中藥發酵是具有高科技水平的新技術
(哈爾濱中科 韓小米）
發酵是指利用生物體（包括微生物、植物細胞等）的代謝功能，使有機物分解的生物化學反應過程。以適宜的培養基為營養，通過微生物的生長代謝和生命活動產生豐富的次生代謝產物。借鑒中醫藥組方思想，將單味中藥、具有類似或協同作用的中藥進行發酵，目的是產生新化合物、增強功效或者降低單一藥物不良作用。中草藥經發酵、生物轉化后，其有效成分能被充分分離、提取；經生物轉化更具有生物活性，在中藥現代化過程中具有重要地位。中藥的發酵工程和酶工程已被列為國家科技部“十五發展規劃”中的重要項目之一；黑龍江省科學院微生物研究所，哈爾濱中科生物工程有限公司聯合開發的中藥發酵制劑是實現中藥現代化、具有高科技水平的新技術、新產品。
1中藥發酵的歷史和現狀
1.1中藥發酵的歷史
發酵中藥的應用在我國具有悠久的歷史，是傳統中藥加工炮制的重要方法之一，發酵中藥作為一種炮制、加工工藝，不但改變了煎、煮、熬、煉、蒸、浸的傳統工藝，而且使藥效提高、藥性發生改變。如中藥淡豆豉為桑葉或麻黃等的發酵品，不同的培養基經同樣的微生物處理后會產生藥性的差異，利用該特性可生產不同適應癥的中藥，發酵淡豆豉時以桑葉、青蒿發酵者，藥性偏于寒涼，多用于風熱感冒或熱病胸中煩悶之癥；以麻黃、紫蘇發酵者，藥性偏于辛溫,多用于風寒感冒頭痛之癥［2］，以上中藥的炮制過程是微生物發酵中藥復合體系的建立過程。目前臨床應用的發酵(制品)中藥主要有神曲、半夏曲、淡豆豉、豆黃等，其工藝均為固體發酵。
1.2中藥發酵的現狀
除傳統的中草藥炮制，以中草藥發酵生產藥物的研究起步較晚，20世紀80年代的研究主要集中在真菌類自身發酵產生次生代謝，如靈芝菌絲體、冬蟲夏草菌絲體發酵等,多為單一發酵［3］。現代利用中草藥發酵的研究已從單味藥涉及到復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酵物,為臨床退黃、消腫的良藥；三株口服液屬營養保健食品，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菌聯合發酵制成，產品有益于保持胃腸道健康。楊海龍等［4］借助真菌靈芝產生的豐富酶系通過對薏苡仁的轉化，使薏苡仁的主要成分發生了變化。“康復靈”為抗癌驗方，主要成分有靈芝發酵菌、黨參、麥冬、豬苓、薏苡仁、淮山藥等，經生物發酵轉化后多數樣品具有抑制小鼠/180肉瘤生長的作用［5］。以上中藥發酵成功的事例充分說明微生物發酵已成為中藥現代化研究的重要內容之一。國外對于中藥發酵的研究報道較少，主要在食品、酶工程，如日本的納豆，用Bacillus菌發酵大豆，因為Bacillus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菌環能消除小腸內致病菌，其提取物具有明顯的抗癌活性和降壓作用［6］。中草藥發酵的研究有必要借鑒上述成功的經驗。
2發酵在中藥研究中的應用
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，植物細胞壁是由纖維素、半纖維素、果膠質、木質素等物質構成的致密結構。在中藥有效成分提取過程中，當胞漿中的有效成分向提取介質擴散時，必須克服細胞壁及細胞間質的雙重阻力，使有效成分浸出受阻。微生物可利用中藥中的成分為營養進行分裂、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入培養基，使細胞破裂，細胞間隙增加，減小細胞壁、細胞間質等傳質屏障對有效成分從胞內向提取介質擴散的傳質阻力。體外試驗證明對盾葉薯蕷采用預發酵有效組分薯蕷皂苷元的產率明顯提高［7］
2.2提高有效成分的吸收和利
傳統中草藥給藥途徑多采用口服，小分子活性物質易通過血腦屏障而與人體細胞蛋白結合,因而比大分子物質具有更高的活性。藥物中的有效成分在進入腸道后與腸道菌群發生關聯，某些成分經細菌的作用發生代謝轉化后被吸收，體內環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生轉化，產生出具有較強藥理活性的代謝產物。如大豆異黃酮主要以9種異黃酮糖苷和3種相應的配糖體組成，經腸道微生物作用，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體有效吸收［8］。中藥經發酵處理更有利于有效成分的吸收和利用。
2.3產生新化合物
王玉紅等［9］在靈芝發酵過程中加入黃芪，結果發酵液中多糖的組分發生變化,有可能產生新的物質。李國紅［10］用枯草芽孢桿菌Bacillussubtilis(Ehrenberg)Cohn對三七須根進行發酵，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化，由于中藥的某些物質可能對微生物的生長代謝及活性成分的產生有促進或抑制作用，微生物在中藥的特殊環境中也有可能改變自身的代謝途徑，在生長過程中產生豐富的初生或次生代謝產物，或以中藥中的有效物質或一些非有效物質為前體，經酯化、氧化、葡萄糖基化、異構化、甲基化、去甲基化、乙酰化等多種生物轉化形成新的化合物，發酵具有反應選擇性強、反應條件溫和、副產物少、不造成環境污染和后處理簡單以及可以進行傳統有機合成所不能或很難進行的化學反應等優點［11，12］，具有一般化學反應無法比擬的優點。
2.4減毒增效
微生物有可能將中藥中的有毒物質進行分解,從而降低藥物的毒副作用。喜樹堿具有較強的抗腫瘤活性,同時又具有嚴重的胃腸毒性，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一步應用，10-羥基喜樹堿是喜樹堿的結構類似物，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，提取分離費時、費力，朱關平［13］采用無毒黃曲霉菌株1100T-419將喜樹堿轉化為10-羥基喜樹堿，轉化率達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。大黃瀉下成分主要是結合性蒽醌衍生物，其中以二葸酮番瀉苷的作用最強。在中醫臨床中，為了緩和大黃的瀉下作用及對胃腸道的不良反應，常用不同的炮制方法，使結合性蒽醌分解或破壞，從而緩和瀉下作用和其它副作用，研究用酵母菌發酵大黃，結果大黃總蒽醌含量略有降低，結合型蒽醌含量降低，分離型蒽醌含量增加，起到減毒增效的作用［14］。
3中藥發酵的關鍵問題
3.1篩選適合發酵的藥材
包括單味藥或復方。達眀等［15］研究了猴頭菌轉化銀杏葉提取物對四氧嘧啶誘導的糖尿病模型小鼠血糖水平的影響，結果表明猴頭菌轉化銀杏葉提取物的轉化產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種中藥進行發酵，檢測發酵產物與原料對結核分支桿菌（Mycobacteriumtuberculosis）和榛色青霉菌（Penicilliumavellaneum）的抗菌活性。結果表明連翹等中藥的發酵產物抗菌活性增加，而苦參等中藥的發酵產物抗菌活性降低，部分中藥的活性不變，說明并非所有藥材發酵都能增加療效的，篩選針對某一活性功能的發酵的藥材是中藥發酵研究的基本工作。徐啟華等對中藥復方玉屏風散煎劑進行發酵，結果玉屏風散發酵液對小鼠的免疫功能增強，療效要強于玉屏風散煎劑［17］。
3.2適合發酵的菌種
傳統中藥發酵多用自然菌，如中藥淡豆豉。蔡琨等［18］用純種發酵淡豆豉以染料木素和大豆黃素為指標檢測主要有效成分，結果認為純種發酵可以保證淡豆豉生產的穩定性和產量的提高。張玲琪等［19］從長春花莖的韌皮部中分離出一種內生真菌，用該真菌發酵長春花產生抗癌藥長春新堿。此方面研究涉及自然菌、內生菌和特種菌，哪類菌種更適合中藥發酵需進行深入研究。
3.3中藥發酵條件優化
徐啟華等［17］選取不同菌種如兩株酵母菌、培養基如培養基即YPD、PDA和麥芽汁發酵中藥復方玉屏風散，觀察腹腔巨噬細胞吞噬雞紅細胞的能力,間接反映藥效改變情況，結果表明，玉屏風散經用酵母菌進行生物轉化后,明顯提高了小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬功能以及明顯增強了巨噬細胞和T、B淋巴細胞的增殖能力。不同菌種、培養基、溫度、濕度、發酵時間等條件是中藥發酵的具體、關鍵因素
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，發酵后會產生更多的化合物，發酵產物綜合研究--分離、純化等條件的優化，從復雜的發酵產物中分離出有效成分是中藥發酵的關鍵，活性篩選應側重方法的可行性和實用性，以細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、發光、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酵產物活性成分篩選的重要保障，藥理實驗更加明確微生物的性質以及變化過程，篩選能夠分泌特異性作用于活性物質的體內外實驗，因為相對于體內實驗而言體外實驗更省時、省力、成本低、篩選量大，體外實驗適合大量篩選。徐萌萌［20］利用微生物發酵過程中產生的酶系,建立苷類中藥體外轉化模型,將苷類物質轉化為相應的苷元,有效提高了活性成分的生物利用度。其次，對中藥也應該進行成分與藥理作用的全面研究，深入研究中藥多靶點作用的機理，并用相應模型進行科學的闡述，進而建立中藥多靶點作用的模式。最后將發酵產物與天然產物的對比研究，通過對發酵產物與天然產物的成分、藥理藥效及毒理對比，尋找目前比較緊缺天然產物的替代品。合理的藥理模型往往會起到事半功倍的效果。
4展望 對中草藥的成分進行生物轉化，通過藥理篩選模型來確定轉化前后藥效的變化，需要中藥學、微生物學、分析化學、藥理學等多學科參與。隨著多學科的交叉發展，微生物發酵中藥的研究必將取得一個長足的發展，微生物發酵中藥也必將在中藥現代化進程中表現出強大的生命力。有學者呼吁中藥發酵制藥可按新藥審批辦法規定開發新藥，正在修訂中的我國新藥申報指導原則,已決定將生物轉化列入創新(一類)藥的研究。中藥成分的生物轉化將成為中藥創制新藥研究的重要方面。因此，應用現代生物技術大規模工業化提取中草藥的有效生物活性成分，發展具有中國特色的生物技術醫藥工業具有廣闊的前景。
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