间较长，部分糖苷在肠道内特异菌群分泌的酶的作用下发生了转化，转化产物极性减小，脂溶性增加，更容易透过肠壁进入血液循环，进而发挥药效［1］。肠道菌群的代谢转化对苷类化合物的药效发挥起到重要作用。体外生物转化技术在转化糖苷类化合物方面的应用，将有助于进一步明确苷类药物口服起效的机制，同时对指导开发以苷元为药效物质基础的高效制剂具有潜在的价值。

1 体外生物转化概述

体外生物转化也称体外生物催化，是指利用植物离体培养细胞或器官、动物、微生物及其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在体外对外源化合物进行酶催化反应［2］。中药苷类成分的体外生物转化研究已有较多报道，本文就体外生物转化技术在黄酮苷、皂苷、环烯醚萜苷转化方面的应用作一综述。

2 体外生物转化糖苷化合物的应用

2．1 黄酮苷的转化

生物转化技术在银杏黄酮苷、大豆异黄酮苷、淫羊藿苷、柚皮苷、黄芩苷、芒果苷等黄酮苷的转化方面有广泛的应用［3-4］。银杏叶黄酮主要是以黄酮苷的形式存在，占黄酮提取物总含量的95%以上［5］，银杏黄酮苷元的效价是黄酮葡糖苷效价的7倍［6］，因为大部分的银杏黄酮在人体内不能通过小肠壁进入到血液中，仅有小部分在结肠内益生菌(如乳酸菌和双歧杆菌)分泌的β-葡糖苷酶作用下，产生苷元再吸收进入血液，因此，通过改善黄酮的构型、提高其在肠道中的吸收率是提高其生物利用度的重要途径［7］。伍毅等［8］采用β-葡萄糖苷酶水解银杏叶提取物的方法，使糖苷型黄酮转化为苷元型黄酮，并通过正交试验得出水解的最佳工艺参数，即温度40 ℃，酶浓度 5×10－3mg/mL，pH 值5．0，水解 6 h。王建伟等［9］经过研究酶法转化银杏叶中的黄酮苷，先经过复合酶预处理后，再利用柚皮苷酶作为转化酶继续水解，可获得高含量的苷元。

大豆异黄酮是大豆中的主要活性成分之一，具有很高的保健和药用价值。近年来发现大豆中异黄酮的存在形式主要是结合型葡糖苷，但天然存在的异黄酮须在肠道中脱去糖基转化成苷元后才能被机体吸收利用，进而发挥其生物学功能。因此酶水解对原料进行处理，既能增强大豆异黄酮的生物活性，又能提高其生物利用度，具有巨大的市场潜力和经济价值。毛跟年等［10］通过正交试验优化出β-葡萄糖苷酶水解大豆异黄酮的最佳水解条件:反应时间1．5 h、水解温度40℃、溶液 pH值为4．5、底物浓度为10 mg/mL。王美玲等［11］从鸡内金中提取、分离纯化得到β-葡糖苷酶，以大豆异黄酮做为水解底物，该酶对大豆异黄酮苷能进行有效水解，水解率高达99%。

淫羊藿主要成分为淫羊藿苷，有增强内分泌、促进骨髓细胞DNA合成和骨细胞生长的作用。淫羊藿苷有3个糖基，研究表明低糖基淫羊藿苷和淫羊藿苷元活性均明显高于淫羊藿苷。金凤燮［12］利用曲霉菌产生的诱导酶水解淫羊藿苷可制得低糖基淫羊藿苷或淫羊藿苷元，且转化率高。柚皮苷为二氢黄酮类化合物的糖苷，郑美瑜等［13］研究橙皮苷酶和柚皮苷酶2种糖苷酶对柑橘中柚皮苷结构中的糖苷键的酶解作用，为酶法改性柚皮苷、提高其生物利用度提供理论基础。赫玉芳等［14］研究黄芩苷最佳自身酶解工艺为用1．2倍的醋酸溶液(pH为4)浸润12 h，浸润温度为40℃。黄慧学等［15］研究离体人肠道菌群在体外对芒果苷代谢转化的情况，在与人肠道菌群共同孵育12 h，代谢物经质谱分析等手段鉴定为芒果苷的苷元。

2．2 皂苷的转化

通过体外生物转化可以将原人参二醇类皂苷或者原人参三醇类皂苷转化生成次生皂苷。人参皂苷C-K在天然的人参中并不存在，是二醇型人参皂苷在肠道内的降解产物和最终吸收形式，可发挥多种生物学活性。糖苷酶在体外可将人参皂苷Rb1C-3位的两个-Glc键和C-20位的一个-Glc键水解，得到稀有皂苷C-K。陈娇娇等［16］对Absidia sp．G8r菌产的人参皂苷糖苷酶进行了分离纯化，利用该酶水解人参皂苷Rb1得到了稀有皂苷C-K，发现水解过程是分步进行的，酶先水解Rb1生成Rd，大约8 h，酶水解Rd生成F2，大约18 h，酶水解F2生成C-K。人参次生皂苷Rh1是存在于天然药物人参中三醇类皂苷，较其前体Rg1具有更强的整体和体外抗肿瘤作用。孙斯宜等［17］研究 Arthrobacter sp．No．3 GS 0202细菌酶转化三醇类人参皂苷Rg1生成Rh1的反应条件，优化出酶的最佳反应条件为人参皂苷Rg1质量浓度0．1 mg/mL，30℃下反应24 h。

薯蓣皂苷元(Diosgenin)是薯蓣类甾体皂苷的配基，是合成各种甾体激素和甾体避孕药的重要原料，常用于治疗风湿关节炎、心脑血管疾病等。随着研究的不断深入，已经从微生物中筛选出了多种不同菌株，这些菌株能分泌转化生成薯蓣皂苷元的酶［18-19］。王亚南等［20］从真菌菌株Aspergillus sp．3042和Aspergillus sp．848培养液中分离得到糖苷酶，并将该酶与黄姜薯蓣皂苷在适宜条件下进行水解反应得到薯蓣皂素，其转化效率高达95%，且发现与细菌及真菌的直接发酵法相比，酶水解方法操作简单，效果更好。Qian等［21］在猪肝脏中找到的一种含量很高且水解能力很强的β-葡萄糖苷酶，作用于穿山龙薯蓣皂苷，得到薯蓣皂苷酶解产物3-O-(β-D-吡喃葡萄糖基)-薯蓣皂苷元单体。

商陆经分离得到的三萜皂苷元，实验证明其祛痰作用明显强于商陆皂苷。赖道万［22］考察了木聚糖酶、土豆酶、商陆酶、黑曲酶、苦杏仁酶、蜗牛酶等对商陆皂苷甲的水解活性，结果表明，黑曲酶、苦杏仁酶、蜗牛酶均能使商陆皂苷甲中的葡萄糖基发生水解，得到次苷商陆皂苷乙，只有蜗牛酶能使皂苷甲中的糖侧链完全水解，得到其皂苷元-商陆酸甲酯，不过转化率不高。柴胡皂苷a的体内代谢首先是在胃酸的作用下分子的烯丙醚裂解，转化为b1和g的二烯皂苷，再经肠道菌群的水解作用代谢为柴胡苷元。从人粪便中分离出菌株 Bifidobacterium Saiko-1，-2 和 E．sp．A-44 分别参与这两个阶段的代谢，对其中酶进行精制后鉴定为具有特异性的水解柴胡皂苷β-D-葡糖苷酸酶和水解次柴胡皂苷的β-D-岩藻糖苷酶［23-24］。何晨［25］利用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HC-12，并采用发酵法转化得出:10%甘草煎出液，装液量为40%，添加适当的氮源、金属离子及少量吐温80，在温度为32℃，转速为180 r/min的条件下发酵120 h，转化率达到90%以上。

2．3 萜苷的转化

生物转化在中药芍药苷、京尼平苷、桃叶珊瑚苷、牛蒡子苷等单萜苷，穿心莲内酯苷二萜苷，虎杖蒽醌萜苷等萜苷向苷元转化方面有广泛的应用。研究结果表明，芍药苷及其代谢产物是镇痛和镇静有效成分，并且芍药苷代谢产物作用强于芍药苷，而芍药苷的口服生物利用度仅为3% ～4%，美国休斯顿大学的研究人员的研究结果表明造成芍药苷口服生物利用度低的主要原因是芍药苷口服后在肠道细菌分泌的β-葡糖苷酶催化下转化成了芍药苷代谢产物。Hattori等［26］首先报道了芍药苷在人肠内菌体外培养液中转化成芍药苷代谢素-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，芍药苷代谢素-Ⅰ为主要产物。王晓玲［27］利用L．brevis AS 1．12转化芍药苷为芍药苷代谢素-I的最优条件:温度为37℃、转化时间为6 h、pH值为7．5、底物浓度为5 mg/mL。透膜吸收方面在Caco-2细胞上的转运研究［28］亦发现芍药苷的生物利用度是其苷元的1/40。

京尼平苷是从桅子果中提取的一种环烯醚萜苷，该物质的利胆作用仅限于口服给药，静脉注射无效，其苷元为京尼平，如果注射京尼平则有利胆作用，揭示京尼平苷的利胆作用是通过肠道菌群水解产生的。郑礼胜［29］通过β-葡糖苷酶水解的方法，利用来源于苦杏仁的β-葡糖苷酶较好的获得了京尼平，并考察出较合适的工艺条件。霍蕾等［30］利用高产β-葡萄糖苷酶菌种制备游离细胞和固定化细胞，将京尼平苷转化为京尼平，转化率高达98%，通过条件优化，得到了最优转化条件。

杜仲籽中主要环烯醚萜苷类成分桃叶珊瑚苷，具有保肝、利尿、免疫调节等药理活性。研究表明，其生物活性大多是通过其苷元实现的。桃叶珊瑚苷元是极不稳定的化合物，极易分解变化，李杨［31］比较了9种来源的β-葡糖苷酶对桃叶珊瑚苷的生物转化能力，来源于苦杏仁的葡萄糖苷酶水解桃叶珊瑚苷的效力最高，采用苦杏仁酶与桃叶珊瑚苷在37℃温孵后，直接用0℃的乙酸乙酯进行液液萃取，真空浓缩后获得了纯度为92．23%的桃叶珊瑚苷苷元。牛蒡子苷在消化道中(尤其是口服时)所表现出的活性，主要是牛蒡子苷在消化道中经肠道菌的作用转化为苷元的脱甲基化物，此脱甲基化物在肝脏中的儿茶酚-O-甲基转移酶(COMT)DE的作用下恢复为苷元，苷元被运送到各个器官而发挥作用。欧志敏等［32］采用黑曲霉CGMCC No．2594发酵产生的葡萄糖苷酶酶液水解牛蒡子苷制备牛蒡子苷元，得出最佳初始pH值为6．0、最佳温度为30℃、摇床转速为150 r/min时，36 h牛蒡子苷元的产率可以达到94．7%。研究中发现穿心莲内酯19-β-葡糖苷用纤维素酶水解可获得苷元［33］。田天丽等［34］从中药材虎杖中筛选到一株具有转化虎杖苷能力的根霉T-34，利用该菌株产生的β-葡糖苷酶能将虎杖苷转化为白藜芦醇，代谢转化后测得虎杖苷的转化率达98%。

3 结语

目前国内生物转化技术已广泛应用于食品工业，基于中药苷类物质在肠道内代谢的原理，该技术在医药行业也有很好的应用前景。中药含有的糖苷类种类丰富，经过体外生物转化，可大大提高药物的生物利用度，生产上可节省大量的药材资源，临床上苷元应用于患者，特别是在病理状态下肠道菌群失调的患者，服用后无需肠道微生物转化可直接被机体吸收，与葡糖苷类药物相比具有起效迅速，适用人群广的优点。因此，体外生物转化糖苷类中药在创新药物研究与开发中具有良好前景。

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Research advances in external bioconversion of glycoside compounds

YANG Yun-song，GAO-Peng，DAI-Long
(Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan 250355，China)

R284

A

1005-1678(2012)06-0927-04

2012-03-22

杨云松，男，硕士研究生，研究方向:中药制剂工艺及质量标准研究;代 龙，男，通信作者，教授，研究方向:中药新药开发及新剂型研究，Tel:0531-82960689，E-mail:dailongdailong@263．net。