A literature update elucidating production of Panax ginsenosides with a special focus on strategies enriching the anti-neoplastic minor ginsenosides in ginseng preparations
- 作者
- Tanya Biswas, A. K. Mathur, Archana Mathur
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2017）
- DOI
- 10.1007/s00253-017-8279-4
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
人参中主要人参皂苷含量丰富，但具有抗肿瘤活性的次要人参皂苷（如Rg3、Rh2、化合物K、Rh1等）在自然界和离体培养中含量极低，且体内转化依赖个体肠道菌群导致药效不均一，需开发有效富集策略。
研究策略
系统综述通过蒸制加工、微生物/酶法生物转化（β-葡萄糖苷酶等）、诱导子处理及异源表达系统等策略，将主要人参皂苷转化为次要人参皂苷或提高其积累。
核心内容
人参中主要人参皂苷含量丰富，但具有抗肿瘤活性的次要人参皂苷（如Rg3、Rh2、化合物K等）在天然来源中含量极低，且口服后主要皂苷几乎不被吸收，原形三醇皂苷在尿液中回收率仅1.2%，药效依赖个体肠道菌群转化而不均一。该综述系统梳理了富集次要人参皂苷的多种策略：热加工方面，120°C蒸制可定向富集Rg3、Rh2并增强抗癌活性；生物转化方面，利用来源于硫矿硫化叶菌、戊糖乳杆菌DC101、黑曲霉g848及重组酯芳香微杆菌的β-葡萄糖苷酶可高效水解主要皂苷糖基；诱导子处理方面，200 μM茉莉酸甲酯处理人参不定根使总皂苷提高4.76倍，木霉来源生物诱导子使悬浮细胞皂苷提高3.2倍；培养条件优化方面，人参毛状根在25/25°C昼夜温度下总皂苷达10.5 mg/g DW；代谢工程方面，通过酵母异源表达原人参二醇合酶和原人参三醇合酶可实现化合物K、Rh2、Rg3的从头生产。这些富集策略可减少对个体肠道菌群降解的依赖，提高人参制剂药效稳定性与抗肿瘤应用价值。
创新点
全面总结了从主要人参皂苷定向转化为次要人参皂苷的多种生物技术途径，强调微生物糖苷酶和代谢工程酵母的应用，并探讨了稀有人参皂苷作为抗肿瘤药效分子的潜力。
研究对象（15）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Panax ginseng 不定根 | 甲羟戊酸（MVA）途径/人参皂苷生物合成 | Pg HMGR1 | 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶 | 催化 | 过表达后人参皂苷含量达10-13 mg/g DW |
| Panax ginseng 毛状根 | 甲羟戊酸（MVA）途径/人参皂苷生物合成 | Pg FPS | 法尼基焦磷酸合酶 | 催化 | 过表达后人参皂苷含量达30-35 mg/g DW |
| Panax quinquefolius / 烟草异源表达 | 人参皂苷生物合成 | Pq DDS | 达玛烯二醇合酶 | 催化 | 异源表达可产生达玛烯二醇，烟草中产量5.2 mg/L |
| Saccharomyces cerevisiae（代谢工程酵母） | 人参皂苷生物合成 | PPDS/PPTS | 原人参二醇合酶/原人参三醇合酶（细胞色素P450单加氧酶） | 催化 | 催化达玛烯二醇向原人参二醇/三醇转化 |
| Sulfolobus solfataricus（酶来源） | 人参皂苷生物转化 | — | β-葡萄糖苷酶（耐热） | 催化 | 用于将主要人参皂苷转化为化合物K等稀有皂苷 |
| Lactobacillus pentosus（泡菜来源菌株，如DC101） | 人参皂苷生物转化 | — | β-葡萄糖苷酶 | 催化 | 可将Rb1转化为化合物K；DC101可将Rd转化为化合物K |
| Aspergillus niger（菌株g848等） | 人参皂苷生物转化 | — | 特殊人参皂苷酶（ginsenosidase type-I） | 催化 | 用于制备C-Mc、C-Y、F2和CK等次要皂苷 |
| Microbacterium esteraromaticum（重组酶来源） | 人参皂苷生物转化 | — | 重组β-葡萄糖苷酶 | 催化 | 可将Rb1转化为20(S)-Rg3或化合物K |
| Panax ginseng | 人参皂苷生物合成 | UGTPg1 | UDP-糖基转移酶 | 催化 | 参与达玛烷、PPD、Rh2等多种底物的糖基化 |
| Panax notoginseng 悬浮细胞 | 人参皂苷生物合成 | UGRdGT | UDP-葡萄糖:人参皂苷Rd葡萄糖基转移酶 | 催化 | 催化Rd生成Rb1 |
| Cordyceps sinensis 菌丝体 | 人参皂苷生物转化 | — | β-葡萄糖苷酶（推测） | 催化 | 选择性将Rb1转化为化合物K |
| 肠道菌群（Eubacterium、Bifidobacterium、Prevotella、Streptococcus等） | 人参皂苷肠道代谢 | — | β-糖苷酶/鼠李糖苷酶/阿拉伯糖苷酶 | 催化 | 将主要人参皂苷逐步脱糖产生Rg3、Rh2、化合物K等 |
| Panax quinquefolius（基因来源） | 人参皂苷生物合成 | Pq D12H | 细胞色素P450单加氧酶 | 催化 | 与Pq DDS在酵母中共表达，参与达玛烯二醇羟化 |
| Thermotoga thermarum（酶来源） | 人参皂苷生物转化 | — | GH3 β-葡萄糖苷酶 | 催化 | 可将Rb1转化为20(S)-Rg3 |
| Saccharomyces cerevisiae（代谢工程酵母） | 人参皂苷生物合成 | — | UDP-糖基转移酶（来自人参） | 催化 | 通过异源表达生产Rh2、Rg3、F1、Rh1等活性皂苷 |
关键发现
- 口服人参后，原形三醇皂苷在尿液中回收率仅1.2%，二醇类低于0.2%
- 主要皂苷几乎不被吸收，而代谢产物化合物K等可入血。200 μM MeJa处理人参不定根使总皂苷提高4.76倍
- Trichoderma harzianum来源生物诱导子使人参细胞悬浮培养皂苷提高3.2倍
- Pseudomonas monteili来源诱导子提高2.1倍。在25/25°C昼夜温度下人参毛状根总皂苷达10.5 mg/g DW，暗培养时Rb组皂苷4.5 mg/g DW，光培养时Rg组5.3 mg/g DW。热加工（120°C蒸制）可富集Rg3、Rh2等次要皂苷并增强抗癌活性。异源表达工程酵母可生产化合物K、Rh2、Rg3等。
研究结论
通过蒸制、微生物糖苷酶生物转化以及异源表达等策略可有效富集次要人参皂苷，减少对个体肠道菌群降解的依赖，有望提高人参制剂药效的稳定性与抗肿瘤应用价值。