三七菌质发酵过程中皂苷的LC-MS分析及生物转化途径研究

LC-MS analysis of saponins during the fermentation of Panax Notoginseng and study on their biotransformation pathways

作   者：刘焕焕

指导教师：邱智东

培养单位：药学院

学   科：中药学

研究生简介

硕士研究生期间积极参与导师的科研项目，认真撰写学术论文，多篇文章发表在核心期刊；积极参加科研比赛，先后获得吉林省生命科学大赛二等奖、研究生学术论坛二等奖、国家一等奖学金等奖项；曾任研究生第八党支部书记，荣获“优秀共产党员”、“优秀研究生”、“优秀学生干部”、“优秀团干部”等荣誉称号。

研究背景/选题意义/研究价值

皂苷类成分作为五加科人参属植物的主要活性成分，是一类具有抗疲劳及提高免疫力等功能的固醇类化合物，具有非常重要的医疗和保健功能。现代研究发现，稀有人参皂苷类成分在临床抗肿瘤活性研究中药效显著，具有极高药用价值和应用前景。虽然目前已被发现的人参皂苷有几十种，但这些皂苷在人参属植物中含量差别很大，例如Re、Rf、Rg1等原人参三醇型皂苷及Rb1、Rb2、Rd等原人参二醇型皂苷的含量较高，而人参皂苷Rg3和人参皂苷Rh2、人参皂苷CK等部分高生物活性的稀有人参皂苷在药材中含量很低。在人参属植物中含量较高的人参皂苷单体例如Rb1、Rc等糖基化程度高，需要在机体的消化系统中代谢，被转化成稀有人参皂苷后吸收入血才会发挥药效，所以相比较于稀有人参皂苷单体其药用价值小，不利于转化和吸收。因此，如何利用现有的人参、三七等人参属植物资源获得大量、高纯度的稀有人参皂苷，如何提高这些稀有人参皂苷的转化率和中药材资源的利用效率，降低稀有人参皂苷的生产成本，如何将获得的稀有人参皂苷研制开发成为可用于临床治疗肿瘤疾病的制剂是当今科学亟待解决的问题。

近年来，利用微生物及其酶具有的强转化力和强专属性的特点，对药物的性能进行定向改变已经成为研究热点。本课题组前期以三七为发酵基质，利用灵芝菌对其进行双向固体发酵，为三七的有效利用提供了新的思路和方法。在研究三七灵芝菌质皂苷类化学物质基础形成机理的研究中，通过微生物发酵传统中药，使微生物中丰富的酶系与中药中复杂的化学成分反应，实验结果显示，三七皂苷的成分有了很大变化，原本在三七药材中含量极少的或不能被检出的药理作用更强的稀有皂苷含量明显提高。

为了阐明这些稀有皂苷的来源，本文采用液质联用技术对三七灵芝菌质发酵过程中皂苷类化学成分的含量变化进行检测分析，对于含量变化较大的皂苷作为三七灵芝菌质化学物质基础形成的主要影响因素。接下来利用液体发酵技术转化已发生特征性变化的几种三七皂苷，探究其生物转化途径，进一步阐明三七灵芝菌质中皂苷类化学物质基础的形成机理。同时，通过培养基条件优化，使人参皂苷底物的化学结构发生了不同的变化，这些实验结果也为体外合成某些特定皂苷提供了参考和理论依据。

主要研究内容

微生物转化中药，是现代生物技术和中药研究的完美结合，为中药材的开发和利用开辟了新途径，但是目前在传统的发酵工艺中仍然存在很多问题：转化菌种的种类及数量会受到培养条件和操作人员变化的影响，且要得到安全性强，专一性高的菌种或菌株是关键问题；微生物在代谢过程中的机制还未正式形成理论应用，仍然较难普遍得到单一、纯度高的转化酶；发酵工艺的稳定性和重复性较差，不适用于大工业生产等问题亟待解决，所以能够科学地阐明中药发酵机制、规范中药的发酵技术工艺、建立符合中药发酵特点的质量标准是下一步中药发酵技术领域研究努力的关键。

本课题通过将发酵过程中含量变化较大的单体皂苷从三七药材中提取纯化出来，利用单体皂苷液体生物转化来考察灵芝菌对这些单体皂苷的转化情况，通过代谢产物分析和生物转化途径构建，阐明三七灵芝双向发酵过程中特定稀有皂苷的来源，为后续特定结构片段修饰酶的发现及特定结构稀有皂苷的生物转化工程酶开发奠定基础。

代表性创新成果

[1]刘焕焕,郭枫,许文迪,邱智东,王伟楠.基于生物发酵技术的中药药渣开发应用研究进展[J].中国酿造,2017,36(04):6-9.

[2]刘焕焕,何天竺,王伟楠,邱智东,陶贵斌.人参健康产品的研究开发进展[J].食品工业,2017,38(05):264-267.

[3]郭枫,刘焕焕,邱智东,王伟楠.稀有人参皂苷的酶转化研究进展[J].生物技术进展,2017,7(04):279-283.

[4]张蕊多,刘焕焕,郭枫,辛宇,邱智东,王伟楠.不同诱导因子对灵芝菌液体发酵的影响研究进展[J].中国酿造,2017,36(11):15-19.

[5]郭枫,刘焕焕,王彩艳,邱智东,王伟楠.阴离子交换树脂纯化三七总皂苷的液质联用分析[J].科学技术与工程,2017,17(31):199-203.