药用植物内生菌在天然药物开发中的研究进展
药用植物内生菌在天然药物开发中的研究进展
我国药用植物资源十分丰富，仅目前已知的药用植物种类约有12000 种[1]，同时，具有地域特征明显、入药部位及形式多样、药用成分变化大等特点。因药用植物存在活性成分含量低、生长周期长等特点，依靠传统栽培再开发生产天然活已不能满足人们的健康需求。而与健康植物相伴生的植物内生菌，已被证明能影响宿主植物中天然活性物质的产生。因此，在促进利用药用植物开发天然药物生产中更具有独特优势。
1 药用植物内生菌
药用植物内生菌作为植物的共生体，伴随宿主植物生活史中的一定阶段或全部阶段而生存，是存在于健康植物的各种组织内部且不引发宿主植物感染的微生物[2]，其包含内生细菌、内生真菌、内生放线菌。多项研究已证实，药用植物内生菌对宿主植物生长具有促进作用[3]，可增强抗逆性[4]及影响药效活性物质合成[5]的功效，并在此基础上开发出用于生物防治、天然药物生产等相关微生物制剂[6]。
2 内生菌影响药用植物产生药效活性化合物的机制
2.1 内生菌产生药用活性成分
近年来，科研人员不断从多种药用植物中分离出内生菌，并在培养物中发现含有与宿主植物相同或相似的活性成分。其中，最著名的是Stierle[7]从短叶红豆杉中分离得出内生真菌（Taxomyces andreanae），并通过体外培养试验证实，和宿主植物相同其发酵液中，可产生抗肿瘤活性成分物质——紫杉醇。同时，黄酮、生物碱、苯丙素类等抗肿瘤活性成分也相继被研究者们从其他内生菌发酵产物中提取得到。另有一些内生菌合成药用活性物质能力，则需依靠宿主植物的内环境得以实现[8]。喜树碱（Camptothecin，CPT）为抗癌物质，体外条件下发现喜树树皮内生的腐皮镰刀菌（F.solani）几乎无喜树碱合成能力，原因是该菌虽然能产生喜树碱的前体物质，但由于体外缺少来自宿主植物提供的异胡豆苷合成酶，因而不能有效合成喜树碱，这也是体外培养条件下，较多内生菌活力不稳定，甚至逐步消失，始终无法实现产生大量活性物质进而应用于工业化生产的原因之一[9-10]。
2.2 内生菌促进药用植物产生活性成分
研究发现，内生菌不仅能直接合成药效活性物质，而且其产生的化合物在促使宿主产生并积累代谢产物，并最终对生成药效活性成分方面也有一定作用。主要机制包括：（1）通过
“诱导子效应”[11]或“横向基因转移”[12]等，改变宿主植物的基因表达和代谢途径。即宿主植物能通过化学识别系统检测内生菌释放的物质，进而触发信号转导网络，诱导其相关基因活性产生变化，从而积累某些次生代谢物。例如，王剑文等[13]将黄花蒿内生胶孢菌（Colletotrichumgloeosporioides）的细胞寡糖提取液加入黄花蒿发根培养系统中，可促进植物发根青蒿素的合成，与对照相比，青蒿素产量可提高50%以上。（2）通过生物转化作用影响宿主植物产生代谢产物。有些内生菌产生的胞内或胞外酶能够再加工植物的代谢物，使之转化成新的活性物质或提高代谢物的含量。例如，张琴等[14]从甘草中分离出2 株β-葡萄糖苷酶高产内生菌。研究发现，可将甘草黄酮糖苷水解成为苷元而提高其抗氧化活性。
3 内生菌在天然药物开发中的应用
3.1 开发抗肿瘤药物青蒿素是从什么植物中提取出来的
癌症是威胁人类生命健康的重大疾病之一，具有抗癌活性的新型天然药物的开发有着重要意义。紫杉醇作为重要的抗肿瘤药物，其可用于胃癌、肺癌、消化道癌、乳腺癌等多种肿瘤的临床。目前，已报道的具有紫杉醇合成能力的药用植物内生菌有紫杉霉属（Taxo
myces andreanae）、镰刀霉属（Fusarium）、黑曲霉（Aspergillus niger）、链格孢属（Alternaria）、丝核菌属（Rhizoctonia）、头孢霉属（Cephalosporium）等。其中，黑曲霉属菌株（IFBC-Z38）合成能力较高[15]，且经改良后的真菌ST026（Altemaria sporus）已经被用于工业化生产[16]。
Ashutosh K 等[17]首次从印度长春花中分离出一株内生真菌尖孢镰孢菌（Fusarium oxysporum），该真菌产抗癌药物长春碱和长春新碱的浓度分别为76 g/lit、67 g/lit。长春新碱属于双吲哚型生物碱，是长春花的活性代谢产物[18]。经研究证实，其通过抑制微管蛋白的聚合，从而对纺锤体微管的形成、蛋白质代谢过程产生影响，同时，对RNA 聚合酶活性、细胞膜类脂质合成和细胞膜上氨基酸的转运也具有抑制作用[14]。结合临床发现，其在用于何杰金氏病、急慢性淋巴细胞白血病、恶性淋巴肿瘤、各种细胞瘤及乳腺癌等疾病方面具有成效，被认为是目前应用最广的天然植物抗肿瘤药物之一[19]。
3.2 开发抗氧化药物
研究表明，在预防衰老中抗氧化是重要步骤，原因是自由基或氧化剂可以分解细胞和组织，对人体代谢功能产生影响而存在引发健康问题的隐患。Shukla 等[20]从罗勒根中分离
到的宛氏拟青霉（Paecilomyces variotii Bain）在自由基清除测试中的IC50 值为71.83μg/mL，而羟基测试活性IC50 值为110.85μg/mL，抗氧化活性表现出较高水平。Liu 等[21]从银杏叶中分离得出炭角菌属（Xylaria），其甲醇提取物中含有黄酮类和酚类物质，可高效清除自由基且抗氧化作用较强。
3.3 开发抗心血管疾病药物
心血管疾病作为当代威胁人生命健康的常见疾病，具有高患病率、高致残率及高死亡率的特点。普萘洛尔又名心得安，为β 肾上腺素受体阻断药，广泛用于心血管疾病。Borges 等[22]研究发现，菊科植物中分离得到的围小丛壳菌（Glomerella cingulata）能专一地将普萘洛尔（S 构型）高效转化为4-OH 化的普萘洛尔，从而得到大量4-OH 化的普萘洛尔以应用于临床研究。从药用植物圆叶牡荆中发现的内生链格孢菌（Alternaria brassicae JS959）可提取出酮衍生物（2′）-2-（2-乙酰氧基丙基）-7-羟基-5-甲基酮，能抑制人体血浆中的高密度脂蛋白和铜诱导的低密度脂蛋白氧化，可成为心脏病的有效因子[23]。
3.4 合成纳米银颗粒
纳米银颗粒（AgNPs）是应用于生物医疗领域的金属纳米材料中非常重要的一类，长期以来因其具有的抗菌活性被用于医疗科学领域，称为抗菌剂[24]。但目前，大多数用于合成纳米颗粒（Nps）的化学和物理方法中，会使用或产生剧毒的化学危险材料，而内生菌因其具有合成各种贵金属纳米颗粒的能力，被称为新型“生物工厂”[25]。如一种从药用植物中提取的内生真菌（Guignardia mangiferae），可合成5 个30nm 大小的球形AgNPs[26]。Singh 等[27]从姜黄植物叶片中分离得到的青霉菌（Pencillium sp.），具有合成AgNPs 的能力，合成的球形AgNPs 分散良好，尺寸为25nm，且对致病性革兰氏阴性菌有抗菌作用。

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