人參皂苷CK的研究進展

于雷 李成龍， 于珊珊

（1.吉林農業大學食品科學與工程學院，長春 130118；2.長春中醫藥大學 吉林省人參科學研究院，長春 130117）

人參是我國傳統的中藥材，在中藥中具有重要的地位，其化學成分復雜，藥理活性獨特，具有“百草之王”的美稱，古代多用于久病初愈大補元氣和滋補養生之用。2011年，人參食品正式上市，人參終于實現“藥食同源”［1]。隨著現代分離分析技術的發展，人們了解到人參皂苷是人參發揮藥理作用的主要成分。人參皂苷是由糖和苷元組成的糖苷類化合物，屬于三萜化合物。依照皂苷元的結構可分為3類：一類是齊墩果烷型五環三萜皂苷，皂苷元為齊墩果酸；另兩類是達瑪烷型的四環三萜皂苷，它們在人參皂苷中占大多數，是人參的主要活性成分之一。依據苷元的不同，可將達瑪烷型四環三萜皂苷分為原人參二醇系皂苷，如人參皂苷Rb1（GRb1）、GRd和GRh2等，原人參三醇系皂苷，如人參皂苷Re（ GRe ）、GRg1和GRg2等［2，3]。到目前為止，分離出人參皂苷單體40余種，其中主要含有人參皂苷Rb1、Rb2、Rc、Rg1和Re，占人參皂苷總量的80%以上［4]，其余皂苷只占皂苷總量的一小部分，被稱為稀有人參皂苷。雖然這些皂苷含量很少，但具有獨特的藥理活性。其中，稀有人參皂苷CK-原人參二醇型皂苷具有高效的抗皮膚老化，抗癌，抗炎，保護心肌的諸多功效，近些年來倍受人們關注。

人參皂苷CK在天然人參中并不存在，據早期文獻報道，人參皂苷CK是由人參皂苷Rb1轉化而來，轉化過程是腸道細菌作用的結果［5]。隨后的一些試驗闡明人參皂苷Rb1經腸道微生物轉化成稀有人參皂苷CK的代謝途徑［6，7]。2011年，Wang 等［8]給6個健康人同時服用10 g人參根粉末，分別在0、2、4、7、9和12 h后檢測人體血漿發現，在不同時間點，人參皂苷Rb1、Rd、Rg2和CK相繼出現，且人參皂苷Rb1量逐漸減少而CK量逐漸增加。此試驗再一次驗證了CK是由Rb1經腸道微生物轉化而來。人參皂苷CK作為發揮藥理作用的最終形式引起了研究人員的廣泛關注，進而對其藥理活性進行了大量的研究。

1 人參皂苷CK的藥理活性研究

1.1 抑制記憶T細胞

記憶T細胞在人體免疫系統中發揮著重要的作用。當外來入侵者進入人體時，記憶T細胞會對其產生記憶，當其再次入侵時記憶T細胞會對其進行快速反應并通知效應細胞將其消滅，保護人體免受傷害。心臟病早已成為嚴重威脅人類生命健康的疾病之一，嚴重者需要靠心臟移植手術維持生命。在移植手術中心臟作為外源物質會受到機體的排斥，Kang等［9]通過研究發現，人參皂苷CK在心臟移植手術中具有抗免疫力的功能，能夠延長移植心臟的存活時間，人參皂苷CK在混合淋巴細胞反應中能夠顯著抑制CD4+和CD8+記憶T細胞的增殖。在小鼠體內人參皂苷CK能夠聯合抗-CD154和抗-LFA-1單克隆抗體延長移植心臟的存活時間，并沒有明顯毒副作用。數據中還顯示人參皂苷CK能夠減少白細胞介素-2和干擾素-γ的表達，而不是增強T細胞的表達。此研究對開發人參皂苷CK的臨床抗免疫藥物具有重要意義。

1.2 抗腫瘤促進細胞凋亡

由于經濟發展造成的污染使癌癥患者的數量逐年增加，因此尋找治療藥物迫在眉睫。Cho等［10]的研究表明，人參皂苷CK能夠抑制人白血病細胞HL-60的生存，細胞的死亡具有典型的凋亡特征。caspase-8在人參皂苷CK激發的細胞凋亡中起到了關鍵性作用。Chae等［11]研究表明，人參皂苷CK能夠增強γ射線對人體內肺癌細胞NCI-H460的放射療效，誘導癌細胞凋亡。這表明CK具有和γ射線放射療法相結合治療癌癥的應用性。Wang等［12]利用試驗比較人參皂苷CK和Rb1對結腸直腸癌細胞HCT-116 和SW-480的影響，通過對它們進行分析發現，人參皂苷CK能夠顯著抑制癌細胞的增殖，細胞阻滯是發生在分裂期的G1期并誘導其凋亡。然而母體人參皂苷Rb1并沒有這些作用。結果表明人參皂苷CK可能成為有效治療結腸直腸癌的潛在藥物。Park等［13]研究發現，人參皂苷CK能夠抑制STAT3的磷酸化作用和其上游的活化因子JAK1，還增強了蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1的表達。結果表明CK誘導了U266細胞的凋亡，也表明CK在治療多發性骨髓瘤上具有的化學預防潛力。Hu等［14]利用人胃癌細胞系BGC823、SGC7901和裸鼠人胃癌移植瘤作為模型研究CK對胃癌作用機制。研究發現細胞周期阻滯發生在細胞分裂期的G2階段，CK通過線粒體介導內部途徑誘導BGC823和SGC7901凋亡。而在裸鼠中，CK有效抑制SGC7901細胞形成腫瘤。最終結果表明人參皂苷CK可以顯著抑制人胃癌細胞生長并誘導其通過Bid介導途徑凋亡。

1.3 抗炎

Joh等［15]給因服用三硝基苯磺酸而引發結腸炎的小鼠口服人參皂苷CK。結果顯示，人參皂苷CK可以抑制結腸髓過氧化酶達到88%。人參皂苷CK可以通過抑制促炎因子IL-1β、TNF-a和IL-6的表達，促進抗炎因子的IL-10的活性從而達到抗炎的目的。Park等［16]使用因全身感染和大腦缺血而產生的大腦疾病的小鼠模型觀察人參皂苷CK對其影響。結果發現，人參皂苷CK減少了iba1陽性激活小膠質細胞的數量，并抑制了α-因子和β-白細胞介素的表達，減少了缺血大腦中梗塞的體積，說明人身皂苷CK是很好的抗神經炎疾病的藥物。Shin等［17]研究了人參皂苷CK對因使用惡唑酮造成小鼠耳部炎癥的作用后發現，在利用濃度為0.02%和0.05%的人參皂苷CK處理16 d后，小鼠耳部腫脹程度縮減了54%和76%。研究認為人參皂苷CK通過對巨噬細胞分泌的COX-2和Th細胞誘導的干擾素-γ和IL-4的調控，可以有效治療接觸性皮炎。

1.4 抗皮膚衰老

He等［18]對纖維母細胞分組培養，其中一組含有人參皂苷CK；另一組為對照組，培養2 h。隨后利用紫外線進行分組試驗，一組接受紫外線輻射，紫外線強度分別為50、100、200 KJ/m2。另一組不進行紫外輻射。試驗結果表明，金屬機制蛋白酶活性和蛋白質水平通過紫外照射后有所增強，但經過CK處理過的被抑制。用CK提高了膠原蛋白的表達，抑制了紫外對纖維母細胞的輻射。CK是潛在的預防與治療皮膚衰老的藥物。

1.5 保護心肌

Tsutsumi等［19]對試驗小鼠進行心臟缺血再灌注試驗，并對離體心臟進行生化分析。在研究后發現經過缺血再灌注后，與對照組相比，人參皂苷CK可以減少心臟梗塞面積。結果表明利用CK處理心臟可以減少Ca2+誘導引起的線粒體膨脹。此項試驗首次在小鼠上證明了CK對心肌缺血再灌注損傷具有保護作用并揭示了其機制。

1.6 人參皂苷CK亞慢性毒性研究

Gao等［20]通過給雄性和雌性狗注射人參皂苷CK來研究CK是否有毒性。注射劑量分別為6.7、20和60 mg/kg/day，隨后觀察90 d體重、進食量、血液、體溫、心電圖、尿檢、尸檢、器官重量和組織病理學檢查等多項指標進行檢測。結果顯示體重、進食量、血液、體溫、心電和尿檢等指標均未受到CK的影響，但對多指標觀測分析肝毒性時，肝中毒明顯，但作者認為這種現象有可能是可逆的。

2 人參皂苷CK的制備

人參皂苷突出的藥理活性引起了廣泛的關注，尋找一條有效的獲得途徑成為迫切需求。世界上很多學者致力于CK的生產研究。人參皂苷CK屬于原人參二醇型皂苷，此類皂苷結構特點是具有相同的母核，不同點是在C-3和C-20位是由不同糖基構成。傳統思維是通過利用酸堿水解的方法獲得產物，但化學方法存在污染大，耗資大，水解副產物多等弊端。由于研究已證實，人參皂苷CK在天然人參中并不存在，它是由人體腸道細菌作用后得到的。這為人參皂苷CK的制備開辟了一條新的途徑。目前用于生產人參皂苷CK的研究多數集中于生物轉化，主要包括微生物轉化和酶轉化。

2.1 微生物轉化的研究

土壤是微生物生長的主要聚集地，用于轉化生產人參皂苷CK的微生物主要來源于土壤。Wang等［21]從土壤中篩選出菌株Sphingomonassp. ZY-3，該菌株可以將人參皂苷Rb1轉化成人參皂苷CK，通過試驗對轉化過程進行闡述， 過程為Rb1→Rd→F2→CK，但并未對該菌株對人參皂苷Rb1的轉化率進行研究。Zhou等［22]利用菌株Paecilomyces bainiersp. 229對三七葉總皂苷進行轉化研究，結果顯示有人參皂苷CK的生成，并對影響轉化的因素進行了研究，獲得了菌株轉化人參皂苷CK的最佳條件，CK的最高轉化率高達82.6%。楊元超等從土壤中篩選出的鐮刀屬真菌串珠鐮孢Fusarium moniliforme可以將人參中含量較高的人參皂苷Rb1和Rd等轉化成人參皂苷CK，且轉化結果顯示人參皂苷Rb1可以被完全轉化。崔宇等［24]從土壤中篩選出了一種鐮刀霉屬Fusarium，真菌利用人參果總皂苷為底物轉化生產人參皂苷CK，轉化前后人參皂苷CK的量相差了40倍之多。研究人員也對影響轉化的條件和菌株進行了試驗。侯耀達等［25]利用霉菌GS1- 33轉化人參總皂苷生產人參皂苷CK，在以水為培養基，pH3.0時，人參皂苷CK的產率可達到14%。Chi等［26]利用食品微生物Bifidobacteriumsp. Int57，Bif. sp. SJ32、Aspergillus niger和A. usamii將人參皂苷Rb1轉化成了人參皂苷CK、Rd和F2。

2.2 酶轉化的研究

酶轉化法的優點在于專一性強，時間短，過程簡單，產物易于分離。國內外學者都進行了相當多的研究，國內學者多利用β-葡聚糖苷酶進行轉化獲得人參皂苷CK并取得了一定的成果。姜彬慧等［27]利用4種工業制劑酶對三七葉總皂苷進行轉化獲得人參皂苷CK，并篩選出最佳酶制劑，其中β-葡聚糖苷酶對三七葉總皂苷轉化作用最強。Yan等［28]利用菌株Paecilomyces bainiersp. 229發酵獲得的β-葡聚糖苷酶能夠將人參皂苷Rb1轉化成人參皂苷CK，并研究了其主要代謝途徑為Rb1→ Rd→F2→CK，通過試驗還發現了另一種代謝途徑為Rb1→ gypenoside XVII→F2→CK。Noh等［29]利用菌株Sulfolobus solfataricus發酵獲得對熱穩定的β-葡聚糖酶分別對Rb1、Rb2、Rd和Rc進行轉化獲得CK，分析認為其代謝途徑為Rb1或Rb2→Rd→F2→CK和Rc→Mc→CK。李翠翠等［30]從真菌Aspergillussp.g848p發酵產生人參皂苷糖苷酶，能同時轉化人參皂苷Rb1、Rb2和Rc生成人參皂苷CK，該酶最適溫度為45℃，最適pH為5.0，轉化時間為24 h。Noh等［31]從嗜酸熱硫化葉菌中Sulfolobus acidocaldarius分離出的β-葡聚糖苷酶可以將人參皂苷Rb1、Rb2和人參皂苷Rd轉化成稀有人參皂苷CK，對3種皂苷的轉化效率從高到低依次為Rb1>Rd>Rb2，并確定了其轉化途徑是Rb1→Rd→CK和Rb2→compound Y→CK。

2.3 重組酶轉化的研究

盡管酶法轉化具有一定優勢，但從微生物發酵中分離轉化的酶，過程工序繁多，耗時長，產量低。利用現代酶工程技術對酶進行重組，獲得高表達的酶制劑省去很多麻煩。Noh等［32]利用來源于Sulfolobus solfataricus的熱穩定重組β-葡聚糖苷酶將10%（W/V）人參根提取物轉化為CK。在溫度為85℃，pH為5.5時，對人參根提取物中的Rb1、Rb2、Rd和Rc總轉化率為45.7%。Yoo等［33]從火球菌屬菌種Pyrococcus furiosus中找到了表達β-葡聚糖苷酶的基因并克隆到大腸桿菌中。β-葡聚糖苷酶轉化Rd生成CK的轉化率高達82.5%（mol/mol），將10%人參根提取物中的Rb1、Rb2、Rd和Rc轉化生成CK，總轉化率為79.5%。

3 展望

我國藥用資源豐富，伴隨著現代科學技術的進步，研究工藝迅猛發展，中醫藥理論的日漸完善，很多中藥單體的活性已經得到國際公認。人參中多種成分都已開始得到研究［34-36]，而人參皂苷CK以其突出的藥理活性引起人們廣泛的關注。例如，抗皮膚衰老、抗血栓、抗炎、保護心肌，特別是在誘導癌細胞凋亡，治療癌癥方面具有突出的表現，為治療抗癌藥物的開發提供了新的道路。人參皂苷CK是原人參二醇型皂苷在人體腸道內的代謝產物，天然人參中并不存在，尋找一條有效的生產途徑尤為重要。目前用于制造CK的方法分為化學法和生物法。化學方法存在產物難以控制，難以獲得單一性的目標產物，后續還要大量的分離工序，對環境污染比較嚴重等缺點。因此，相關研究逐年減少，現在多集中于生物轉化法上。生物轉化法對設備要求不高，反應溫和，關鍵優勢在于生物轉化法的產率高，產物比較單一，省去了大量的分離工作。現在重組酶已經用于轉化酶的生產當中，利用現代生物技術，獲得大量的轉化酶。相信人類在稀有人參皂苷CK生產方面必定取得突破，能夠促進人參資源的有效利用，使其在醫藥和食品領域大放異彩。

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