微生物发酵中药的研究进展

微生物发酵中药的研究进展汇报人：陶君彦博士导师：张晓昱教授单位：华中科技大学一、微生物发酵中药的应用历史二、微生物发酵中药的研究现状三、微生物发酵中药的研究展望一、微生物发酵中药的应用历史1、微生物发酵中药中所应用到的很多微生物是药用真菌或者含有真菌的混合菌群，其中药用真菌很多本身作为中药来应用。因此一定意义上讲，中药与微生物，特别是与一些药用真菌具有密切的联系。早在东汉年间《神龙本草经》中，就有灵芝、茯苓、猪苓、雷丸等药用真菌分别列项论述，这些药物至今沿用不衰。2、微生物发酵中药应用历史悠久，也是传统中药加工炮制的重要方法之一，一般主要是起到中药复合炮制的作用。而且很多发酵之后的药物在临床应用上取得了较好效果。微生物发酵中药在中医药应用中得到了很大的体现。如片仔癀的主要成分是三七的微生物发酵物；神曲由面粉、赤小豆、苦杏仁、鲜青蒿、鲜苍耳、鲜辣蓼按一定比例混匀后经发酵而成的曲剂。3、某些传统的微生物制剂一直使用至今，其中以不同中药作为辅料，采用微生物处理后自身成为发酵物组成的一部分，如半夏炮制，神曲制备等。同时随着历史的发展，微生物发酵中药的应用也在不断变化。半夏在整个炮制过程中使用到了一些中药，最终形成具有一定功效的以半夏为主要组成部分的中药炮制品。半夏至汉代始用汤洗去毒，即为炮制品。南北朝时增加生姜制、热汤洗、白芥子末制、头醋制等炮制品。唐代增加姜汁制，宋代增加麸炒、热洒炒、酸浆浸、米醋炒浸、生姜甘草桑白皮制、猪苓制、白矾制、萝卜制、姜矾牙皂制和半夏曲。金之时期，增加米泔浸、香油炒、菜油拌炒。明代增加盐水洗、面炒醋制、杏仁炒。清代增加巴豆制、活生姜制、猪胆汁炒、皂荚白矾姜汁竹沥制，有仙半夏和法半夏。由此可见，半夏的炮制方法繁多，而且种类各异，如仙半夏、半夏曲等，已经成为含半夏的一个复方二、微生物发酵中药的研究现状1、利用中药为培养基的组成部分，构建药性菌质，比较发酵前后中药相关成分的变化，为中药与药用真菌的结合寻找突破点，并开发具有良好功效的药物。A、固体发酵：以黄芪为药性基质，黄芪占培养基组成10-20%，加入其他营养物质，研究动态过程中多糖、皂苷、蛋白质的变化，结果表明灵芝和黄芪发酵组合是可行的。南京中医药大学的庄毅教授做了这方面的大量研究，兵取得了较多成果。B、液体发酵：三株口服液等。2、利用微生物转化中药活性成分微生物转化的本质是利用微生物生长代谢过程中产生的酶对特定底物进行结构修饰的化学反应，与化学反应相比，它具有区域和立体选择性强、反应条件温和、操作简单、成本较低、公害少等优点，同时能完成一些化学方法难以实现的反应。同时由于微生物种类繁多，繁殖快等特点，所以微生物转化常被用来对天然产物的结构进行修饰，从而获得一些结构更合理或活性更好的先导化合物。另外，微生物在代谢过程中可分泌蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等几十种胞外酶进入培养基，这些酶有的可以将药物成分分解转化，形成新的化合物。3、发酵产物与天然产物成分以及药效的研究，其中主要包括药用真菌深层发酵提取物的药理实验研究。3.1发酵产物与天然产物成分以及药效的研究。幻灯片103.2药用真菌深层发酵提取物的药理实验研究。幻灯片11发酵虫草与天然虫草没有明显差异，表明利用虫草菌丝体来代替虫草是可行的。雷丸茵发酵方法所获得的雷丸蛋白酶与天然雷丸蛋白酶之间没有明显差别。分光光度法对野生蛹虫草与培植蛹虫草清除·0H自由基的作用进行对比。结果表明植蛹虫草完全可以取代野生蛹虫草在抗衰老领域发挥作用，更应当成为发展的重点。返回竹黄菌的深层发酵提取物抗菌实验。竹黄菌发酵液中具有天然抗菌活性物质，且杭菌作用明显，有较广的抗菌谱。中药对灵芝菌液体发酵过程中生物量的影响以及其发酵液对慢性支气管炎的疗效。结果发现，单纯灵芝发酵液就具有止咳、祛痰作用，对慢性支气管炎有较好的疗效，而其与中药混合发酵液在部分指标上优于CLFB。4、中药提取液对微生物特别是药用真菌生长的影响目前研究了一些中药对灵芝菌丝体的生长影响。主要指标是：(生物量)及代谢产物(胞外多糖)的影响。5、肠道菌群对中药的影响传统中草药的使用，绝大多数以口服吸收而发挥作用，药物中的有效成分在进入肠道之后不可避免地与肠道菌群发生关联，某些成分经相应细菌的作用发生代谢转化后被吸收，较小部分的成分则以原形物直接被吸收。在肝脏解毒后经胆汁排泄，与肠道菌群接触发生结合、裂解等代谢转化再次被吸收。体内环境中肠道菌群是完成中药有效成分代谢的重要因素之一，它的作用与肝脏差不多：肠道菌群对中药有效成分的代谢处置主要是以水解和还原反应为主。目前已经发现许多种中药有效成分被肠道菌群代谢后，发生转化，产生出具有较强药理活性的代谢产物。6、利用微生物进行中药提取研究。中药材有效成分往往包裹在细胞壁内，植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质、木质素等物质构成的致密结构。在中药有效成分提取过程中，当存在于细胞原生质体中的有效成分向提取介质扩散时，必须克服细胞壁及细胞间质的双重阻力。微生物在代谢过程中可分泌蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等几十种胞外酶进入培养基，这些酶有的可以将药物成分分解转化，形成新的化合物，有的可水解植物细胞壁的纤维素、半纤维素、果胶质等，使细胞破裂，利于有效成分溶出。特别是采用一些酶作用于药用植物材料，使细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素等物质降解，使细胞破裂，细胞间隙增加，减小细胞壁、细胞间质等传质屏障对有效成分从胞内向提取介质扩散的传质阻力，可促进有效成分提取率提高。7、微生物用于中药的炮制，特别是有毒中药的炮制。微生物由于自身存在丰富的酶系而有着在温和条件下分解转化物质的能力。利用药用真菌对于这些毒性物质的降解和转化作用，最终可以达到降低毒性、增强功效的目的。王和英根据临床酶学的有关理论，采用含有根霉菌和L—赖氨酸等物质的酵曲发酵五倍子。由于根霉菌能促进L—赖氨酸的生成，能促进胃肠道粘膜吸收食物中的蛋白质，有效地避免五倍子所含鞣酸在胃肠道内的竞争性消耗，降低了五倍子鞣酸与肠道内食物中的结合，从而提高了五倍子的收敛作用。8、微生物充分利用中药为组成部分的培养基的营养，对药性基质进行了相应的提取与药效及制剂研究。冯志华等研究了地衣芽孢杆菌C2-13发酵炮制对红花抗氧化活性的影响。结果红花经C2-13的发酵炮制其抗氧化功效显著提高。HPLC分析还观察到红花中一些成分发生了改变。结论红花中一些有效成分可能是经C2-13的生物转化提高了其抗氧化功效。9、中药废弃物的二次利用。由于中药按照传统的煎煮和现代的提取方法后，剩下的主要是含有纤维素、半纤维素等的药渣，同时也包括没有提取完全的一些有效成分及一些无机元素等。由于一些微生物具有降解纤维素、半纤维素的功能，因此采用微生物作由于中药药渣，或扩大该中药的适应症，或产生具有保健作用的功能性食品。10、微生物发酵中药复合体系的建立。将具有一定功效的微生物发酵中药，获得一个具有一定功效的发酵物，也是以后研究的方向之一。由于微生物中很多药用真菌具有良好的治疗作用，借鉴中医药组方思想，将一些具有类似或协同作用的中药进行发酵，从而产生具有两者功效或者降低单一药物不良作用的复合体系。三、微生物发酵中药的研究展望A、优点——保护中药活性成分免遭破坏；提高中药药性，降低药物的毒副作用；为中药活性成分结构修饰提供新途径；开发新药，产生新药效物质；节省药源，保护环境。B、问题——如中药自身体系的模糊，微生物生长特性的多样性等。因此想更好的将微生物应用于中药，笔者参考相关文献并结合自身研究情况，对微生物发酵中药研究提出了以下几点展望——1、微生物发酵中药的机理还需更深入研究。目前微生物发酵中药的机理主要存在于以下几点基础和推断:(1)微生物以中药中的有效物质或一些非有效物质为前体，经微生物的代谢形成新的化合物；(2)微生物在生长过程中还能产生丰富的初生或次生代谢产物，有些代谢产物自身就是功能良好的药物；(3)微生物的初生、次生代谢产物和中药中的有些物质发生反应形成新的化合物;(4)由于中药的某些物质可能对微生物的生长代谢及活性成分的产生有促进或抑制作用，微生物在中药的特殊环境中也有可能改变自身的代谢途径，从而形成新的活性成分或改变各活性成分的相互关系；(5)因为微生物的分解转化作用，故其有可能多中药中的有毒物质进行分解，降低毒副作用。2、选育优良发酵菌种，使微生物能够最大限度于作用于中药。本实验室主要研究白腐菌，在应用白腐菌发酵降解一些药用植物的木质素变化过程中，发现不同的菌种具有非常明显的降解差异性，这就表明菌种的影响很大。因此应该加大发酵菌种的筛选和评价工作，从而为微生物发酵中药研究找到比较便于深入研究的菌种。3、加大中药废弃物的二次开发利用。目前随着中医药现代化的发展，中药材需求量也越来越大，因此有些中药资源显得尤为紧缺。一方面应该加强道地药材的GAP种植、药材基因以及细胞培养等研究；另一方面还需要强化药材的合理利用——合理使用药材，组方更科学实用，同时药材首次利用后药渣的二次开发，微生物在这方面具有很好优势。药渣废弃物主要含有纤维素、半纤维素等成分，同时也包括没有提取完全的一些有效成分及一些无机元素等；一些微生物具有降解纤维素、半纤维素的功能，将微生物作由于中药药渣，既可以起到降低中药生产后处理的成本，同时也可以节约原料，扩大中药适应症。4、培养基对发酵中药影响的研究，中药的植物学基础研究也必须跟上。由于不同中药材的物理结构以及化学结构均不同，结果导致微生物发酵行为以及结果差异很大，主要表现在不同中药含有不同量的木质素、纤维素、半纤维素，这些不同的含量导致降解情况不一样，引起这些变化不同的原因在哪里，不同结构和含量与降解以及成分变化的相关性有哪些，从而让菌种最大限度的利用以中药材为主要组成部分的培养基获取目标物，也是以后值得研究的一个方向。5、菌种混合发酵研究。自然界微生物的多样性决定了微生物的群居性，如何借鉴微生物的自然生长环境，获取我们需要的材料，更好的将微生物与中药结合，也是值得研究的一个问题。纵观历代微生物发酵中药的研究，其中很多时候是好几种菌种混合产生的作用效果，因此也值得借鉴。6、发酵产物综合研究——分离、纯化等条件的优化。首先，应该对微生物的发酵和培养等进行系统的研究，并进行成分的分离、鉴定和相关药理实验的证明，更加明确微生物的性质以及变化过程。其次，对中药也应该进行成分与药理作用的全面研究，深入研究中药多靶点作用的机理，并用相应模型进行科学的阐述，进而建立中药多靶点作用的模式。7、设计新型发酵罐。对于微生物发酵中药的研究而言，自古至今，应用较多的还是固体发酵。对于固体发酵来说，其中生物量的测定、发酵过程中湿度、通气、营养、均匀性以及发酵的工业化都值得深入探讨。新型发酵罐，需要综合考虑众多因素，从而方便发酵控制、量化指标。8、发酵产物与天然产物的对比研究。通过对发酵产物与天然产物的成分、药理药效及毒理对比，寻找目前比较紧缺天然产物的替代品。9.相关测试设备的研究中药由于自身成份的复杂性，需要分析能力更加强大的测试设备，只有这样，才能更好去阐述微生物发酵中药体系的作用特点与机理。中药现代化研究已经是一个医药、生物等众多学科关心的课题，因此也得到更多的关注。随着多学科的交叉发展，微生物发酵中药的研究必将取得一个长足的发展，微生物发酵中药也必将在中药现代化进程中表现出强大的生命力。谢谢，敬请各位专家批评指正！