中藥皂苷類化合物生物轉化研究進展

李憶紅，梁雨璐，解嘉琪，王 燦，黃建梅

北京中醫藥大學中藥學院，北京 102488

皂苷是由皂苷元與糖基通過糖苷鍵連接而成的糖苷類化合物，在水溶液中可形成肥皂狀泡沫，故得皂苷之名。皂苷類化合物廣泛分布于陸生植物中，少量存在于海綿、海星、珊瑚等海洋生物中[1]，皂苷按其苷元碳骨架結構可分為三萜和甾體皂苷。三萜皂苷在豆科（甘草、黃芪等）、五加科（人參、三七等）、桔梗科（桔梗等）、遠志科（遠志等）、傘形科（柴胡等）和石竹科等植物中分布較多；甾體皂苷大部分分布于百合科（知母、重樓等）、薯蕷科（薯蕷等）和玄參科等植物中。皂苷在中藥中廣泛存在，具有抗腫瘤、抗病毒、抗炎、抗菌、解熱、鎮靜等生物活性[2]。與生物堿、黃酮等其他天然產物不同，皂苷原型成分口服后生物利用度相對較低，但通過生物轉化可以獲得生物利用度相對較高的次級皂苷和苷元，其生物學活性增強。研究發現人參皂苷藥效活性與人參皂苷分子糖基數量有關，如稀有人參皂苷具有更高的藥理活性，藥動學性質優于原型人參皂苷[3-4]，稀有人參皂苷與人參皂苷具有相同的母核結構，只是糖基的數量不同，說明修飾皂苷分子中的糖基部分，對提高其藥理活性及生物利用度具有重要意義。

天然皂苷可以通過水解而獲得次級皂苷及其衍生物、苷元，常見的方法有物理（加熱）、化學（酸、堿水解）和生物轉化等方法，其中生物轉化包括腸道菌群轉化、微生物轉化和體外酶催化。酸水解反應條件劇烈，易使苷元發生脫水、雙鍵移位和環合等結構變化[5-6]，無法控制糖基的選擇性水解。另外，利用酸堿水解皂苷的方法副反應產物較多，水解產物仍需進一步處理。因此，近年來皂苷成分轉化生成次級皂苷及苷元的研究主要集中于生物轉化領域，由于其反應條件溫和，具有更強的位置選擇性和立體選擇性，被廣泛應用于研究和生產中。生物轉化主要反應類型包括糖基水解反應、氧化還原反應、羥基化及斷裂重排反應等[7-8]，其中以糖基水解反應應用最為廣泛。本文結合國內外近年研究成果，對不同類型的皂苷化合物通過生物轉化的方式水解糖基的文獻進行整理，為后續皂苷定向修飾糖基的研發和利用的研究提供思路和參考。

1 三萜皂苷的生物轉化

1.1 四環三萜

1.1.1 人參皂苷 人參皂苷根據其苷元骨架可分為達瑪烷、奧克梯隆醇和齊墩果烷型，其中大多數人參皂苷母核結構屬于達瑪烷型[9]，且是人參的主要活性成分，根據苷元羥基位置的不同進一步將達瑪烷型人參皂苷分為原人參二醇（protopanaxadiol，PPD）和原人參三醇（protopanaxatriol，PPT）型，PPD 型人參皂苷的糖基位于達瑪烷的C-3 和C-20位，PPT 型人參皂苷的糖基位于C-6 和C-20 位[10]。人參皂苷Rb1、Rb2、Rc、Rd、Rg1等皂苷側鏈含有多個糖基，占人參總皂苷的80%以上，被認為是人參皂苷的主要成分[11-12]。相比之下，次級人參皂苷F2、CK、Rg3、Rh2占人參總皂苷的比例不到0.1%[13]。綜合文獻分析發現，人參皂苷的糖基水解反應主要發生在C-3、C-6 和C-20 位，水解脫去葡萄糖基、鼠李糖基、呋喃型阿拉伯糖基和吡喃型阿拉伯糖基。人參皂苷在體內主要的代謝途徑為逐級脫糖基，將PPD 型人參皂苷Rd、F2、Rg3、CK、Rh2與人源腸道菌群離體孵育培養，發現人參皂苷Rd 的主要轉化產物為人參皂苷F2、Rg3、Rh2、CK 和PPD；人參皂苷F2主要轉化產物為人參皂苷CK 和PPD；人參皂苷Rg3主要轉化產物為人參皂苷Rh2和PPD；而人參皂苷Rh2和人參皂苷CK 又可以生成PPD[14-15]。離體大鼠腸道菌群對人參皂苷Rb1的水解也是逐級脫糖基的過程[16]。人參總皂苷在體內腸道菌群中的代謝同離體腸道菌群一致，Guo 等[17]驗證了腸道菌群轉化三七皂苷的過程，結果發現在常規飼養大鼠血漿中檢測到人參皂苷F1、Rh2、CK 3 個次級皂苷和PPT，而在無菌大鼠血漿中未檢測到，因此推斷人參皂苷體內的代謝基本規律為四糖皂苷→三糖皂苷→二糖皂苷→單糖皂苷→皂苷元[18]。

Chi 等[19]研究發現，多種微生物協同作用可以通過人參皂苷Rd→人參皂苷F1→人參皂苷CK的途徑將人參皂苷Rb1轉化為人參皂苷CK、Rh2；通過人參皂苷Re→人參皂苷Rg2、Rg2→人參皂苷Rh1的途徑將人參皂苷Re 轉化為人參皂苷Rh1。從韓國主食泡菜中提取的各種菌株，如LeuconostoccitreumLH1，可以很好地將PPD 型人參皂苷轉化為人參皂苷CK[20]。Kim 等[21]篩選出12 種菌株，其中M.trithecenlyticum可將人參皂苷Rb1轉化為人參皂苷Rh2。Zhou 等[22-23]研究表明，A.niger3.3883 和A.oryzae3.591 菌株的混合孢子液在7%海藻酸鈉培養基中能夠將人參皂苷Rb1轉化為人參皂苷Rd、Rg3，利用Lactobacillusparacaseisubsp. tolerans，可以水解人參皂苷Rg3中C-3 位葡萄糖基，獲得人參皂苷Rh2[24]。 Hu 等[25]利用來自Bifidobacterium adolescentisATCC15703 的β-葡萄糖苷酶研究人參皂苷的生物轉化，以人參皂苷Rb1和Rd 為底物，人參皂苷Rb1的C-3 葡萄糖基部分水解生成絞股藍皂苷-XVII（gypenoside-XVII，Gyp-ⅩⅤⅡ），人參皂苷Rd 脫去C-3 外側葡萄糖基生成人參皂苷F2；人參皂苷Rb1脫去C-3 和C-20 外側葡萄糖基水解生成Gyp-XVII 和人參皂苷Rd。

人參皂苷結構包括1～4 個糖苷鍵，常見的糖基有β-葡萄糖基、L-阿拉伯糖基和L-鼠李糖基。因此，通過使用特定糖苷酶（如α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶、α-L-吡喃型阿拉伯糖苷酶、β-葡萄糖苷酶或果膠酶）選擇性水解不同位置的糖基，將人參皂苷水解制備次級人參皂苷是可行的[26]。Zhang 等[27]從枯草芽孢桿菌中克隆并優化了呋喃型阿拉伯糖苷酶基因，能特異性水解人參皂苷Rc 阿拉伯糖糖基，將其轉化生成人參皂苷Rd，Kim 等[28]報道了一種重組酶α-L-吡喃型阿拉伯糖苷酶，通過選擇性水解C-20 位的吡喃型阿拉伯糖基，可高效催化人參皂苷Rb2轉化為人參皂苷Rd。α-鼠李糖苷酶能夠水解PPT 型人參皂苷C-6 位的鼠李糖產生人參皂苷Rg1、Rh1[29]，此外，Chang等[30]對來自AspergillusnigerKCCM 11239 的β-葡萄糖苷酶進行優化，該酶在人參皂苷Rb1的C-20 位水解葡萄糖基生成人參皂苷Rd 和Rg3，在C-3 位水解葡萄糖基生成人參皂苷F2，β-葡萄糖苷酶MT619 利用2 種轉化途徑將人參皂苷Rb1轉化為次級人參皂苷 CK 和 PPD[31]：人參皂苷Rb1→Gyp-XVII→Gyp-LXXV→人參皂苷 CK→PPD；人參皂苷Rb1→Gyp-XVII→人參皂苷F2→人參皂苷CK→ PPD，果膠酶可將人參皂苷Rb1轉化為人參皂苷Rd[32]。對人參皂苷轉化途徑及生物轉化情況見圖1。

圖1 人參皂苷的生物轉化途徑Fig.1 Biotransformation pathway of ginsenosides

1.1.2 Gyp 目前，Gyp 的生物轉化研究部分和人參皂苷重合，如Gyp-XVII、LXXV 轉化途徑，Gyp生物轉化途徑見圖2。Chen 等[33]研究發現給予大鼠Gyp-LVI 后，其在大鼠體內的主要轉化代謝過程是脫糖基和脫水，5 個代謝物分別是Gyp-XLVI、Gyp-L、Gyp-LI、達木林B 和A。保加利亞乳桿菌對Gyp-XLVI 的主要轉化物與大鼠胃腸道轉化產物一致，分別為Gyp-L、Gyp-LI、達木林A 和B[34]。

圖2 絞股藍皂苷的生物轉化途徑Fig.2 Biotransformation pathway of gypenosides

利用高效液相色譜對比分析，發現Gyp 經微生物Aspergullusglaucus轉化后，產生低極性的次級皂苷，陳良華等[35]利用微生物FFCDL-90 菌株得到的鼠李糖苷酶將Gyp-5 轉化為人參皂苷Rd。以多糖基原型Gyp 為底物，篩選出高產Gyp 糖苷酶的菌株Absidasp. GYP4r，采用離子交換色譜法分離純化得到Gyp 糖苷酶能夠特異性水解Gyp，對pNP-α-D-Glc、pNP-β-D-Glc、pNP-α-D-Gal 均具有水解能力[36-38]。

通過使用FervidobateriumpennivoransDSM9078產生的重組酶將Gyp-XLIX 脫去C-21 位葡萄糖基水解轉化生成gylongiposide I[39]，Gyp-XLVI 通過柚皮苷酶轉化生成Gyp-TN-1[40]。劉玥[41]利用NLZ-R和NLZ-X 特異性水解Gyp-NPLC0394 的鼠李糖糖基和木糖糖基，生成化合物A～C；利用蝸牛酶可以水解Gyp-LVI 和Gyp-XLVI 的葡萄糖基，生成2-羥基-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(20S)-原人參二醇-20-O-[β-D-吡喃木糖基-(1→6)]-β-D-吡喃葡萄糖苷（I）、2-羥基-(20S)-原人參二醇-20-O-[β-D-吡喃木糖基-(1→6)]-β-D-吡喃葡萄糖苷（II）、2-羥基-3-O-β-D-吡喃葡萄糖-(20S)-原人參二醇-20-O-β-D-吡喃葡萄糖苷（III）、2-羥基-(20S)-原人參二醇-20-O-β-D-吡喃葡萄糖苷（IV）。

1.1.3 黃芪皂苷 黃芪皂苷是黃芪的主要藥效成分，在黃芪研究中占有重要地位。目前關于黃芪皂苷生物轉化的研究較少，但對其皂苷結構的修飾，如脫乙?；?、脫糖基途徑的規律總結較充分。黃芪皂苷在腸道菌群中的主要轉化途徑包括脫糖基、脫乙?；?、脫氫等，共同轉化產物為環黃芪醇（cycloastragenol，CA）。孟欣桐等[42]研究表明黃芪甲苷（astragaloside-IV，AS-IV）可經人源腸道菌群脫糖基后，轉化成易吸收入血的CA，大鼠腸道菌也可將ASI 脫去C-3 和C-6 位的木糖基和葡萄糖基生成環黃芪醇-6-O-β-D-吡喃葡萄糖苷和CA[43]。AS-IV 與大鼠腸道菌群離體孵育4 h，脫去C-3 和C-6 位糖基，水解生成環黃芪醇-6-O-β-D-葡萄糖苷（brachyoside B，Bra B）、cyclogaleginoside B（Cyc B）、CA 和氧化型CA[44]。

劉曉會[45]從不同來源的霉菌中篩選到能夠轉化黃芪總皂苷生成 AS-IV 的菌種——Absidia corymbiferaAS2。采用微生物轉化技術，以黃芪總皂苷作為底物，通過發酵轉化提高AS-IV 含量，并在黃芪總皂苷中鑒定出4 個可以轉化為AS-IV 的化合物，經結構鑒定分別為黃芪皂苷I（astragaloside I，ASI）、異ASI（isoASI）、ASII 和isoASII，進一步研究該菌株生物轉化的機制發現，其所表達的乙酰酯酶可有效水解ASII 中C-3 位吡喃木糖基殘基的乙?；?轉化途徑分別是 ASII→ASI 、isoASII→ASII→AS-IV、ASI→（ASII、isoASII）→ASIV、isoASI→ASII→AS-IV[46-47]。利用Penicillium canescens也可將黃芪總皂苷向AS-IV 轉化，使AS-IV 含量顯著升高，是未轉化前的5.51 倍[48]。8種不同的菌株進行AS-IV 的生物轉化研究，發現A.nigerM85 生物轉化活性最強，轉化后AS-IV 含量是未轉化前的11.7 倍[49]。阮鳴[50]使用不同的藥（食）用真菌發酵黃芪，發現均可以將ASI 轉化成異AS-IV，推測其轉化機制為菌株生長過程中所產生的木糖苷酶水解AS-IV C-3 位木糖基后將其轉化成異AS-IV。Wang 等[51]利用Bacillussp. LG-502成功將ASI 轉化為CA，經核磁和質譜分析，推測其對AS-IV 的轉化途徑與腸內菌轉化相似，轉化機制為Bacillussp. LG-502 分泌的葡萄糖苷酶和木糖苷酶，AS-IV 在活性更高的葡萄糖苷酶的作用下優先脫去C-6 位葡萄糖基，隨后脫去C-3 位木糖基生成CA，黃芪皂苷類化合物的生物轉化途徑見圖3。

圖3 黃芪皂苷的生物轉化途徑Fig.3 Biotransformation pathway of astragalosides

Cheng 等[52]使用來自Trichodermareesei的2 種酶（β-木糖苷酶、β-葡萄糖苷酶）將AS-IV 轉化生成CA。來源于Dictyoglomusthermophilum的β-葡萄糖苷酶和β-木糖苷酶也能將AS-IV 轉化生成CA[53-54]。商品化的β-葡萄糖苷酶可以將黃芪甲苷C-3 位木糖基脫去生成Bra B[55]。從Absidasp. A3r、A84r、A9r、A8r、A38r、ARr 6 種株菌中篩選出了黃芪皂苷糖苷酶高產菌株，可以將多糖基的黃芪皂苷轉化生成低糖基的次級皂苷[56-57]，研究還發現，來自Absidiasp. A3r 的黃芪皂苷糖苷酶特異性強，底物為人參皂苷Re、ASI 和柴胡皂苷等均未發生脫糖基的水解反應，該酶只水解四環三萜環阿屯烷型的黃芪皂苷C-16 位的α-鼠李糖基[58]。

1.1.4 羅漢果皂苷類成分 Zhou 等[59]在ig 羅漢果皂苷V 于大鼠后，在血漿、尿液、膽汁和糞便樣品中發現羅漢果皂苷V 的脫糖基代謝物，其轉化是依次脫去不同數量和位置上的葡萄糖，李典鵬等[60]在大鼠體外代謝研究中得出相同結論。經人源腸道菌群孵育，羅漢果皂苷III 依次脫去C-3 位葡萄糖基和C-24 位龍膽二糖基水解生成次級皂苷羅漢果皂苷IIA1和皂苷元羅漢果醇[61]。

采用產高活性β-葡萄糖苷酶的青霉屬真菌J-9對羅漢果總皂苷進行生物轉化，轉化生成次級皂苷產物的化學結構：羅漢果醇-24-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→2)-β-D-吡喃葡萄糖苷（A）、B 為羅漢果皂苷IIIE（B）、11-酮-羅漢果醇-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基-24-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→2)-β-D-吡喃葡萄糖苷（C）[62-63]。羅漢果總皂苷經β-葡萄糖苷酶水解1 次的產物以三糖皂苷和四糖皂苷為主；水解2 次的產物經鑒定結構為C-3 或C-24 位連接1 個β-葡萄糖基的單糖皂苷及少量二糖皂苷為主[64]，利用β-葡聚糖酶水解轉化羅漢果皂苷V，生成連接不同數量糖基的羅漢果皂苷IIIE、III、IVE 和賽門苷I 等次級皂苷[65]，生物轉化途徑見圖4。

圖4 羅漢果皂苷類成分的生物轉化途徑Fig.4 Biotransformation pathway of mogrosides

1.1.5 酸棗仁皂苷類成分 杜晨暉等[66]利用UPLC-Q-Orbitrap-MS 分析發現，酸棗仁皂苷類成分在正常人源腸道菌群中的主要轉化途徑為脫糖基反應，依次脫去皂苷元外側糖基，脫糖基順序不同會生成不同的轉化產物。酸棗仁皂苷在大鼠腸道菌群中的轉化途徑與人源相似，均會產生及次生皂苷和酸棗仁皂苷元。酸棗仁皂苷A（jujuboside A，Ju A）被茯苓真菌中的葡萄糖苷酶水解脫去C-3 位葡萄糖基，生成Ju B[67]，Ju A 在離體人源腸道菌群中也會轉化生成為酸棗仁皂苷B[68-69]，酸棗仁皂苷在腸道菌群和微生物中的轉化途徑見圖5。Matsuda 等[70]通過酶解法將原酸棗仁皂苷A、B、B1 C-23 位的葡萄糖基脫去，轉化生成為已知的酸棗仁皂苷。

圖5 酸棗仁皂苷類成分的生物轉化途徑Fig.5 Biotransformation of jujubosides

1.2 五環三萜

1.2.1 甘草酸 多數甘草皂苷類成分均具有五環三萜結構母核，甘草酸是其中含量最高的成分，也是甘草皂苷類成分的代表性化合物。GL 為齊墩果烷型三萜皂苷，在C-3 位有2 分子葡萄糖醛酸基[71]。Akao 團隊[72-74]闡明甘草酸的腸道菌群轉化途徑主要有2 種，見圖6。（1）甘草酸1 次性水解脫去2個葡萄糖醛酸，直接生成甘草次酸；（2）先水解掉C-3 位末端的1 個葡萄糖醛酸基，生成中間體單葡萄糖醛酸甘草次酸（ glycyrrhetinic acid monoglucuronide，GAMG），再水解脫去1 個葡萄糖醛酸生成甘草次酸。有研究發現無菌大鼠無法將甘草酸吸收入血且未發生脫糖基的轉化反應，說明腸道菌的轉化作用是將甘草皂苷類成分吸收入血的必要環節，隨后研究團隊從人源糞便中分離篩選到參與甘草酸轉化的菌株，如Eubacteriumsp. GLH、Ruminococcussp. PO1-3 和Streptococcussp. LJ-22等，其中Streptococcussp. LJ-22 被證實可特異性地水解甘草酸C-3 位末端的1 個葡萄糖醛酸基生成GAMG[75]。Huang 等[76]將甘草提取物與人源腸道菌群體外孵育，研究結果表明甘草皂苷A3、E2、G2、22-β-乙酰氧基甘草酸等三萜皂苷的腸道菌群轉化方式與甘草酸相同，均為脫糖基后生成次級皂苷及苷元。

圖6 甘草酸的生物轉化途徑Fig.6 Biotransformation pathway of glycyrrhizic acid

近些年，研究者對甘草酸的微生物轉化的相關研究較多[77-79]，發現了許多能成功轉化甘草酸的菌種，但甘草酸的轉化途徑簡單，與腸道菌群轉化途徑一致。用于微生物轉化的菌株產β-D-葡萄糖醛酸苷酶，不同來源的酶對脫糖基的位置具有立體選擇性， 從StreptococcusLJ-22[80]、Penicillium purpurogenumLi-3[81]和TalaromycespinophilusLi-93[82]中分離純化的葡萄糖醛酸苷酶僅水解甘草酸C-3 位末端葡萄糖醛酸基生成GAMG，水解生成甘草次酸。來源于Aspergillusniger[83]和EubacteriumL-8[84]的葡萄糖醛酸苷酶可將甘草酸徹底水解生成甘草次酸。

1.2.2 柴胡皂苷類成分 Shimizu 等[85]研究表明柴胡皂苷A、B1、B2、D、G 等在大鼠腸道中主要發生脫糖基反應，首先脫去C-3 位末端的葡萄糖基生成次級苷原柴胡皂苷F、A、H、G、D，然后脫去C-3位巖藻糖生成皂苷元F、A、H、G、D，Kida 等[86]將柴胡皂苷類成分與人糞便共同培養后，也得到相同的結論，并從人源腸內菌株中篩選出Eubacteriumsp. A-44，研究該菌株參與生物轉化的機制。研究發現從E. sp. A-44 中分離得到的酶（β-葡萄糖苷酶和β-巖藻糖苷酶）可逐級脫去柴胡皂苷C-3 位的巖藻糖和葡萄糖，最終生成柴胡皂苷元。Yu 等[87]發現柴胡皂苷C 在人源腸道菌群中的轉化途徑與柴胡皂苷A、B1、B2、D、G 類似，在體內均為逐步脫糖基的轉化。國內學者研究發現柴胡皂苷A 經大鼠腸道菌群轉化生成柴胡次皂苷F 和柴胡皂苷元F[88]，進一步證明了柴胡皂苷在腸內菌的轉化途徑。

徐金麗和富瑤瑤發現sp.c42、Microbacteriumsp.GS514-saiko 和Rhodanobactersp.GS3054 所產的酶都能將柴胡皂苷轉化為低糖基的次級皂苷[89-90]。重組酶ABQ 與柴胡皂苷A 反應使C-3 位的葡萄糖水解生成柴胡次皂苷F，繼續水解C-3 位的巖藻糖生成柴胡皂苷元F[91]，纖維素酶可以將柴胡皂苷B2脫糖基生成前柴胡皂苷D，蝸牛酶可以將柴胡皂苷B1、A、D 脫糖基分別生成前柴胡皂苷A、F、G[92]，柴胡皂苷的生物轉化途徑見圖7。

圖7 柴胡皂苷類成分的生物轉化途徑Fig.7 Biotransformation pathway of saikosaponins

1.2.3 白頭翁皂苷類成分 白頭翁皂苷 B4（anemoside B4，B4）與不同腸段的腸道菌群孵育共鑒定得到10 個代謝物，其中9 個產物均是脫糖基生成，B4 母核為2,3-羥基白樺脂酸皂苷元，含有5個糖基，在腸道菌群中逐級脫糖基，生成含有2～4個不同數量糖基的次級皂苷及2,3-羥基白樺酸[93]。白頭翁皂苷D、B7 和BD 在體外腸道菌群中也發生類似的脫糖基反應，得到次級皂苷及常春藤皂苷元[94-95]。

當前，對于白頭翁皂苷糖苷酶的生物轉化已有大量研究，并從中分離出多種能轉化白頭翁皂苷的糖苷酶[96-97]，利用來自Absidiasp.P00r 的酶，將六糖基白頭翁皂苷轉化生成含有2 個糖基的次級皂苷常春藤皂苷元-3-O-L-吡喃鼠李糖基-(1→2)-L-吡喃阿拉伯糖苷[98]。利用菌株Absidiasp.P39r 生成的水解酶，水解白頭翁皂苷H C-28 位末端鼠李糖基，得到白頭翁皂苷PS-I；C-3 和C-28 位分別脫去葡萄糖基，得到白頭翁皂苷PS-II；進一步水解脫去C-28位葡萄糖基，得到白頭翁皂苷A，白頭翁皂苷在腸內菌及其酶的轉化見圖8。

圖8 白頭翁皂苷類成分的生物轉化途徑Fig.8 Biotransformation pathway of anemosides

1.2.4 走馬胎皂苷類成分 走馬胎為紫金牛科植物，九節龍皂苷-I（ardipusilloside-I，ADS-I）和走馬胎皂苷Ag3是該藥材中2 個代表性的皂苷成分。體外模擬人腸道菌群對ADS-I 進行生物轉化研究，初步推斷出M1～M4 4 個代謝產物的結構[99]。其中代謝產物M1、M2、M4 與ADS-I 在大鼠腸內菌的轉化產物相同[100]，均為ADS-I 分別脫去C-3 位葡萄糖基（M1）、葡萄糖基和鼠李糖基（M2）及C-3 位全部糖基脫去后生成的苷元（M4）。脫去3 個糖基的M3 是人體腸道菌獨有的轉化產物，脫去C-3 位末端鼠李糖基的M5 是大鼠腸道菌獨有的轉化產物，提示人和動物菌群的組成不同，ADS-I 的生物轉化產物也會發生變化。

張靜[101]在內生菌和土壤菌種篩選得到3 株對走馬胎皂苷Ag3具有轉化能力的菌株，分別是SphingomonasyabuuchiaeGTC868T（AB071955）、BacilluslicheniformisATCC14580T（AE017333）和BacillusasahiiMA001T（AB109209）。該團隊也發現果膠酶也可以轉化走馬胎皂苷Ag3生成次級皂苷A-1、A-2、A-3 及苷元。ADS-I 和走馬胎皂苷Ag3生物轉化途徑見圖9。

圖9 ADS-I 和Ag3 生物轉化途徑Fig.9 Biotransformation pathway of ADS-I and Ag3

1.2.5 其他五環三萜類皂苷 桔梗皂苷腸內菌的轉化途徑主要是脫去C-3 位糖基[102]。經黑曲霉與黑根霉轉化后桔梗總皂苷的色譜峰明顯后移，說明皂苷糖基脫去生成次級皂苷或苷元[103]。Shin 等[104-105]發現耐酸性果膠酶Cytolase PCL5 可以水解桔梗皂苷E C-3 位葡萄糖基和C-28 位的木糖基和芹糖基，具有底物特異性，Cytolase PCL5 是一種混合酶，因此可能對多種糖基具有特異性。同樣，來自黑曲霉的Pluszyme 2000P 僅水解桔梗皂苷C-3 位葡萄糖基[106]。利用蝸牛酶水解桔?？傇碥誟107]，可以將結構相近的桔梗皂苷E、D3 等轉化為桔梗皂苷D；從Trichodermareesei、Aspergillusoryzae[108]、AspergillususamiiKFRI 1004[109]、P.grandiflorus[110]和Aspergillusaculeatus[111]分離純化得到的纖維素酶、β-半乳糖苷酶、β-葡萄糖苷酶和果膠酶均能將桔梗皂苷E 和D3 轉化為桔梗皂苷D。

商陸的主要活性成分之一為商陸皂苷甲（esculentoside A，EsA），研究發現EsA 具有抗炎、抗菌和利尿等多種活性[112]，但EsA 的溶血性限制了其應用。EsA 經生物轉化脫糖基后，生成EsB，該化合物溶血性降低，增強了抗炎活性[113-114]。EsA經微生物StreptomycesgriseusATCC 13273 脫去C-3 位木糖基和葡萄糖基，生成EsB 和苷元-商陸酸甲酯[115]。

重組糖苷酶和蝸牛酶與EsA 反應均使C-3 位末端葡萄糖基被水解，生成 EsB[91]，蝸牛酶在48.28 ℃、pH 值為6.4 時產率最高[116]。賴道萬[117]使用黑曲霉β-葡萄糖苷酶、苦杏仁酶、蝸牛酶等酶也能使EsA 中的葡萄糖基發生水解，生成EsB，其中只有蝸牛酶能使EsA C-3 位糖基側鏈完全水解，得到其皂苷元。

Watanabe 等[118-119]從AspergillusoryzaePF1224、N.vasinfectavar.vasinfectaP F1225 和EupenicilliumbrefeldianumPF1226 中純化出大豆皂苷水解酶，顯示該酶不僅可以水解大豆皂苷I 的C-3位連接的鼠李糖基和半乳糖基，還可以進一步水解其內端的葡萄糖醛酸基生成大豆甾醇B。Abdel 等[120]篩選了5 種菌株，發現A.terreusII 能將大豆總皂苷最大效率地轉化為大豆甾醇B。田晶等[121]利用8 種霉菌菌株對大豆皂苷糖基的水解能力進行探討，得到米曲霉A.oryzae39s、A.oryzaeslows 和黑曲霉A.niger848s 3 種具有較高活性的菌種，均使大豆皂苷部分糖基水解生成低糖基皂苷及苷元。

牛膝三萜皂苷和大鼠腸道菌群共培養，產生39個轉化產物，結果顯示牛膝皂苷在腸內的主要轉化途徑是去糖基化，竹節參皂苷V、IV、IVa 等原型皂苷的轉化產物為姜狀三七皂苷R1、28-去葡萄糖基竹節參皂苷IVa 和齊墩果酸等。根據產物特征碎片推斷，脫糖基反應主要發生在C-3 和C-28 位的糖苷鍵[122]。

在人參皂苷、黃芪皂苷和甘草皂苷等三萜皂苷的生物轉化中，反應機制主要為脫糖基的水解反應，通常發生在C-3、C-6、C-20、C-21、C-23、C-24 和C-28 位。轉化生成的次級皂苷和苷元不僅可以提高生物利用度，也能增強抗炎、抗病毒和抗癌等藥效[79,123]。

2 甾體皂苷的生物轉化

2.1 薯蕷皂苷

薯蕷皂苷在人源腸道菌群中糖基被逐個水解，形成相應的次級皂苷和薯蕷皂苷元[8,124]。Tang等[125]表征了給藥后大鼠體內總薯蕷皂苷、薯蕷皂苷和薯蕷皂苷元的代謝輪廓，結果表明薯蕷皂苷的逐級脫糖基是最重要的轉化過程。

Chen 等[126]利用Lactobacilluscasei脫去薯蕷皂苷C-3 位糖基生成薯蕷皂苷元，Liu 等[127]從米曲霉Aspergillusoryzae中分離純化的水解酶，可以水解原薯蕷皂苷中C-3 位末端α-1,4-鼠李糖基和C-26 位葡萄糖基生成薯蕷次皂苷 A。從新月彎孢霉Curvularialunata中分離純化出的α-L-鼠李糖苷酶能夠水解C-3 位末端α-1,2-鼠李糖基，生成progenin V[128]。從新鮮牛肝中分離得到的鼠李糖苷酶能夠水解2 個鼠李糖基生成C-3 位連有1 個葡萄糖基的次級薯蕷皂苷[129]。Jin 等[130]則從Absidiasp. d38 中分離純化出了薯蕷皂苷水解酶，可將薯蕷皂苷側鏈糖基全部脫去，水解生成薯蕷皂苷元。

2.2 知母皂苷B-II/III

在大鼠腸道菌群中，知母皂苷B-II 和B-III 發生的轉化反應主要有脫糖基化、脫水、羥基化、E環裂解和氧化反應[7,131-133]，脫糖基是我們重點關注的途徑，轉化途徑為知母皂苷B-II 的C-3 位依次脫去葡萄糖基及半乳糖基，得到次級知母皂苷B-II-a和B-II-b；C-26 位脫去葡萄糖基，生成知母皂苷A-III；知母皂苷B-III 的C-3 位脫去葡萄糖基及半乳糖基，得到次級知母皂苷B-III-a、B-III-b。利用微生物AspergillusnigerAS 3.0739[134]和Colletotrichumgloeosporioideis[135]轉化知母皂苷B-II，均會水解脫去C-3 和C-26 位糖基，得到次級皂苷。

甾體皂苷的生物轉化中，大多以皂苷與皂苷元之間的相互轉化為主，脫糖基水解反應主要發生在C-3 和C-26 位。與三萜皂苷類化合物相比，甾體皂苷的生物轉化機制更簡單，涉及到的反應類型少。

3 結語與展望

以幾種具有代表性的三萜皂苷和甾體皂苷為例，綜述了中藥中皂苷類成分生物轉化研究進展。其中，腸道菌群種類多樣，逐級脫糖基是最主要的轉化方式，即生成一系列次級皂苷及對應的皂苷元。另外，腸內菌還可以使皂苷發生羥基化、氧化和去甲基化等反應，是次要的腸內菌轉化途徑。因人體腸道菌群與模型動物在物種組成及多樣性上的差異，皂苷的腸內轉化也存在物種差異。如ADS-I 在人和大鼠腸道菌群中轉化產物部分一致[99-100]。從微生物中篩選合適的菌株或酶進行生物轉化，是制備次級皂苷的有效途徑。大多數生物轉化研究所選用的菌株主要包括4 個來源：（1）從人源或大鼠的腸道菌群中篩選出能夠轉化皂苷的優良菌株；（2）從產生糖苷酶的已知菌株中篩選出轉化特異性高的優良菌株[79]；（3）從藥用植物生長土壤中篩選出具有轉化優勢的優良菌株；（4）從植物內生菌中篩選優良菌株。隨著酶工程和基因工程研究的發展，部分課題組儲有用于生物轉化的特異性純化酶或重組酶，若能將特異性高的糖苷酶轉化為產品，實現水解酶的工業化生產，對皂苷類化合物的生物轉化研究和經濟效益具有深遠意義，以滿足后續成藥性研究和新藥開發的需求。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突