希少なギンセノシドrg1 rb1 rg3の研究

3月04,2025
カテゴリ:健康食材

Ginsenosides はのclass のsteroid compounds that are triterpene glycosides でthe field のnatural products. They are mainly derived から米国産人参plants とare widely used でhealth products, functional foods, medicine, cosmetics とother fields due にtheir unique biological activity and medicinal value. It is generally believed that ginsenosideshave structural characteristics such as のrelatively high molecular weight, a low lipophilicity coefficient, and a large topological polar surface area.

 

They have low bioavailability, and after being orally ingested, they need to be metabolized by intestinal flora でthe gastrointestinal tract into secondary ginsenosides such as Rg3 and Rh2before they can be absorbed into the bloodstream and become the active substances that actually exert their medicinal effects. As research has progressed, it has been found that after 人参saponins are treated using some physical, chemical, and biological transformatiにmethods, some のthe sugar chains are degraded or the C-17 side chain is changed, generating secondary saponins that are present in very low or even non-existent amounts in 人参plants. Rare ginseng saponins have more significant pharmacological activities than the original ginseng saponins, such as anti-tumor [1], liver protectイオン[2], and nervous システムprotection [3], and therefore show great development prospects.

 

 Ginseng

現在、希少な高麗人参サポニンの研究の基准であるギンセノシドrg3は、新しいタイプの伝統的な漢方薬単体抗がん剤、「高麗人参カプセル」に開発されています;ギンセノシドrh2やc-kのようないくつかの珍しいギンセノシド単量体は臨床試験に入っている;一連の漢方薬エキスは、銀塩体rg3、rh2を豊富に含んでおり、高麗人参カプセルなどの健康食品の原料として広く使用され、市場から好評を得ている。

 

However, rare ginsenosides are low in natural plants特に、単純な出発製品から合成することは困難であり、市場の需要を満たすことはできません。そのため、近年、希少な銀瀬添の入手方法が話題となっている。本論文では、レアギンセノシドの構造とその変換経路・変換方法をまとめて分析し、レアギンセノシドのさらなる開発・応用に向けた科学的基盤と理論的基盤を提供する。

 

1珍しいギンセノシドの紹介

のfirst rare ginsenosides discove赤いwere products obtained after the transformation or metabolism のprotopanaxadiolginsenosides by the body. Since it is generally difficult to stably and controllably achieve this transformation and metabolic process in vivo, researchers have turned their attention to in 体外studies. で1980, Kim Bong-seop etアル[4] first used an enzymatic method to prepare the rare ginsenosideRh2. Later, breakthroughs were made one after the other in the enzymatic conversion のrare ginsenosideRg3, and large-scale industrial 生産was achieved.

 

Therefore, ginsenosides Rh2 and Rg3 are known as the first generation のrare ginsenosides. Based on pharmacological activity and mechanism of action studies, ginsenosides Rh2 and Rg3 have been developed into drugs and health products with anti-tumor functions. With the progress of modern industrial production technology, rare ginseng saponins have also entered the second generation. のindustrialized mass production of ginseng saponins such as Rk2 and Rh3, represented by C-17 side chain polyunsaturated structures, is a landmark achievement. This has led to the widespread use of products with rare ginseng saponins as signature ingredients in pharmaceuticals, health foods, cosmeceuticals and other fields. Compared with the first generation of rare ginsenosides, the second generation of rare ginsenosides has more significant biological activities such as anti-tumor activity, as well as a more reasonable lipophilicity-hydrophilicity coefficient and a smaller relative molecular mass, as shown in Table 1, which also makes their bioavailability better.

 

代表的な高麗人参サポニンと、その原型となる高麗人参サポニンとの変換関係から、現在発見されている高麗人参サポニン(例えば、図1)の親核構造を見ることができるギンセノシドrg3、rh2、rh1など。すべてのダムマラン型四環式トリテルペノイドであり、それらは分割することができますか プロトパナキサジオール(ppd)型、プロトパナキサトリオール(ppt)型、c-17側鎖複重結合型に変換する3[5]。通常高濃度で見られるプロトパナキサジオールと比較して、2つの構造の違いは、主にダンマラン骨格のc-3、c-6、c-20の分岐鎖に結合する糖鎖の種類と数である。したがって、4環式トリテルペンであるダンマランの分岐鎖に結合する糖鎖を変化させることで、希少なギンセノシドを得ることができる[6]。

 

 Ginseng extract powder


Search CNKI, China Biomedical Literature Database (CBM), Web of Science, PubMed, Embase, China Patent Publication and Announcement Query System, and Yaozhi.com database using search terms such as “minor ginsenoside,” “rare ginsenoside,” “ginsenosideRg3,” “ginsenoside Rh2,” etc. After sorting, the currently known rare ginsenosides include ginsenoside Rg3, Rh1, Rh2, C-KF2, and notoginsenoside R2. Their chemical structures and pharmacological 効果are shown in Figure 2 and Table 2.

 

希少なギンセノシドの2つの源泉と仕込みルート

2.1筋

Rare ginsenosides can be obtained by converting or heterologous synthesizing prototypical ginsenosides. At present, the prototypical ginsenosides that have been studied more in the conversion pathway mainly include ginsenosides Rb1, Re, Rc, Rd, etc. These ingredients are mainly derived からthe roots, leaves, flowers and flower buds of 三ginseng C. A. Mey. のgenus Panax, the roots and leaves of P. quinquefolium L., and the roots and leaves of P. 三七花(Burk.) F. H. Chen. Due to factors such as the supply of plant materials, extraction and processing, marketprices, etc., this source has a high degree of dependence on the demand ためprotopanaxadiol ginsenosides.

 

源への依存性を減らすために、希少なギンセノシドは、源となる化合物や中間体から始めて、様々な重要な酵素の異種合成によって合成することもできる。この手法には、図3に示すように、メチル乳酸の合成、2,3-オキソ-スクアレンの合成、環化反応などのプロセスが含まれる。この過程に関与する元化合物または中間体(2,3-オキソ-スクアレン、環化生成物ppt、ppdなど)はすべて希少なギンセノシドの重要な供給源である。複素環式合成反応の完了後、標的となるギンセノシドは遺伝子工学によって水酸化されるかグリコシル化されなければならない。

 

2.2準備ルート

現時点では、主な方法珍しいginsenosides準備典型的なギンセノシド変換法を用いることは、物理的、化学的、生物学的な方法である。物理的方法は熱分解を含み、化学的方法は酸分解および塩基分解を含み、生物学的方法はin vitro酵素分解、生変換および生合成を含む。

 

2.2.1熱分解し

熱分解は、プロトパナキサジオールのギンセノシドの糖鎖とc-17側鎖を高温処理によって分解し、希少なギンセノシドに変換する。sun baishenら[74]は、9回蒸して空気にさらす方法で処理された黒参から希少なジンセノドrg6、rs4、rs5を得た。[75] qu wenjiaらは、ginsenosides 20(s)- rg3、20(r)- rg3、rk1、およびrk5を得た。guan dapingら[76]は、高麗人参の茎や葉を高温加熱することによって、希少なジンセノシドrk1とrg5を得た。[61]高麗人参の葉からジンセノシドreを単離して精製し、120°cで6時間処理したところ、図4に示すように希少なジンセノシドrh1とrh4になった。

 

熱分解法の利点は、簡便で低コストであることです。しかし、時間がかかり、あまり具体的ではなく、変換率が低いため、原材料を有効に使用しないと資源の無駄につながる可能性があります。

 

2.2.2酸分解法

Under suitable acidic conditions, some of the sugar chains of ginsenosides are hydrolyzed to form rare ginsenosides. Liu Qian etアル[77] found that under weak acidic conditions, some or all of the sugar chains of ginsenosides are hydrolyzed, but the configuration of the C-20 position changes in a weak acid environment, and ultimately a mixture of two diastereoisomers is obtained. GAO Detアル[59] used citric acid to heat-treat ginseng buds, which converted ginsenoside Rb1 in ginseng flower buds into the rare ginsenosides Rg5 and Rk1, as shown in Figure 5. L私W etアル[78] used citric acid to hydrolyze ginsenoside Re into the rare ginsenosides F4and Rk3, see Figure 6.

 

 ギンセノシドの酸分解条件はbae e aら[79]にまとめられている。実験の結果、一般的なギンセノシドをメタノール中で5%の塩酸、エタノール中で5%の硫酸で4 - 6時間加水分解した後、ギンセノシドrh2をエーテルで抽出することができた。ジンセノシドの糖鎖が加水分解されアグリコンが破壊されるだけでなく、側鎖も環化されたり、20番目の炭素原子の配置が変化したりするため、20(s)-プロトパナキサジオールやトリオール型サポニンを得ることが困難になる。現在、胃液を模擬した酸性度を利用してこれらの現象を軽減することができる。一般的に使用される酸には、酒石酸、ギ酸、酢酸、クエン酸などがあります。珍しい高麗人参サポニンを調製するための酸分解の全体的なプロセスは面倒であり、多くの副生成物があります。そのため、効率的な酸分解法の検討を継続する必要があります。

 

2.2.3アルカリ分解法

Compared with acid degradation, in an alkaline environment formed by reagents such as sodium hydroxide and sodium methoxide, the C-17 side chain of ginsenosides changes less, and the alkali degradation method has fewer side reactions, mild degradation conditions, and easy purification of the product. Chen Yanping etアル[80] found that under mild alkaline conditions, protopanaxatriol can be degraded to obtain the rare ginsenoside Rhl, and protopanaxadiol can be degraded to obtain the rare ginsenoside Rh2.

 

アルカリ分解法の欠点は、酸触媒法に比べて反応時間が長く、収率が低いことです。

 

2.2.4 in vitro酵素分解法

In vitro enzymatic degradation is a method that uses enzymes to break down the glycosidic bonds of the substrate prototype ginsenoside. Compared with acid degradation and alkaline degradation, enzymatic degradation has the advantages of high efficiency, no pollution and specificity, and is currently the most widely used method of research. Different types of enzymes can be used to modify glycosidic bonds of 異なるtypes and conformations. Zhao Liya [81], Kim Dong-Sik [82], Xue Lili [83] and others found that using protopanaxadiol-type saponins as substrates and β-glucosidase as a biocatalyst, ginsenosides Rh2, Rg3, Rh3, Rg5, as well as other by-products such as protopanaxadiol-type saponins. With the development of genetic engineering, glycosidases obtained by cloning and expressing bacterial genes have also been used in the transformation of ginseng saponins. ZHENGFetアル[84] used endoglucanase to cleave the glucose at C2 of ginsenosides Rb2, Rb1, Rc, and Rd, and some of them had high selectivity, respectively, which have stronger pharmacological activities, ginseng saponins GypXVII, C-O, C-Mc1, and F2.

 

In enzymatic degradation methods, phosphate buffer solutions or solutions containing small amounts of organic solvents are often used to dissolve the substrate prototype ginsenoside in order to fully dissolve it. Previous solutions not only affected the activity of the enzyme, but also had a low solubility for the substrate. In response, Fan Yuru etアル[85] developed an assisted enzymatic method using a low eutectic solvent (deep eutectic solvents, DES). using choline chloride and propylene glycol to prepare a DESdissolving the substrate ginsenoside Rb1 in it, and using snail enzyme for enzymatic conversion to obtain the rare ginsenoside C-K.

 

この方法で使用されるdesは基質プロトサポニンの溶解度を増加させるだけでなく、酵素の活性を増加させ、それによって希少なギンセノシドc-kの収率を効果的に増加させる。しかし、従来の生体酵素分解法やdes-assisted enzyme法では、生成物と酵素を効率的に分離できないという欠点がありました。のカギを握っているこれまでのしたがって、のアプリケーション研究をタンパクプロダクトオブザ酵素試写ginsenosidesはの特定の及び高効率な酵素を依存して、解決策媒体の連続最適化に必要な酵素反応探査方法など効率よく酵素製品を分離するためにすればさらに効率的かつenergy-savingly工業的に珍しいginsenosidesを生成する。

 

2.2.5微生物変換法

The microbial transformation method mainly uses microorganisms to specifically hydrolyze ginsenosides to obtain rare ginsenosides through the decomposition of one or more enzymes[86]. SIDDIQI MZ etal.[87] used a mixture of ginsenosides Rb1, Rb2, Rb3, Rc, and Rd, a mixture of ginsenosides, was first obtained by biotransformation technology to obtain a mixture of ginsenosides Rg3, and further conversion can obtain rare ginsenosides Rk1, Rk2, Rg5, and Rh3, as shown in Figure 7. FU Yetアル[58] isolated endophytic bacteria from ginseng that convert ginsenoside Rb1 to rare ginsenoside Rg3, see Figure 8. HASEGAWA H etアル[88-89] studied the specific transformation pathway of rare ginsenoside C-K by intestinal flora and speculated that rare ginsenoside C-K is the form of protopanaxadiol ginsenoside that is most likely to be absorbed through the intestine, see Figure 9.

 

guo ypらは、無菌ラットモデルを用いて、ラットの腸内微生物叢を介してパナソシドがrh2などの希少なギンセノシドに代謝されることを検証した[90]。kim kaら[91]は、ギンセノシドrb1を希少なギンセノシドc-kに変換できるバクテロイデス属、ビフィズス菌、およびルミノコッサ属を分離した。物理的および化学的変換法と比較して、バイオ変換法は、高効率、穏やかな反応条件、低コスト、ギンセノシド活性のより良い保証というユニークな利点を有する。しかし、バイオ変換にはギンセノシドを基質とする必要があり、人参だけを原料とするには限界がある。そのため、希少なギンセノシドを得るためには、植物組織培養バイオリアクター技術などの新技術を継続的に探索・開発する必要があります。

 

2.2.6バイオリアクター技術

With the development of biotechnology, the efficient large-scale production of rare ginsenosides using cells and organelles as raw materials has gradually replaced the existing conversion method that requires ginsenosides as substrates. Cells and adventitious roots are cultured in large bioreactors and the accumulation of biomass and ginsenosides is enhanced in a corresponding manner. CAO L et al. [92] induced adventitious roots in a 5 L bioreactor and produced 11 rare ginsenosides, including ginsenoside Rh2. The bioreactor was associated with enzymatic hydrolysis using six β-glycosidases and their combinations, yields 54.32~66.00 mg·L-1 . Further optimization of pH and temperature, immobilization of BglPm and Bgp2, and the yield of ginsenoside Rh7 was further increased by 1%, with a maximum yield of 51.17 mg·L-1 (17.06% of the original ginsenoside mixture). The above method can replace the direct conversion and extraction of rare ginsenosides from Panax plants and can also be used to supplement 酵母cell factories.

 

2.2.7 Biosynthetic方法

In recent years, with the continuous development of synthetic biology research, compounds of animal and plant origin can also be synthesized by microorganisms. The method of microbial de novo heterologous synthesis of rare ginsenosides is called the biosynthetic method, also known as the heterologous synthesis method. Biosynthetic methods often use isopentenyl diphosphate produced by the methyloxypivalate pathway to form the precursor compound of ginsenosides, squalene, under the action of various enzymes. Squalene monooxygenase is used to generate the 鍵raw material 2,3-oxidosqualene, and then with the help of the damarenediol synthase to form damarenediol, thus forming the ginsenoside skeleton; and then through genetic engineering technology to hydroxylate or glycosylate to form the target ginsenoside. There are many key rate-limiting enzymes in this method. Genetic and metabolic engineering modifications of the genes of these key rate-limiting enzymes will greatly increase the yield. Lei Jun [93] artificially constructed a four-step enzymatic reaction in tobacco, and for the first time, achieved the heterologous synthesis of ginsenoside F1 in tobacco, as shown in Figure 4g.

 

saccharomyces cerevisiaeは食品グレード株であり、低レベルの単一細胞真核生物である。多くの天然テルペン化合物は、主要な酵素遺伝子を導入することにより、異種の合成経路を構築することで、saccharomyces cerevisiaeで合成することができる。陳[94]増加における鍵遺伝子UGTPn3表現タバコの合成を植物性ホルモンのように推進することによって、セルginsenoside Rh2、達する可能性が、収量38.67μg・てろ助け。過剰発現したとき壮Yら[95]PGK1の下に加遺伝子に興行側HXT7 PGM1 UGP1、UGT51を与える具体的にはブドウ糖moietyへの移転C-3-OH PPD付加価値をつけるginsenoside Rh2、収穫のginsenoside Rh2は36.7歳80 mg・L-1換算率+ 4%増加した。

 

LI Xet al. [96] introduced PgUGT2A71, PgUGT54Q94 and the UDP-xylose biosynthesis pathway into the PPTchassis, and constructed engineered yeast, which resulted in yields of notoginseng saponin R1 and notoginseng saponin R2 of 1.62 and 1.25 g·L-1 , respectively. ZHAO F L et al. [97] integrated a fusion gene Pg PPDS-ATR1 with three copies into the genome of Saccharomyces cerevisiae, which resulted in the conversion of 96.8% of the DMto PPD, yielding 1436.6 mg·L-1 and the engineered yeast was not affected by reactive oxygen species. Lu Wenyu et al. [98] transferred the optimized glycosyltransferase GTK1 gene and the optimized glycosyltransferase UGT1 gene into Saccharomyces cerevisiae, which produces protopanaxadiol PPD, and overexpressed the phosphoglucomutase PGM1 gene and the UDP-glucose pyrophosphorylase UGP1 gene to obtain a ginsenoside F2 yield of 44.83 mg·L-1.

 

The 珍しいギンセノシド合成法生合成技術の開発に成功したことで、従来の低いバイオ変換効率の問題を解決し、レア・ギンセノシドの大量生産における大きな限界を突破した。しかし、ギンセノシドの異種発現系およびde novo合成経路を構築する鍵は、合成経路の最適化、競合経路の阻害、酵素修飾、転写調節因子およびその他の関連する酵素遺伝子にある。そのためには、合成生物学技術だけでなく、ゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクスなどのオミクス技術の開発が必要です。より正確で効果的な規制を実現するためには、さらなる研究が必要です。

 

3希少なギンセノサイド産業の現状分析

希少なギンセノシドは、プロトタイプのギンセノシドよりも高い生物学的利用能と強い生物活性を有することから、医薬品、健康食品、化粧品などの分野での応用研究が大幅に進展し、開発と応用の展望が広がっている[99]。ここ10年間、珍しい高麗人参サポニンを配合した薬品と健康用品が盛んに販売されている。現在、市販されている珍しい高麗人参サポニンが含まれた薬品には、申一カプセル、20(s)—ギンセノシドrg3眼軟膏、20(s)—ギンセノシドrg3注射剤、金星カプセル、神百儀カプセルなどがある。統計によると、図11に示すように、過去20年間に、希少なギンセノサイズに関する84の国家発明特許があった。その中には、この10年間に76件もの関連特許があり、主に調製および加工方法、希少なギンセノサイドモノマー適合製品、抗がん剤、抗腫瘍剤などの応用に焦点を当てている。比較すると、発明特許の数は販売された製品の数をはるかに上回っている。

 

 Ginseng product

これは、従来の研究開発技術や産業用生産設備への対応の限界から、歩留まりを大幅に向上させる調製方法が確立されておらず、工業化生産が妨げられ、製品開発が制限されているためと考えられます。統計によると、ここ数年、珍しい高麗人参サポニン製品の売上高は2017年の4億600万元から2022年には7億3900万元に増加し、年平均12.7%の複合成長率を示している。2027年にはさらに増加し、年間成長率は16.1%で、1561億元になると予想されています。希少なギンセノシドの人気が高まっていることが見て取れ、市場価値は非常に高い。関連産業は中国でも有望な産業となっている。ある程度、業界は、医療産業の発展を促進し、いくつかの病気の発生率を減らすことができます。希少なギンセノシド産業の発展を加速することは、中国の健全な発展に重大かつ広範囲な影響を与えるでしょう#39; s産業だ。

 

4まとめと展望

Rare ginsenosides have stronger pharmacological activity人体に簡単に吸収されます現在、希少なギンセノシドの研究の多くは、その薬効の開発に焦点を当てているが、その変換・分離・精製に関する実験的研究も開発・評価の上で大きな意義を持つ。希少なギンセノシドの変換や分離には多くの方法があるが、それぞれに長所と短所がある。希少なギンセノシドを高濃度に保つためには、合理的な製法が鍵となります。その中でも、バイオ変換法や生合成法は効率が高く、副生成物が少なく、目標が明確であることが好まれています。

 

However, compared to the biosynthesis method, the biotransformation method still cannot do without the prototype ginsenoside as a substrate, and its dependence on enzymes makes it affected by many factors. In recent years, the newly developed biosynthesis method starts with the synthesis of the prototype ginsenoside, which only requires simple basic metabolic pathways in eukaryotes and prokaryotes. However, the gene information of the key enzymes in the metabolic pathway has not yet been fully obtained, Therefore, in the future, efforts should perhaps be focused on developing more efficient, green, economical, and safe standardized biosynthesis conditions, so that more rare ginsenosides can be produced industrially, thereby realizing the industrialization of rare ginsenosides. Combining the development of multi-omics and bioinformatics, we can dig deeper into the information of key enzyme genes in the relevant basic metabolic pathways, improve industrial production to meet market demand, and make a greater contribution to the human pharmaceutical industry and health cause.

 

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