人参皂苷规模化生产和应用.doc

人参皂苷的规模化生产及应用 辛明 200806044003 摘要：皂苷是人参的此生代谢产物，有强身益智、明目、安神等作用。本文阐述了运用规模化细胞培养技术生产皂苷的技术流程以及皂苷的具体应用。 关键字：人参皂苷 大规模生产 应用 1891年, Kossei提出植物新陈代谢可区分为初生代谢与次生代谢,并认为初生代谢物是存在于所有植物中和维持细胞生命必需的活动;而植物次生代谢物(plant second-arymetabolites, PSM)是植物中初生代谢派生的非植物生长发育所必需、但具有特殊生理功能的小分子有机代谢物质,其产生和分布通常有种属、器官组织和生长发育期的特异性。PSM种类繁多,化学结构迥异,现知1万余种次生代谢物,主要包括酚类、黄酮类、香豆素、木脂素、生物碱、糖苷、萜类、甾类、皂苷、多炔类、有机酸等,可分为酚性化合物、萜烯类化合物、含氮有机物三大类[1]。 次生代谢是植物在长期进化过程中对生态环境适应的结果。植物次生代谢产物具有重要生理活性及药理作用,如生物碱具有抗炎、抗菌、扩张血管、强心、平喘、抗癌等作用;黄酮类化合物具有抗氧化、抗癌、抗艾滋病、抗菌、抗过敏、抗炎等多种生理活性且毒副作用较小[2-3]。 从三角叶薯蓣的培养细胞中产生薯蓣皂甙用于避孕; 金鸡纳细胞培养物产生奎宁用于抗痢疾; 红豆杉细胞培养物产生紫杉醇用于抗癌; 其他有人参、紫草、长春花、罂粟、颠茄、印度萝芙木、天仙子、毛地黄、曼陀罗、三分三、田七等植物细胞培养物产生各种与原植物成分基本一致且同样具有生理活性的化合物。 植物是人类赖以生存的食物和药品的重要来源之一,人们已知的3万多种天然产物中有80%来源于高等植物。就药物而言,全美药方中四分之一的药品来源于植物。随着人口的增长和对植物药需求的急剧增加,人们对植物资源进行的掠夺性开发,造成许多植物资源日益枯竭。因此,通过植物细胞、组织或器官培养以满足人类对植物产品的巨大需求,成为当今植物生物技术领域的研究热点之一[4]。目前已经实现了大规模培养人参细胞来生产皂苷，具体方法如下[5]。 1 高表达细胞株的筛选 药用植物细胞培养用的细胞株的筛选过程一般是先通过愈伤组织的诱导，再通过长时期的继代培养，寻找出生长速度快、次生代谢产物积累多的单细胞系，进而培养出遗传稳定性高的细胞株系(图1) [6]。 1.1 毛状根和冠瘿瘤的培养 图2是毛状根和冠瘿瘤组织培养生产药用植物次生代谢产物的途径[6]。毛状根培养是20世纪80年代发展起来的基因工程和细胞工程相结合的一项技术。它是将发根农杆菌的Ri 质粒中含有的 T-DNA 整合到植物细胞的T-DNA 上，诱导植物细胞产生毛状根。这种毛状根具有激素自养的特性，生长迅速，遗传性状稳定。 1.2 反义技术 采用现代分子生物学技术中的反义技术有可能实现抑制与细胞生长和目的产物积累无关的分支代谢途径从而提高产率。以人工合成的反义RNA 导入到植物基因组内与要抑制的代谢途径的关键酶基因RNA 结合成双链RNA 来阻断基因的正常表达，进而促进目的产物合成基因的表达。 图1 由药用植物细胞生产次生代谢产物的路线 图2 由植物器官培养生产次生代谢物的路线 图3 用于毛状根培养的生物反应器 2 培养方法 两相培养技术 细胞培养时可采用两相培养技术即细胞培养——分离耦合技术，于培养 液中加入对细胞无毒性的吸附剂和萃取剂后，再及时将次生代谢产物分离出培养系统，这样可得到较高的产率。目前用得较多的吸附剂主要是XAD-4 和XAD-7，萃取剂主要是十六烷。 前体化合物饲喂和诱导子、抑制子的添加也很重要。次生代谢产物的积累量少的一个重要原因在于植物体内合成代谢处于植物代谢的众多分支之中，因此前体化合物的供给不足和信号诱导的缺乏会严重影响次生代谢产物的积累。 3 大规模培养人参细胞的生物反应器 目前用于药用植物细胞培养的反应器主要有搅拌式、非搅拌式和其他一些类型的生物反应器。用非搅拌式生物反应器培养植物细胞和器官的主要有气升式反应器、转鼓式反应器和各种固定流化床以及膜反应器。药用植物毛状根培养生产次生代谢物常用的生物反应器有雾化反应器、气升式反应器、搅拌反应器、转鼓反应器和鼓泡塔反应器[7]。常用生物反应器结构如图3[8]所示。 4 人参皂苷的应用 人参为五加科人参 Panax ginseng C． A，Mey． 的干燥根，我国现存最早的药物学专著《神农百草经》中对人参的药用价值有详细的论述，要点是: 强身益智，明目，安神，止惊悸，久服后延年益寿，因其具有神奇而广泛的作用，享有“百草之王”的美誉。其研究和应用已受到国内外的普遍重视。人参总皂苷是人参的主要生物活性成分[9]。 4.1 对中枢神经系统的作用 人参的药理活性常因机体机能状态不同而表现为双向作用，人参皂苷 Rb 类对中枢神经系