植物細胞制藥的研究進展

趙玉平 楊夏 高峰麗

（內蒙古包鋼醫院藥劑科，包頭014010）

植物細胞制藥的研究進展

趙玉平 楊夏 高峰麗

（內蒙古包鋼醫院藥劑科，包頭014010）

植物細胞工程制藥是植物細胞技術在生物制藥工業方面的應用。本文介紹了植物細胞工程制藥所涉及的主要技術及其進展，包括大規模植物細胞培養生產藥用成分，植物生物反應器，生物酶解技術，轉基因植物生產藥物等，在此基礎上探討了植物細胞工程制藥的發展趨勢。

植物細胞；制藥；細胞培養；酶解技術

植物細胞技術在當今的醫藥領域應用越來越廣泛，植物細胞的大量培養是利用植物細胞體系通過現代生物工程手段進行工業規模生產上人類從植物中得到藥物已有很長的歷史。隨著植物細胞培養、植物基因工程等生物技術的發展，它被賦予了新的內容和廣闊的發展前景。直接提取有用化合物或者以植物提取物為底物合成其結構類似物成為人們治療疾病重要方法。研究植物次級代謝，進一步提高細胞培養過程中細胞生長的速率及選育出穩定高產的優良細胞系，是提高植物細胞生產目標化合物的效率的重要途徑。植物細胞培養技術現已發展成為一門精細的實驗科學，在材料消毒、接種培養、繼代保存、分離鑒定等方面建立了一套系統的操作程序[1]，在今后的醫藥領域將有更廣闊的天地。

1 大規模植物細胞培養生產藥用成分

植物細胞的大量培養是利用植物細胞體系通過現代生物工程手段進行工業規模生產，以獲得各種產品的一門新興的跨學科技術。首次提出從植物細胞培養物中合成天然藥物的是1956年美國的Routier和Nickell，1967年KauI和Staba采用多升發酵罐對小阿米（Ammi Visnaga）進行了細胞大量培養的研究，并首次用此方法得到了藥用成分呋喃色酮[2]。

細胞工程制藥是利用動植物細胞培養生產人類生理活性因子、單克隆抗體、動物疫苗和植物藥物等產品[3]。植物細胞培養生產抗癌藥物紫杉醇，紫杉醇（taxel）是種用于卵巢癌、乳腺癌、肺癌的高效、低毒、廣譜并且作用機制獨特的抗癌藥物，被譽為20世紀90年代國際上抗腫瘤藥三大成就之一。但自1993年紫杉醇上市以來，紫杉醇的來源問題成為世界性的研究熱點。植物細胞培養被公認為是生產紫杉醇一種長期有希望的方法。日本曾從短葉紅豆杉7川jbrevlfolia Nutt和東北紅豆杉T．cuspidatu Sieb．et Zucc．中進行愈傷組織的誘導、篩選得到的細胞株，可在4周培養時間內細胞增殖5倍。同時紫杉醇含量達到0.05%，比原來的紅豆杉樹皮紫杉醇含量增加了l0倍[4]。

2 植物生物反應器

廣義上講，植物生物反應器是指以植物懸浮細胞培養、天然的或經基因工程改良的植物細胞和組織，或整株植物為“工廠”大量生產具有藥用價值（如人類或動物的疫苗、抗體），或可作為工業原料的植物次生代謝產物、食品添加劑等重要應用價值的蛋白或氨基酸[5]。從狹義上講，植物生物反應器是指以轉基因的整株植物為“工廠”來大量生產各種價值及附加值高的生物制品[6]。利用植物生物反應器表達外源藥用蛋白和疫苗，可解決許多藥用蛋白和疫苗的來源問題，并降低生產成本，從而形成生物制藥企業的核心競爭力，產生可觀的經濟效益。

1992年，梅森、劉玉樂等將乙型肝炎表面抗原基因轉入煙草，獲得的轉基因植株所表達的抗原蛋白。其免疫原性與從人和酵母來源的相似，保留了B細胞和T細胞的抗原決定簇。1999年麥考密克等通過煙草花葉病毒(TMV)載體在煙草中表達了小鼠B細胞淋巴瘤中一段特異編碼區，用該編碼區產生的蛋白來免疫小鼠。后者產生相應的特異抗體，這種抗體可保護小鼠不受該腫瘤致死劑量的攻擊。這種腫瘤特異蛋白疫苗的快速生產系統可能為治療非霍奇金淋巴瘤提供一種實用的策略[7]。

3 細胞級微粉碎加工技術

中藥超微粉碎（又稱中藥微粉化）是隨著現代粉體工程微粉化技術——超微粉體技術的發展在20世紀90年代中后期而新興的一門中藥加工技術。“超微中藥”是指運用現代科學技術（現代細胞破壁技術）與傳統中藥炮制技術相結合的先進工藝，將傳統中藥飲片加工成一種粒徑為微米級的新型中藥，也可叫做“微粉中藥”、“中藥超微飲片”、“中藥超細粉體”。超微粉體技術作為一門跨學科、跨行業的高新技術，已引起科技界和中醫藥界的廣泛關注，并已成為近幾年來中藥界的研究熱點[8]。

陳宇紅[9]用高頻振動磨對根系植物中藥黃芪進行了超細粉碎，結果黃芪經超細粉碎至細胞破壁后，可顯著提高其有效成分的溶出量和溶出速率，從而增加藥效，顯示了超細粉碎技術作為一種高新技術在中藥加工中有特有的優勢。

4 生物酶解技術

中藥制劑的雜質大多為淀粉、果膠、蛋白質等，針對雜質可選用合適的酶法予以分解除去。酶反應較溫和地將植物組織分解，可以較大幅度提高收率。目前，用于中藥提取方面研究較多的是纖維素酶，大部分的中藥材的細胞壁是由纖維素構成，植物的有效成分往往包裹在細胞壁內，纖維素則是由β-D-葡萄糖以1，4-β葡萄糖苷鍵連接，用纖維素酶酶解可以破壞β-D-葡萄糖鍵，使植物細胞壁破壞，有利于對有效成分的提取[10]。在國內，上海中藥一廠首先應用酶法成功地制備了生脈飲口服液[11]。

呂衛明等[12]介紹了一種從黃芩中提取分離黃芩素的新方法—酶水解法，并且和直接提取法相比較，結果新方法所得粗品中黃芩素達75.67%，收率為2.46%。李元波等[13]利用纖維素酶預處理提取郁金中姜黃素，與乙醇回流法作對照，工藝流程中除去酶預處理步驟，其余工藝條件完全相同，經酶預處理法的姜黃素的提取率達到0.0773%，比乙醇回流法的提取率提高了15%，干膏率提高了7.0%，且薄層色譜圖表明酶預處理提取法提取姜黃素穩定，纖維素的酶解作用對提取成分無影響。顯示將纖維素酶用于某些單一中藥的預處理有良好的應用前景。

有文獻報道日本的高根芳春[14]提出了用酶法提取銀杏葉有效成分的方法。通過加入糊精以及對葡萄糖殘基有轉移作用的葡萄糖苷酶或轉糖苷酶，使油溶性或難溶于水或不溶于水的有效成分轉變成易溶于水的成分而提取出來。

5 轉基因植物生產藥物

植物醫藥基因工程是指把重組的編碼的活性多膚和疫苗基因導人植物，使植物能夠大量生產這些活性膚和疫苗，它是土廠化農業（factoryfoming）或分子農業最具誘惑力的部分。這種策略，不僅可以大大降低昂貴藥命的生產成本，而且簡化了貯藏方式。因此，國際上植物基因工程研究的一個新趨勢就是利用轉基因植物生產藥物[15]。

植物抗體是將動物和人抗體基因轉入植物中使其表達產生免疫性產物。利用禾谷類作物能生產ScFVT84.66抗癌胚抗原；利用大豆能生產HSV的糖蛋白；利用煙草能生產線蟲抗原、外傷素、Streptococcus.mutans抗原、結腸癌抗原、IgGtScFv、人肌酸激酶特異的IgG[16]。

現還有一種新思路，以病毒為載體在植物中生產藥用蛋白，這種方法是先將目的基因插入病毒基因組中，然后把重組病毒接種到植物葉片上任其蔓延至所有葉片，外源基因則隨病毒的復制而得到高水平的表達，這樣的植物就成了生產蛋白質的“綠色工廠”[17]。

6 植物細胞生產有用次生代謝產物

次生代謝產物的低產現象是制約細胞培養法生產植物天然產物技術產業化應用的核心問題之一，理解和掌握植物細胞次生代謝調控規律是解決這一問題的基礎。與初生代謝相比，植物次生代謝產物的合成具有更加復雜的調控機制，并且更易受外界因素的影響[18]。

我們最近的研究結果表明，在桔青霉細胞壁誘導子處理約2h后，紅豆杉懸浮細胞中NO開始增加并在6h左右時達到最高，隨后出現下降，表明真菌誘導可以誘發紅豆杉細胞中NO的生物合成[19]。

7 展望

植物細胞是一個復雜的體系，其內部存在多種反饋調控機制，各種亞體系之間也存在著復雜的相互影響，在培養過程中植物細胞具有相當的遺傳和生理的不穩定性，加強對培養過程中植物細胞特性的研究，努力從生命和細胞的總體的和本質的角度去思考，進行反應器的研制，將有可能在植物細胞培養工作中取得根本上的突破。

植物細胞培養是近代實驗植物學的主要工具之一，高等植物的遺傳工程也需要細胞培養技術，使經由遺傳因子轉移的細胞，再分化成有利用價值的植株。提取高價值的化合物或實現種苗的工廠化生產，對于保護珍稀的野生植物資源，突破時間和地域的限制進行農業生產都是有所裨益的。同時，植物細胞培養生物反應器的研制必須從實用出發，考慮到工業放大的可行性，過去的研究大多僅僅是實驗室的成果，植物細胞培養的工業化技術仍不過關，生產過程還不能長期穩定地進行，限制了植物細胞大規模培養的應用[20]。

探索天然藥物的生產工業化是當前藥物研究的一個新方向，應用發展的眼光看待植物細胞培養生產次級代謝產物應用前景，控制植物細胞培養過程，提高目標化合物的含量。利用植物基因工程方法生產藥物還剛剛開始，有很大的發展空間。有科學家估計，植物生物技術的發展將改變半個多世紀以來許多新藥單純依賴化學合成的狀況，把人類的醫藥行業帶向一個新的里程碑。

[1]董研玲,潘學武.植物次生代謝產物簡介[J].生物學通報,2002,37(11):19.

[2]成靜,郭勇.植物細胞工程藥物生產的研究進展[J].江西科學,2000, 18(1):61.

[3]岳才軍,潘求真.細胞工程制藥的課程建設[J].陜西教育(高教),2010, 21(1):146.

[4]李晨東,胡鐵強,盛長忠.細胞培養在獲得藥用植物有效成分中的研究[J].中草藥,2003,34(7):附8.

[5]張勝利,李東方,許桂芳.植物生物反應器在生物制藥中的應用[J].資源開發與市場,2011,27(02):102.

[6]楊晶,李天航,熊麗東.植物生物反應器的研究進展[J].生物工程學報,2009, 25(5):650-657.

[7]楊晶,曲劾,邵明龍.植物生物反應器與藥物研發[J].科學(上海),2009,61 (3):24.

[8]孫建國,易延逵,蔡光先.中藥超微粉碎技術研究及應用的現狀和思考[J].湖南中醫雜志,2010,26(6):115.

[9]陳宇紅.黃芪超細粉碎加工對有效成分溶出的影響[D].蘭州大學碩士學位論文,2005:6.

[10]賈立革,劉鎖蘭,李秀青.中藥提取分離新技術的研究進展[J].解放軍藥學學報,2004,20(4):280.

[11]楊慶隆,許順榮.淺談酶在中藥制劑中的應用[J].中成藥,1995,17(6):4.

[12]呂衛明,房喻,代郡.酶水解法提取分離黃芩素的研究[J].中國中藥雜志, 1991,16(2):742.

[13]李元波,殷輝安,周燕霞.纖維素酶預處理法提取郁金中姜黃素的研究[J].廣州化學,2004,29(3):18-23.

[14]劉少勇,劉菊妍,李金華.生物酶解技術在中藥提取分離中的應用進展[J].高新技術與中醫藥發展,2005,16(8):28.

[15]陳玉琴,高玉蘭.植物基因工程研究的新趨勢—利用轉基因植物生產藥物[J].唐山師專學報,2000,22(5):26.

[16]李小湘,劉勇.理性思考轉基因植物生產藥物[J].醫學哲學問題,2005,26 (8):42.

[17]GOYPA,DUESINGJH.From pots top Iots GeneticaIIy modified plants on trial[J].Bio-TechnoIogy,1995,13:454-458.

[18]徐茂軍.一氧化氮:植物細胞次生代謝信號轉導網絡可能的關鍵節點[J].自然科學進展,2007,17(12):1622.

[19]徐茂軍,董菊芳,朱睦元.NO參與真菌誘導子對紅豆杉懸浮細胞中PAL活化和紫杉醇生物合成的促進作用[J].科學通報，2004,8(49):667-672.

[20]王士杰,許永華,郜玉鋼.發酵技術在植物細胞生產中的應用現狀[J].安徽農業科學,2011,39(1):10.

10.3969/j.issn.1672-2779.2012.12.116

：1672-2779（2012）-12-0163-02

：韓世輝

2012-04-10）