基于微生物菌群变化的半夏曲发酵炮制增效作用机制研究

The fermentation mechanism of Pinelliae Rhizoma Fermentata processing remaines a puzzler for us, which along with the unclear material basis, have restricted us from well developing of this traditional medicine. The randomness of natural fermentation is indeed a critical issue causing current situation. Our previous research revealed that the endophytic microflora from Pinellia tuber should be responsible for the fermentation which conversely sifted the microflora for itself. We also proved that the fermentation processing could produce more abundant chemical constituents through the bioconversion and second metabolism of microflora. More importantly, the newly generated constituents could provide Pinelliae Rhizoma Fermentata with synergistic effect. Therefore, the innovative research beginning by uncovering the microflora changes would be a breakthrough to reveal both the bioactive material basis and the fermentation mechanism of Pinelliae Rhizoma Fermentata processing. For further investigation, a comprehensive analysis of changes happened in process would lead us to the dominant microflora, which followed by researching the bioconversion and second metabolism of microflora, would make us to find the different bioactive products and to figure out the synergistic effect. So we launch this project to clarify the scientific significance in fermentation processing of Pinelliae Rhizoma Fermentata, and also to provide new ideas and methods for studying the similar fermented traditional Chinese Medicine. In conclusion, it’s a basic research project with important theoretical and academic value.

半夏曲的发酵炮制作用机制不清楚、物质基础不明确制约其合理有效的开发利用，而多菌种自然发酵的随机性是导致这一现状的关键问题之一。项目前期研究发现半夏块茎内生微生物菌群是发酵炮制的菌种来源，且炮制过程对菌群有定向筛选作用；亦证明发酵炮制后的半夏曲化学成分更丰富，微生物的生物转化和自身代谢产物极有可能发挥炮制增效作用。故创新性的以微生物菌群变化为切入点来研究发酵炮制后的活性物质基础变化，能够揭示半夏曲发酵炮制作用机制，阐明其发酵过程的科学内涵。基于此，本项目拟综合运用菌株分离鉴定和高通量测序技术，全面分析半夏曲发酵炮制过程中微生物菌群的变化，确定发酵优势菌群；结合生物活性筛选，从微生物的生物转化作用及自身代谢产物两方面发现发酵前后药效成分的区别，明确发酵增效的活性物质基础。本项目的开展有助于阐明半夏曲发酵炮制的科学意义，亦可为同类型发酵炮制中药的研究提供新的思路与方法，具有重要的理论和学术价值。

半夏曲是经典的发酵炮制中药，具有止咳化痰的功效。同其它曲类中药一样，多菌种混合自然发酵的半夏曲存在发酵炮制作用机制不清楚、物质基础不明确等制约其有效开发利用的问题。本项目通过研究明确半夏内生真菌是其重要的发酵菌种来源，镰孢属、毛霉属和曲霉属为发酵过程的优势菌属；半夏曲的发酵制曲过程对菌群有定向筛选作用，曲霉属真菌的种类和数量在发酵后均有明显提高。在筛选潜在“增效”菌株过程中，我们发现源自半夏的多株曲霉属真菌能够代谢具有抗炎抗菌作用的次级产物，是重要的增效物质来源。进一步深入的活性成分研究发现了若干结构新颖且具有较好抗菌和抗炎作用的真菌代谢产物，初步验证了曲霉属真菌在半夏曲发酵过程中的重要作用。通过这些工作的开展，本项目初步阐明了半夏曲发酵炮制过程中的微生物菌群变化，揭示了发酵炮制工艺对菌群的定向富集作用；从菌群变化和代谢产物的生物活性两方面阐释了曲霉属真菌在发酵过程中的重要意义。综上，本项目将传统中医理论与现代微生物研究有机结合，以植物内生菌群变化为突破口开展发酵炮制机制研究，成功解读了半夏曲发酵过程的科学内涵，揭示了发酵炮制过程对菌群的影响以及菌群代谢物对半夏曲的增效作用。项目的完成能够为以半夏曲为代表的多菌种混合随机发酵的曲类中药研究提供新的视野，为解决长期困扰曲类中药质量的物质基础和生产工艺等研究提供新的方向和思路。本项目从曲类中药中寻找和发现特殊微生物，并获得了一些具有较好生物活性且结构新颖的真菌代谢产物，为活性微生物代谢产物的研究提供新的途径，亦为新药开发提供参考。