酶催化技術在中藥現代化中的應用

一、酶技術
酶是由活細胞產生，并可在細胞內或細胞外起催化作用的一類蛋白質。生物體在新陳代謝過程中的化學反應，除極少數外，都是在酶的催化下進行的，離開了酶的催化作用，新陳代謝就不能進行。
早在4000年前的夏禹時代，我國勞動人民已經掌握釀酒技術；3000年前，我國已經用麥芽制飴糖；2000年前，我國最先用麥曲治療消化障礙。只是當時人們并未意識到這是“酶”在起作用。
直到19世紀，人們認識了酶的高效、特異的催化特點和蛋白質的本質，進行各種有關酶的工業生產，如釀酒、發酵、食品如工紡織制革等等，并提取酶，進行酶的工業生產和應用。例如，1838年派思（Payen）和白爾索（Peroz）用乙醇從麥芽中提取到淀粉酶，用于棉布退漿；1836年史萬（Schwann）從胄膜中提取到胃蛋白酶，用作消化藥；1908年德國 Rohm用胰酶進行皮革軟化，后又用作輔助洗滌劑；1908年和1917 年Boiden和Effront先后由細菌中分離出淀粉酶，于1923年最早進行大規模生產，并將其用于織物退漿;從此，酶的生產進入工業化階段。此外，其他幾種酶也陸續發現，并都實現工業化生產，如胰脂肪酶（1936年）纖維素酶（1 912年）胰蛋白酶（1936)波羅蛋白酶（1949年）右旋糖苷酶（1949年）糖化酶（1 951年)葡萄糖異構酶(1957年）異淀粉酶（1959年）β－淀粉酶（1972年）。 酶具有催化效率高，作用專一性強和催化條件溫和等特點，用于工業可提供生產率，降低能耗，改善勞動條件，減少污染，還可以生產出其他方法難以得到的產品。因此，酶不僅用于食品和化工行業，還可用于基因工程、細胞工程等新技術領域。將酶應用于醫藥方面可以快速、準確的診斷疾病，作為藥物使用也可以達到良好的效果。例如，臨床上常用胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、波羅蛋白酶治療炎癥、浮腫等疾病：用溶菌酶、尿激酶等治療血栓靜脈炎、關節炎等；谷氨酸酶能治療多種白血病、腹水瘤、實體瘤等疾病；神經氨酸苷酶是一種良好的腫瘤免疫治療劑。但是酶在醫藥方面的應用還未達到預期水平，在中藥中的應用研究近幾年才開始。
由于酶是蛋白質，可百分之百的被微生物降解，不會對環境造成危害。近年來，工業化用酶的用途已十分廣泛。20世紀90年代中期以后我國也陸續有研究報道將其用于中藥的提取制備中，并取得了較好的效果。
二、酶技術與中藥現代化
實現中藥現代化，應解決好中藥產品的“三小”（服用劑量小、毒性小、副作用小）、“三效”（高效、速效、長效）等問題。因此，借助現代高新技術，改革傳統的制藥工藝，以獲得高質量的有效活性成分，使之符合現代醫藥的嚴格要求，以成為當務之急。由于酶制劑具有專一性、特異性、在常溫、常壓條件下就能起催化作用，能有效提高植物藥中稀有活性成分的含量，且減少了污染物的排放，實現了“綠色中藥工業”。
中草藥成分復雜，有活性成分，也有如蛋白質、果膠、淀粉、植物纖維等非活性成分，這些成分既影響植物細胞中活性成分的浸出，又影響中藥液體制劑的澄清度。傳統的提取方法提取溫度高，收率低，成本高，消耗大量溶劑，向環境中排放眾多污染物，對人本產生危害。而選用恰當的酶，可通過酶反應較溫和地將植物組織才解，加速有效成分的釋放提取。選用相應的酶可將淀粉、蛋白質、果膠等雜質分解去除，有利于活性成分的提取。
三、應用現狀
1．利用酶技術實現中藥有效成份的提取和分離
利用酶制劑或酶工程法提取天然產物的有效成分的研究是在 20世紀90年代興起的新技術，酶技術用于中藥有效成份的提取和分離已有報導。
目前，對酶活在中藥提取中的應用主要在纖維素酶的作用上。由于大部分中藥材的細胞壁都是由纖維素構成的，有效成分往往包裹在細胞壁內，用纖維素酶可以破壞 β－D一葡萄糖鏈，有利于有效成分的提取，侯嶸橋首次將工業纖維素酶應用于中藥及藥渣中，結果表明：在50℃，pH4．5，底物濃度為 15％的條件下，48小時可酶解得 5％以上的β－葡萄糖。在用黃柏、黃連提取小劈堿之前，以纖維素酶預處理去除細胞壁后，可顯著提高小檗堿的收率；將纖維素酶用于穿心蓮的提取，可提高穿心蓮內脂的含量和提取量；用于補骨脂的提取中，則可使補骨脂素收率提高23%利用纖維素酶和果膠酶的復合酶液，在50℃，pH4 5 的條件下酶解120min，然后浸提，可提高總黃酮提取率16 9％。
其他各種酶在中藥中也有極廣闊的應用前景：用復合酶酶解和熱水浸提法分離純化香菇中多糖蛋白，能顯著提高香菇有效成分的浸提效果，總氨基酸和必需氨基酸的含量均提高2倍以上，香菇多糖的含量提高了4倍，一些特殊成分及較高分子量的葡聚精物含量也明顯提高。日本學者用酶法轉化銀杏葉所含的油溶性或難溶或不溶于水的有效成分時，通過加入葡聚糖苷酶或轉糖苷酶進行生物轉化，使總黃酮含量增加，且在體內的吸收率大為提高。
2．利用酶技術體內增加中草藥有效成份的含量
許多藥用植物活性成分含量很低，且資源短缺，加之中藥化學成分在植物體內合成途徑復雜，通常有10余個甚至幾十個酶參與才能完成藥活性成分的合成，故人工仿制合成很困難。應用酶分析技術，結合同位素示蹤的方法，可以闡明藥用活性成分在生物體內合成途徑，找出限速步驟，再利用基因工程技術克隆這一關鍵步驟催化酶的基因，然后高效表達該基因，使有效成分含量增加。大部分中藥中含有的次級代謝產物是其藥理作用的物質基礎。因此加強次生物質代謝途徑調節的研究非常重要，在弄清復雜的次生代謝途徑后，我們可以通過純化關鍵酶，對代謝途徑進行操作，從而加強我們需要獲得的較多的有效成分，或是終止我們不需要的 代謝途徑，去除或減少不必需的 或有毒的成分。 3利用酶技術體外提高中藥微量有效活性成份的轉化 酶的專屬性很強，利用酶催化水解苷鍵時，所用條件溫和，還可以保護糖和苷元的結構不變，也可保留部分苷鍵得到次級苷，同時可知苷元與糖、糖與糖的連接方式。 20世紀 80年代，很多學者開發稀有人參皂苷產品，但并未找到合適的生產方法。趙立亞等利用從微生物中分離得到一種人參皂苷－葡萄糖苷酶，改變人參中含量較高的二醇組皂苷Ra。 Rb、RC和Rd等糖基，使之定向轉化為具有較強抗腫瘤活性的人參稀有皂苷RhZ，純度大于 90％。近年來，已證安糖鏈在皂苷的生物活性方面起著重要的作用，皂著糖分子越少，其活性越高．田晶等利用酶水解大豆皂苷分子上的部分糖基，使之生成低糖。高活性的皂苷。甘草苷是從天然植物中提取的天然化合物，甜度是蔗糖的177倍，對人體無害。無毒，并有保肝、抗癌。治療胃潰瘍及十二指腸潰瘍等作用，同時它又是具有很強的增香效能的食品甜味劑。但是，大量食用甘草苷可使體內銷排除減少而鉀排除增加，產生副作用，因此，國際上嚴格限制它在食品中的應用量。甘草苷去掉一個葡萄糖醛酸基，生成單葡萄糖醒酸基甘草苷，其甜度為蔗糖的1000倍，同時也使甜味明顯改善，并有可能會去除排鉀阻鈉的副作用。魚紅閃等利用一葡萄糖醛酸苷酶水解甘草苷葡萄糖醛酸基生成甜度極高的單葡萄糖醛酸基甘草苷，有人曾報道利用苦杏仁酶可將絞股藍總皂著水解成糖和皂苷元（PPD）。利用酶技術，還可從中藥中發現和生產具有新結構的有效成分。
四、存在問題與展望
酶法提取中藥有效成分，均有較高的收率，具有較大應用潛力，但該技術也存在著局限性 ——酶法提取對實驗條件要求較高，為使酶發揮最大作用，并將其用于工業化時，必須綜合考慮酶的濃度、溫度、pH、作用時間、底物濃度等對提取物的影響。
同時，某些物質能使酶的活性增強，成為酶的激活劑，某些物質能使酶的活性降低，成為酶的抑制劑，例如，氯化鈉為唾液淀粉酶的激活劑，硫酸銅為其抑制劑，很少量的激活劑就會影響某種酶的活性，而且常具有特異性，但激活劑和抑制劑并不是絕對的，有些物質在低濃度時為某種酶的激活劑，而在高濃度時則為該酶的抑制劑，例如氯化鈉達到 1／3飽和濃度時就可抑制唾液淀粉酶的活性。這些因素應引起重視。
隨著酶技術在中藥中日益廣泛的應用，今后研究的主要方向應集中在
（1）對次生代謝產物的產生進行調控；
（2）一些重要中藥化學成分的酶轉化”；
（3）建立酶反應產物藥理活性的快速篩選；
（4）酶反應產物結構的快速測定；
（5）特殊活性酶的篩選。總之，酶技術應用為開展中藥生產和研究提供了新的機會和方法，應該加強酶技術在中藥基礎和應用的研