植物细胞制药的研究进展

赵玉平 杨夏 高峰丽

（内蒙古包钢医院药剂科，包头014010）

植物细胞制药的研究进展

赵玉平 杨夏 高峰丽

（内蒙古包钢医院药剂科，包头014010）

植物细胞工程制药是植物细胞技术在生物制药工业方面的应用。本文介绍了植物细胞工程制药所涉及的主要技术及其进展，包括大规模植物细胞培养生产药用成分，植物生物反应器，生物酶解技术，转基因植物生产药物等，在此基础上探讨了植物细胞工程制药的发展趋势。

植物细胞；制药；细胞培养；酶解技术

植物细胞技术在当今的医药领域应用越来越广泛，植物细胞的大量培养是利用植物细胞体系通过现代生物工程手段进行工业规模生产上人类从植物中得到药物已有很长的历史。随着植物细胞培养、植物基因工程等生物技术的发展，它被赋予了新的内容和广阔的发展前景。直接提取有用化合物或者以植物提取物为底物合成其结构类似物成为人们治疗疾病重要方法。研究植物次级代谢，进一步提高细胞培养过程中细胞生长的速率及选育出稳定高产的优良细胞系，是提高植物细胞生产目标化合物的效率的重要途径。植物细胞培养技术现已发展成为一门精细的实验科学，在材料消毒、接种培养、继代保存、分离鉴定等方面建立了一套系统的操作程序[1]，在今后的医药领域将有更广阔的天地。

1 大规模植物细胞培养生产药用成分

植物细胞的大量培养是利用植物细胞体系通过现代生物工程手段进行工业规模生产，以获得各种产品的一门新兴的跨学科技术。首次提出从植物细胞培养物中合成天然药物的是1956年美国的Routier和Nickell，1967年KauI和Staba采用多升发酵罐对小阿米（Ammi Visnaga）进行了细胞大量培养的研究，并首次用此方法得到了药用成分呋喃色酮[2]。

细胞工程制药是利用动植物细胞培养生产人类生理活性因子、单克隆抗体、动物疫苗和植物药物等产品[3]。植物细胞培养生产抗癌药物紫杉醇，紫杉醇（taxel）是种用于卵巢癌、乳腺癌、肺癌的高效、低毒、广谱并且作用机制独特的抗癌药物，被誉为20世纪90年代国际上抗肿瘤药三大成就之一。但自1993年紫杉醇上市以来，紫杉醇的来源问题成为世界性的研究热点。植物细胞培养被公认为是生产紫杉醇一种长期有希望的方法。日本曾从短叶红豆杉7川jbrevlfolia Nutt和东北红豆杉T．cuspidatu Sieb．et Zucc．中进行愈伤组织的诱导、筛选得到的细胞株，可在4周培养时间内细胞增殖5倍。同时紫杉醇含量达到0.05%，比原来的红豆杉树皮紫杉醇含量增加了l0倍[4]。

2 植物生物反应器

广义上讲，植物生物反应器是指以植物悬浮细胞培养、天然的或经基因工程改良的植物细胞和组织，或整株植物为“工厂”大量生产具有药用价值（如人类或动物的疫苗、抗体），或可作为工业原料的植物次生代谢产物、食品添加剂等重要应用价值的蛋白或氨基酸[5]。从狭义上讲，植物生物反应器是指以转基因的整株植物为“工厂”来大量生产各种价值及附加值高的生物制品[6]。利用植物生物反应器表达外源药用蛋白和疫苗，可解决许多药用蛋白和疫苗的来源问题，并降低生产成本，从而形成生物制药企业的核心竞争力，产生可观的经济效益。

1992年，梅森、刘玉乐等将乙型肝炎表面抗原基因转入烟草，获得的转基因植株所表达的抗原蛋白。其免疫原性与从人和酵母来源的相似，保留了B细胞和T细胞的抗原决定簇。1999年麦考密克等通过烟草花叶病毒(TMV)载体在烟草中表达了小鼠B细胞淋巴瘤中一段特异编码区，用该编码区产生的蛋白来免疫小鼠。后者产生相应的特异抗体，这种抗体可保护小鼠不受该肿瘤致死剂量的攻击。这种肿瘤特异蛋白疫苗的快速生产系统可能为治疗非霍奇金淋巴瘤提供一种实用的策略[7]。

3 细胞级微粉碎加工技术

中药超微粉碎（又称中药微粉化）是随着现代粉体工程微粉化技术——超微粉体技术的发展在20世纪90年代中后期而新兴的一门中药加工技术。“超微中药”是指运用现代科学技术（现代细胞破壁技术）与传统中药炮制技术相结合的先进工艺，将传统中药饮片加工成一种粒径为微米级的新型中药，也可叫做“微粉中药”、“中药超微饮片”、“中药超细粉体”。超微粉体技术作为一门跨学科、跨行业的高新技术，已引起科技界和中医药界的广泛关注，并已成为近几年来中药界的研究热点[8]。

陈宇红[9]用高频振动磨对根系植物中药黄芪进行了超细粉碎，结果黄芪经超细粉碎至细胞破壁后，可显著提高其有效成分的溶出量和溶出速率，从而增加药效，显示了超细粉碎技术作为一种高新技术在中药加工中有特有的优势。

4 生物酶解技术

中药制剂的杂质大多为淀粉、果胶、蛋白质等，针对杂质可选用合适的酶法予以分解除去。酶反应较温和地将植物组织分解，可以较大幅度提高收率。目前，用于中药提取方面研究较多的是纤维素酶，大部分的中药材的细胞壁是由纤维素构成，植物的有效成分往往包裹在细胞壁内，纤维素则是由β-D-葡萄糖以1，4-β葡萄糖苷键连接，用纤维素酶酶解可以破坏β-D-葡萄糖键，使植物细胞壁破坏，有利于对有效成分的提取[10]。在国内，上海中药一厂首先应用酶法成功地制备了生脉饮口服液[11]。

吕卫明等[12]介绍了一种从黄芩中提取分离黄芩素的新方法—酶水解法，并且和直接提取法相比较，结果新方法所得粗品中黄芩素达75.67%，收率为2.46%。李元波等[13]利用纤维素酶预处理提取郁金中姜黄素，与乙醇回流法作对照，工艺流程中除去酶预处理步骤，其余工艺条件完全相同，经酶预处理法的姜黄素的提取率达到0.0773%，比乙醇回流法的提取率提高了15%，干膏率提高了7.0%，且薄层色谱图表明酶预处理提取法提取姜黄素稳定，纤维素的酶解作用对提取成分无影响。显示将纤维素酶用于某些单一中药的预处理有良好的应用前景。

有文献报道日本的高根芳春[14]提出了用酶法提取银杏叶有效成分的方法。通过加入糊精以及对葡萄糖残基有转移作用的葡萄糖苷酶或转糖苷酶，使油溶性或难溶于水或不溶于水的有效成分转变成易溶于水的成分而提取出来。

5 转基因植物生产药物

植物医药基因工程是指把重组的编码的活性多肤和疫苗基因导人植物，使植物能够大量生产这些活性肤和疫苗，它是土厂化农业（factoryfoming）或分子农业最具诱惑力的部分。这种策略，不仅可以大大降低昂贵药命的生产成本，而且简化了贮藏方式。因此，国际上植物基因工程研究的一个新趋势就是利用转基因植物生产药物[15]。

植物抗体是将动物和人抗体基因转入植物中使其表达产生免疫性产物。利用禾谷类作物能生产ScFVT84.66抗癌胚抗原；利用大豆能生产HSV的糖蛋白；利用烟草能生产线虫抗原、外伤素、Streptococcus.mutans抗原、结肠癌抗原、IgGtScFv、人肌酸激酶特异的IgG[16]。

现还有一种新思路，以病毒为载体在植物中生产药用蛋白，这种方法是先将目的基因插入病毒基因组中，然后把重组病毒接种到植物叶片上任其蔓延至所有叶片，外源基因则随病毒的复制而得到高水平的表达，这样的植物就成了生产蛋白质的“绿色工厂”[17]。

6 植物细胞生产有用次生代谢产物

次生代谢产物的低产现象是制约细胞培养法生产植物天然产物技术产业化应用的核心问题之一，理解和掌握植物细胞次生代谢调控规律是解决这一问题的基础。与初生代谢相比，植物次生代谢产物的合成具有更加复杂的调控机制，并且更易受外界因素的影响[18]。

我们最近的研究结果表明，在桔青霉细胞壁诱导子处理约2h后，红豆杉悬浮细胞中NO开始增加并在6h左右时达到最高，随后出现下降，表明真菌诱导可以诱发红豆杉细胞中NO的生物合成[19]。

7 展望

植物细胞是一个复杂的体系，其内部存在多种反馈调控机制，各种亚体系之间也存在着复杂的相互影响，在培养过程中植物细胞具有相当的遗传和生理的不稳定性，加强对培养过程中植物细胞特性的研究，努力从生命和细胞的总体的和本质的角度去思考，进行反应器的研制，将有可能在植物细胞培养工作中取得根本上的突破。

植物细胞培养是近代实验植物学的主要工具之一，高等植物的遗传工程也需要细胞培养技术，使经由遗传因子转移的细胞，再分化成有利用价值的植株。提取高价值的化合物或实现种苗的工厂化生产，对于保护珍稀的野生植物资源，突破时间和地域的限制进行农业生产都是有所裨益的。同时，植物细胞培养生物反应器的研制必须从实用出发，考虑到工业放大的可行性，过去的研究大多仅仅是实验室的成果，植物细胞培养的工业化技术仍不过关，生产过程还不能长期稳定地进行，限制了植物细胞大规模培养的应用[20]。

探索天然药物的生产工业化是当前药物研究的一个新方向，应用发展的眼光看待植物细胞培养生产次级代谢产物应用前景，控制植物细胞培养过程，提高目标化合物的含量。利用植物基因工程方法生产药物还刚刚开始，有很大的发展空间。有科学家估计，植物生物技术的发展将改变半个多世纪以来许多新药单纯依赖化学合成的状况，把人类的医药行业带向一个新的里程碑。

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10.3969/j.issn.1672-2779.2012.12.116

：1672-2779（2012）-12-0163-02

：韩世辉

2012-04-10）