协同生物转化及其对中药药效物质基础积累的影响——以霍山石斛为例

Up to now, most reported biotransformaions characteristed the typical single transformation of a single substate being catalysed by a single organism, and thus encountered the bottleneck of low yield of screening. Our previous study revealed that natural biotransformation might take place in a synergistic-transformation pathway. The synergistic biotransformation systems were composed of different kinds of organisms and multi substates.Absense of one or some of the synergistic organisms or/and substates would lead to the loss of some (even all) biocatalytic reactions. To directly aim at the bottleneck of biotransformation, the proposal was designed to use the endophyte from Dendrobium huoshanese and the seedling in test tube as the microbe-original and the plant-original biotransormation systems to cobiotransform saponins and flavonoids, respectively. The catalysis process and mehanism of multi organisms and multi substates by sysergistic coversion were investigated from the focus of systematic biology. At last, the chemical constituents and the immunoregulatory activity in vitro on the sysergistic-biotransformation-reimplanted D.huoshanese stocks were evaluated. Our experiments would provde benifited refferences for the discovery of the mechanism of synergistic biotransformation and the relative target enzyme，and offer new sights in quanlity control of Chinese traditional medicine druring the cultivation stages.

生物转化的传统研究模式以单一生物体系转化单一化合物为特征，存在有价值的催化反应发现率低等瓶颈。我们的前期研究发现，天然的生物转化存在多生物体系-多底物协同转化反应类型。在协同转化模式下各转化体系与外源性底物互为反应条件，底物及转化体系组成的变化将导致协同转化反应减少甚至消失。本项目拟在前期研究基础上，以霍山石斛总皂苷和外源性总黄酮为底物，选取霍山石斛总内生真菌作为微生物源协同转化体系、霍山石斛无菌试管苗为植物源协同转化体系，阐明微生物源协同转化、植物源协同转化的可能机制；通过催化转化反应的酶在转化体系及细胞中定位，研究协同生物转化的历程及规律。在此基础上，以免疫调节活性为评价依据，探讨协同生物转化的存在对霍山石斛药材品质的影响。研究结果可望为工业生产提供新的目标酶来源；以霍山石斛为例证，为中药栽培过程中品质调控提供思路。

生物转化在自然界中广泛存在，有单一生物催化体系转化单一化合物、多生物体系-多底物协同转化等多种类型。传统的生物转化研究模式以单一生物体系转化单一化合物为特征，较少关注多生物体系-多底物协同转化模式，导致有价值的催化反应发现率低等瓶颈。本项目在前期研究的基础上，以霍山石斛总内生真菌为微生物源协同转化候选体系，以霍山石斛内源性皂苷、外源性黄酮、内源性联苄和外源性联苄等为候选底物，对自然界广泛存在的协同生物转化进行研究。发现可转化外源黄酮的协同生物转化体系DHS-G、转化联苄的协同生物转化体系DHS-M2、转化甾体类物质的协同转化体系DHS-M3。以转化产物的数量与得率为评价标准，对发现的协同生物转化体系培养条件进行优化，分离鉴定转化产物23个。分离参与协同转化内生真菌，转化体系递减及底物递减、辅以酶抑制剂的转化活性追踪法研究了DHS-G协同转化黄酮类化合物、DHS-M2协同转化联苄类化合物、DHS-M3协同转化皂苷类物质的可能途径与机制。在此基础上，研究探讨了协同生物转化对霍山石斛活性成分积累及免疫调节作用的影响，发现协同转化体系DHS-M2与DHS-M3可以促进霍山石斛总多糖的积累；协同转化体系DHS-G与DHS-M2存在有利于霍山石斛总多酚的积累；DHS-G、DHS-M2处理，可以促进霍山石斛无菌试管苗植株中化合物Moscatilin、Tristin、Gigantol 等联苄类组分的积累，DHS-M3处理可以促进Dendrodensiflorol等倍半萜类物质的积累。药理活性检测发现，协同生物转化体系DHS-M2处理可提高霍山石斛无菌试管苗植株的免疫增强活性，然而DHS-G与 DHS-M3的存在对霍山石斛的免疫活性未见明显影响。研究结果可望以霍山石斛为例证，探讨天然界广泛存在的协同生物转化的可能机制及其在中药材品质形成中的作用，为解决制约生物转化发展的瓶颈及珍稀药用植物资源保护和利用过程中药材品质控制提供新思路。