人参皂苷CK的研究进展

于雷 李成龙， 于珊珊

（1.吉林农业大学食品科学与工程学院，长春 130118；2.长春中医药大学 吉林省人参科学研究院，长春 130117）

人参是我国传统的中药材，在中药中具有重要的地位，其化学成分复杂，药理活性独特，具有“百草之王”的美称，古代多用于久病初愈大补元气和滋补养生之用。2011年，人参食品正式上市，人参终于实现“药食同源”［1]。随着现代分离分析技术的发展，人们了解到人参皂苷是人参发挥药理作用的主要成分。人参皂苷是由糖和苷元组成的糖苷类化合物，属于三萜化合物。依照皂苷元的结构可分为3类：一类是齐墩果烷型五环三萜皂苷，皂苷元为齐墩果酸；另两类是达玛烷型的四环三萜皂苷，它们在人参皂苷中占大多数，是人参的主要活性成分之一。依据苷元的不同，可将达玛烷型四环三萜皂苷分为原人参二醇系皂苷，如人参皂苷Rb1（GRb1）、GRd和GRh2等，原人参三醇系皂苷，如人参皂苷Re（ GRe ）、GRg1和GRg2等［2，3]。到目前为止，分离出人参皂苷单体40余种，其中主要含有人参皂苷Rb1、Rb2、Rc、Rg1和Re，占人参皂苷总量的80%以上［4]，其余皂苷只占皂苷总量的一小部分，被称为稀有人参皂苷。虽然这些皂苷含量很少，但具有独特的药理活性。其中，稀有人参皂苷CK-原人参二醇型皂苷具有高效的抗皮肤老化，抗癌，抗炎，保护心肌的诸多功效，近些年来倍受人们关注。

人参皂苷CK在天然人参中并不存在，据早期文献报道，人参皂苷CK是由人参皂苷Rb1转化而来，转化过程是肠道细菌作用的结果［5]。随后的一些试验阐明人参皂苷Rb1经肠道微生物转化成稀有人参皂苷CK的代谢途径［6，7]。2011年，Wang 等［8]给6个健康人同时服用10 g人参根粉末，分别在0、2、4、7、9和12 h后检测人体血浆发现，在不同时间点，人参皂苷Rb1、Rd、Rg2和CK相继出现，且人参皂苷Rb1量逐渐减少而CK量逐渐增加。此试验再一次验证了CK是由Rb1经肠道微生物转化而来。人参皂苷CK作为发挥药理作用的最终形式引起了研究人员的广泛关注，进而对其药理活性进行了大量的研究。

1 人参皂苷CK的药理活性研究

1.1 抑制记忆T细胞

记忆T细胞在人体免疫系统中发挥着重要的作用。当外来入侵者进入人体时，记忆T细胞会对其产生记忆，当其再次入侵时记忆T细胞会对其进行快速反应并通知效应细胞将其消灭，保护人体免受伤害。心脏病早已成为严重威胁人类生命健康的疾病之一，严重者需要靠心脏移植手术维持生命。在移植手术中心脏作为外源物质会受到机体的排斥，Kang等［9]通过研究发现，人参皂苷CK在心脏移植手术中具有抗免疫力的功能，能够延长移植心脏的存活时间，人参皂苷CK在混合淋巴细胞反应中能够显著抑制CD4+和CD8+记忆T细胞的增殖。在小鼠体内人参皂苷CK能够联合抗-CD154和抗-LFA-1单克隆抗体延长移植心脏的存活时间，并没有明显毒副作用。数据中还显示人参皂苷CK能够减少白细胞介素-2和干扰素-γ的表达，而不是增强T细胞的表达。此研究对开发人参皂苷CK的临床抗免疫药物具有重要意义。

1.2 抗肿瘤促进细胞凋亡

由于经济发展造成的污染使癌症患者的数量逐年增加，因此寻找治疗药物迫在眉睫。Cho等［10]的研究表明，人参皂苷CK能够抑制人白血病细胞HL-60的生存，细胞的死亡具有典型的凋亡特征。caspase-8在人参皂苷CK激发的细胞凋亡中起到了关键性作用。Chae等［11]研究表明，人参皂苷CK能够增强γ射线对人体内肺癌细胞NCI-H460的放射疗效，诱导癌细胞凋亡。这表明CK具有和γ射线放射疗法相结合治疗癌症的应用性。Wang等［12]利用试验比较人参皂苷CK和Rb1对结肠直肠癌细胞HCT-116 和SW-480的影响，通过对它们进行分析发现，人参皂苷CK能够显著抑制癌细胞的增殖，细胞阻滞是发生在分裂期的G1期并诱导其凋亡。然而母体人参皂苷Rb1并没有这些作用。结果表明人参皂苷CK可能成为有效治疗结肠直肠癌的潜在药物。Park等［13]研究发现，人参皂苷CK能够抑制STAT3的磷酸化作用和其上游的活化因子JAK1，还增强了蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1的表达。结果表明CK诱导了U266细胞的凋亡，也表明CK在治疗多发性骨髓瘤上具有的化学预防潜力。Hu等［14]利用人胃癌细胞系BGC823、SGC7901和裸鼠人胃癌移植瘤作为模型研究CK对胃癌作用机制。研究发现细胞周期阻滞发生在细胞分裂期的G2阶段，CK通过线粒体介导内部途径诱导BGC823和SGC7901凋亡。而在裸鼠中，CK有效抑制SGC7901细胞形成肿瘤。最终结果表明人参皂苷CK可以显著抑制人胃癌细胞生长并诱导其通过Bid介导途径凋亡。

1.3 抗炎

Joh等［15]给因服用三硝基苯磺酸而引发结肠炎的小鼠口服人参皂苷CK。结果显示，人参皂苷CK可以抑制结肠髓过氧化酶达到88%。人参皂苷CK可以通过抑制促炎因子IL-1β、TNF-a和IL-6的表达，促进抗炎因子的IL-10的活性从而达到抗炎的目的。Park等［16]使用因全身感染和大脑缺血而产生的大脑疾病的小鼠模型观察人参皂苷CK对其影响。结果发现，人参皂苷CK减少了iba1阳性激活小胶质细胞的数量，并抑制了α-因子和β-白细胞介素的表达，减少了缺血大脑中梗塞的体积，说明人身皂苷CK是很好的抗神经炎疾病的药物。Shin等［17]研究了人参皂苷CK对因使用恶唑酮造成小鼠耳部炎症的作用后发现，在利用浓度为0.02%和0.05%的人参皂苷CK处理16 d后，小鼠耳部肿胀程度缩减了54%和76%。研究认为人参皂苷CK通过对巨噬细胞分泌的COX-2和Th细胞诱导的干扰素-γ和IL-4的调控，可以有效治疗接触性皮炎。

1.4 抗皮肤衰老

He等［18]对纤维母细胞分组培养，其中一组含有人参皂苷CK；另一组为对照组，培养2 h。随后利用紫外线进行分组试验，一组接受紫外线辐射，紫外线强度分别为50、100、200 KJ/m2。另一组不进行紫外辐射。试验结果表明，金属机制蛋白酶活性和蛋白质水平通过紫外照射后有所增强，但经过CK处理过的被抑制。用CK提高了胶原蛋白的表达，抑制了紫外对纤维母细胞的辐射。CK是潜在的预防与治疗皮肤衰老的药物。

1.5 保护心肌

Tsutsumi等［19]对试验小鼠进行心脏缺血再灌注试验，并对离体心脏进行生化分析。在研究后发现经过缺血再灌注后，与对照组相比，人参皂苷CK可以减少心脏梗塞面积。结果表明利用CK处理心脏可以减少Ca2+诱导引起的线粒体膨胀。此项试验首次在小鼠上证明了CK对心肌缺血再灌注损伤具有保护作用并揭示了其机制。

1.6 人参皂苷CK亚慢性毒性研究

Gao等［20]通过给雄性和雌性狗注射人参皂苷CK来研究CK是否有毒性。注射剂量分别为6.7、20和60 mg/kg/day，随后观察90 d体重、进食量、血液、体温、心电图、尿检、尸检、器官重量和组织病理学检查等多项指标进行检测。结果显示体重、进食量、血液、体温、心电和尿检等指标均未受到CK的影响，但对多指标观测分析肝毒性时，肝中毒明显，但作者认为这种现象有可能是可逆的。

2 人参皂苷CK的制备

人参皂苷突出的药理活性引起了广泛的关注，寻找一条有效的获得途径成为迫切需求。世界上很多学者致力于CK的生产研究。人参皂苷CK属于原人参二醇型皂苷，此类皂苷结构特点是具有相同的母核，不同点是在C-3和C-20位是由不同糖基构成。传统思维是通过利用酸碱水解的方法获得产物，但化学方法存在污染大，耗资大，水解副产物多等弊端。由于研究已证实，人参皂苷CK在天然人参中并不存在，它是由人体肠道细菌作用后得到的。这为人参皂苷CK的制备开辟了一条新的途径。目前用于生产人参皂苷CK的研究多数集中于生物转化，主要包括微生物转化和酶转化。

2.1 微生物转化的研究

土壤是微生物生长的主要聚集地，用于转化生产人参皂苷CK的微生物主要来源于土壤。Wang等［21]从土壤中筛选出菌株Sphingomonassp. ZY-3，该菌株可以将人参皂苷Rb1转化成人参皂苷CK，通过试验对转化过程进行阐述， 过程为Rb1→Rd→F2→CK，但并未对该菌株对人参皂苷Rb1的转化率进行研究。Zhou等［22]利用菌株Paecilomyces bainiersp. 229对三七叶总皂苷进行转化研究，结果显示有人参皂苷CK的生成，并对影响转化的因素进行了研究，获得了菌株转化人参皂苷CK的最佳条件，CK的最高转化率高达82.6%。杨元超等从土壤中筛选出的镰刀属真菌串珠镰孢Fusarium moniliforme可以将人参中含量较高的人参皂苷Rb1和Rd等转化成人参皂苷CK，且转化结果显示人参皂苷Rb1可以被完全转化。崔宇等［24]从土壤中筛选出了一种镰刀霉属Fusarium，真菌利用人参果总皂苷为底物转化生产人参皂苷CK，转化前后人参皂苷CK的量相差了40倍之多。研究人员也对影响转化的条件和菌株进行了试验。侯耀达等［25]利用霉菌GS1- 33转化人参总皂苷生产人参皂苷CK，在以水为培养基，pH3.0时，人参皂苷CK的产率可达到14%。Chi等［26]利用食品微生物Bifidobacteriumsp. Int57，Bif. sp. SJ32、Aspergillus niger和A. usamii将人参皂苷Rb1转化成了人参皂苷CK、Rd和F2。

2.2 酶转化的研究

酶转化法的优点在于专一性强，时间短，过程简单，产物易于分离。国内外学者都进行了相当多的研究，国内学者多利用β-葡聚糖苷酶进行转化获得人参皂苷CK并取得了一定的成果。姜彬慧等［27]利用4种工业制剂酶对三七叶总皂苷进行转化获得人参皂苷CK，并筛选出最佳酶制剂，其中β-葡聚糖苷酶对三七叶总皂苷转化作用最强。Yan等［28]利用菌株Paecilomyces bainiersp. 229发酵获得的β-葡聚糖苷酶能够将人参皂苷Rb1转化成人参皂苷CK，并研究了其主要代谢途径为Rb1→ Rd→F2→CK，通过试验还发现了另一种代谢途径为Rb1→ gypenoside XVII→F2→CK。Noh等［29]利用菌株Sulfolobus solfataricus发酵获得对热稳定的β-葡聚糖酶分别对Rb1、Rb2、Rd和Rc进行转化获得CK，分析认为其代谢途径为Rb1或Rb2→Rd→F2→CK和Rc→Mc→CK。李翠翠等［30]从真菌Aspergillussp.g848p发酵产生人参皂苷糖苷酶，能同时转化人参皂苷Rb1、Rb2和Rc生成人参皂苷CK，该酶最适温度为45℃，最适pH为5.0，转化时间为24 h。Noh等［31]从嗜酸热硫化叶菌中Sulfolobus acidocaldarius分离出的β-葡聚糖苷酶可以将人参皂苷Rb1、Rb2和人参皂苷Rd转化成稀有人参皂苷CK，对3种皂苷的转化效率从高到低依次为Rb1>Rd>Rb2，并确定了其转化途径是Rb1→Rd→CK和Rb2→compound Y→CK。

2.3 重组酶转化的研究

尽管酶法转化具有一定优势，但从微生物发酵中分离转化的酶，过程工序繁多，耗时长，产量低。利用现代酶工程技术对酶进行重组，获得高表达的酶制剂省去很多麻烦。Noh等［32]利用来源于Sulfolobus solfataricus的热稳定重组β-葡聚糖苷酶将10%（W/V）人参根提取物转化为CK。在温度为85℃，pH为5.5时，对人参根提取物中的Rb1、Rb2、Rd和Rc总转化率为45.7%。Yoo等［33]从火球菌属菌种Pyrococcus furiosus中找到了表达β-葡聚糖苷酶的基因并克隆到大肠杆菌中。β-葡聚糖苷酶转化Rd生成CK的转化率高达82.5%（mol/mol），将10%人参根提取物中的Rb1、Rb2、Rd和Rc转化生成CK，总转化率为79.5%。

3 展望

我国药用资源丰富，伴随着现代科学技术的进步，研究工艺迅猛发展，中医药理论的日渐完善，很多中药单体的活性已经得到国际公认。人参中多种成分都已开始得到研究［34-36]，而人参皂苷CK以其突出的药理活性引起人们广泛的关注。例如，抗皮肤衰老、抗血栓、抗炎、保护心肌，特别是在诱导癌细胞凋亡，治疗癌症方面具有突出的表现，为治疗抗癌药物的开发提供了新的道路。人参皂苷CK是原人参二醇型皂苷在人体肠道内的代谢产物，天然人参中并不存在，寻找一条有效的生产途径尤为重要。目前用于制造CK的方法分为化学法和生物法。化学方法存在产物难以控制，难以获得单一性的目标产物，后续还要大量的分离工序，对环境污染比较严重等缺点。因此，相关研究逐年减少，现在多集中于生物转化法上。生物转化法对设备要求不高，反应温和，关键优势在于生物转化法的产率高，产物比较单一，省去了大量的分离工作。现在重组酶已经用于转化酶的生产当中，利用现代生物技术，获得大量的转化酶。相信人类在稀有人参皂苷CK生产方面必定取得突破，能够促进人参资源的有效利用，使其在医药和食品领域大放异彩。

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