红曲霉发酵制品中的代谢产物及其生理活性研究进展*

杨树玲 陈 冬 孔维宝 张爱梅 牛世全

（西北师范大学生命科学学院 甘肃兰州 730070）

红曲霉是一种常见的丝状腐生真菌，将其接种于大米中可得到发酵红曲米。在中国，红曲米被应用于制作醋、酒、腐乳和蜜饯，以及治疗消化不良、腹泻、脾胃不和等方面，已有1000 多年的历史。随着对红曲霉研究的不断深入，红曲霉产生的次级代谢产物日益受到重视。20世纪70年代，日本学者从红色红曲霉中分离得到具有降低胆固醇作用的活性物质莫纳可林K（Monacolin K，MK）。1994年，成都地奥制药集团首先推出含有MK 的红曲天然降脂药——脂比妥片。之后日本、美国及韩国等多个国家也相继应用了MK 类降脂类药物，这进一步引起了国内外广大学者对红曲霉次级代谢产物的浓厚兴趣。此外，大量研究还发现红曲中除含有莫纳可林类化合物外，还含有红曲色素、γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）、麦角甾醇、氨基多糖等生理活性物质；这些活性物质具有抑菌防腐、预防心血管疾病、降低血脂和抗肿瘤等丰富的药理作用［1］。本文结合国内外在红曲霉代谢产物研发方面的报道，综述红曲霉发酵制品中的代谢产物及其药理作用、国内外研发现状及需要解决的问题等内容，为我国利用红曲发酵制品开发天然药物和功能性食品的研究工作提供参考。

1 红曲霉发酵制品中的代谢产物种类与功能

红曲霉在培养过程中可以产生多种代谢产物，目前已检测出的有红曲色素、MK、桔霉素、麦角固醇、抑菌性物质等。图1、表1分别描述了红曲霉菌落与红曲，以及几种红曲次级代谢产物的结构与特性［2］。

图1 红曲霉菌落及红曲

1.1 色素类 红曲霉是能产食用色素的重要微生物之一，在其发酵过程中还可产生多种具有药理作用的活性物质。红曲色素是红曲霉在生长代谢过程中产生的天然色素，是多种色素成分的混合物。根据其颜色的不同，可分为黄色素、红色素和橘黄色素共3 类；根据其溶解性的不同，分为水溶性色素和脂溶性色素2 类。1932年，Nishikawa从紫色红曲霉等培养物中首次分离了黄色和橘黄色晶体，随后利用有机溶剂将红曲色素提取分离。经元素定性，紫外、红外和可见光吸收光谱及核磁共振谱分析，结果表明红曲色素是由化学结构不同、性质相近的黄、红、橘黄共3 类不同色素组成的混合色素［3］。红曲色素被视为安全性极高的天然食用色素，提取后的成品为深紫红色粉末状，对酸碱、氧化剂、还原剂均较稳定，耐光、耐热性较好，在410 nm 和510 nm 处有最大吸收波峰。红曲色素已被证实具有较强的抑菌作用，尤其对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等致病菌有较强的抑制作用。红曲色素对蛋白质着色性能较好，其防

腐保鲜及着色功能也逐渐被开发，广泛用于肉制品、腐乳酱油、糖果、糕点等食品领域，目前已成为化学防腐剂的最佳替代品之一。此外，红曲色素还具有降低血脂、预防癌症等生理活性功能，也被用于医药和化妆品等领域。

表1 几种红曲次级代谢产物的结构与特性

1.2 他汀类化合物 20世纪70年代，远藤章等首次从霉菌培养物中分离鉴定出具有降低胆固醇作用的MK。随后Dhale 等［4］从高产色素的诱变株紫色红曲霉CFR 410-11 的代谢产物中分离得到了MK的类似物dehydromonacolin-MV2，并对其进行生物活性评价。结果表明，该物质具有降低胆固醇、抑制脂质过氧化活性及抗菌活性等功能。与MK 相比，dehydromonacolin-MV2 的这些药理活性较弱。

1.3 酸类化合物 红曲霉代谢过程中会产生多种酶类、有机酸等初级代谢产物。根据红曲米的粗提物可缓解大鼠高血压症状的动物实验，Kohama等［5］对红曲米中的代谢物质进行了生物活性跟踪分离，从中分离得到具有降压作用的化合物，例如GABA。GABA 是一种大脑的化学传递物质，可调节大脑的兴奋与抑制。此外，研究发现红曲霉发酵过程中产生的有机酸类物质除了GABA 外，还存在肉豆蔻酸、亚油酸等物质。

1.4 维生素类化合物 麦角固醇又称麦角甾醇，主要存在于一些真菌和植物中，也是红曲霉发酵过程中产生的主要维生素类化合物。研究发现，麦角固醇是VD2的前体物质，可在紫外线照射下转化为VD2。作为一种重要的药物，VD2在预防和治疗婴儿佝偻病及促进钙的吸收方面起着重要的生理作用。此外，麦角固醇是微生物细胞膜的主要成分，在确保膜结构的完整性、膜流动性、细胞活力及物质运输等方面均起着重要作用。

1.5 毒素类化合物 桔霉素是红曲霉发酵过程中产生的一种真菌毒素，难溶于水，易溶于乙腈、甲醇、乙醇等大部分极性有机溶剂。桔霉素具有肾毒性，可引起实验动物的肾脏肿大、肾小管扩张、尿量增多及上皮细胞变性坏死等。黄颖颖等［6］报道了红曲霉中桔霉素的部分代谢途径（图2），表明桔霉素与红曲色素的合成开始在同一途径上，由1 个乙酰辅酶A 和3 个丙二酰辅酶A 合成丁酮。然后分开为2 条途径，一条途径由丁酮在丙二酰辅酶A 的参与下合成戊酮，最后产生红曲色素；另一条途径由丁酮在乙酰辅酶A 的参与下合成桔霉素中间体，最后产生桔霉素；因此桔霉素常伴随在红曲色素中产生。为此，在红曲生产中，如何有效地防控桔霉素是当前需要解决的问题。研究发现，桔霉素的控制主要从菌种选育、发酵工艺及产品后续处理等方面进行调控。目前尚没有成熟的控制策略能全部去除桔霉素，只能采用低产桔霉素的菌种、适合的生产工艺及结合后续的物理或化学处理等综合措施，生产符合桔霉素控制标准的高品质红曲产品。

图2 红曲霉中桔霉素和红曲色素的代谢合成

2 红曲发酵制品的生物活性

2.1 降脂减肥作用 近年来，研究发现红曲霉发酵产品不仅可以预防心血管疾病，对抑制肥胖的发展也具有良好的治疗效果。Peychyi 等［7］通过实验发现，红曲米（red Monascus rice，RMR）可以通过提高脂肪组织中脂肪分解效率和降低肝素释放脂蛋白脂酶活性以减少脂肪生成，进而起到减肥作用。Lee 等［8］进一步考察了RMR 中提取的红曲色素和安卡黄素的作用，发现红曲色素与安卡黄素都具有类似RMR 的减肥作用。这些研究结果表明，红曲色素和安卡黄素可有效抑制肥胖的发展。

2.2 抗炎症作用 研究发现红曲中含有的化合物，例如酚类、色素、他汀类等，都表现出很强的抗炎活性。Chen 等［9］经查阅资料得到，在PDB 培养基中以20%的比例加入姜，红曲产品的抗氧化活性会明显增加，因此将姜加入红曲霉中考察代谢产物的抗炎活性。研究表明，红曲代谢产物是通过抑制动脉粥样硬化发生过程中关键因子的活性，达到治疗动脉粥样硬化的效果。

2.3 抗氧化作用 RMR 中提取的次级代谢产物红曲霉素，已被证明具有抑制肿瘤、延缓糖尿病症状、抑制小鼠皮肤致癌活性及抗动脉粥样硬化等多种作用。近年来，红曲霉素同样被证明具有良好的抗氧化性能。Shi 等［10］通过构建秀丽隐杆线虫氧化模型，考察红曲霉素的抗氧化能力，结果显示红曲霉素对线虫的死亡和由胡桃醌引起的氧化应激反应提供了预防作用。此外，有研究发现，采用大豆为基质进行红曲霉固态发酵，其产物的甲醇提取物，在共轭二烯法、还原力、清除自由基和亚铁离子螯合中都表现出更好的抗氧化活力。

2.4 抗肿瘤作用 RMR 因含有MK 已被作为降低人体血液中的胆固醇和脂蛋白水平的膳食补充剂。研究发现，红曲米提取物（red Monascus rice extract，RMRE）中含有的MK 在治疗炎症、骨折、葡萄糖耐受不良、阿尔茨海默病及抗癌中均有良好的治疗效果。Ho 等［11］通过实验考察RMRE［200 mg／（kg·d）］对小鼠中的路易斯肺癌细胞（Lewis lung cancer cells，LLC）的影响，结果发现RMRE 可明显抑制LLC 细胞的转移能力。由此可见，MK 抗肿瘤作用显著，可以作为一种无毒的天然化学预防或抗肿瘤剂在癌症化疗中被使用。

2.5 抗糖尿病作用 糖尿病是一种由胰岛素作用不足引起的慢性疾病。Chen［9］在前期研究中发现，红曲大米作为补充剂能显著降低高脂诱导大鼠的血清胰岛素水平。Shi 等［12］也进行了类似的实验，将加入红曲霉发酵产品的饲料喂养大鼠6～8 周，结果显示链脲霉素诱导的糖尿病大鼠血糖水平显著下降。更重要的是，与其他抗糖尿病药物相比，红曲霉发酵产品是一种常见的食品添加剂，无任何副作用。这表明，红曲霉发酵次级代谢产物的新制剂的引入，有助于糖尿病患者血糖调节和胰岛素分泌的治疗，为治疗糖尿病提供了科学支持。

2.6 抗抑郁作用 目前抗抑郁药主要是通过增加单胺水平进行治疗，但具有起效缓慢、治疗效果低下及产生副作用等缺点。随着科学的发展，近年来发现了红曲霉发酵产生的次级代谢产物GABA有较好的抗抑郁效果。Chuang 等［13］通过强迫大鼠游泳构建抑郁大鼠模型，考察GABA 的抗抑郁作用。在长期的实验中发现同一剂量（2.6 mg／kg）的红曲霉发酵产物的抗抑郁作用比GABA 更好；此外，红曲霉发酵产物的疗效与氟西汀（fluoxetine）的作用效果相近，且没有氟西汀所引起的副作用。

2.7 预防骨质疏松 目前许多药物被用于治疗骨质疏松症，其中包括双磷酸盐、选择性雌激素受体调节剂及他汀类药物。Chiang 等［14］以绝经后骨质疏松的去卵巢（Ovariectomized，OVX）大鼠为模型，考察口服不同剂量的山药、红曲山药、大豆异黄酮对其骨密度的影响。喂养4 周后发现，相比其他组，口服红曲山药组的OVX 大鼠，胫骨和股骨骨密度明显增加。这表明红曲山药具有更好的抗骨质疏松作用，可使用他汀类药物治疗骨质疏松症。

3 展望

前人研究已证实红曲发酵制品中的代谢产物可以预防和治疗多种疾病，药理学作用广泛，临床应用价值巨大。红曲霉生长代谢过程中产生的多种酶类物质，具有转化药材活性成分的潜力，这些酶类物质与其他药材相结合，能否达到提高药效，节省药物用量的目的亟待研究。目前只有极少数的红曲代谢产物被开发为临床药物（例如他汀类物质），其他多数代谢产物的药理实验研究尚未与临床研究相结合，缺乏临床经验。深入分析研究红曲发酵制品中代谢产物的构效关系及其药理学作用，对于进一步开发红曲发酵制品及创制新药（或保健制剂）具有重要意义。此外，患者服用市售的他汀类降脂药物疗程长，常伴有胃肠道不适、腹泻、胀气等副作用。如果可通过对Monacolin 物质的构效研究，并以Monacolin 为先导化合物进行化学改造，对其衍生物进行筛选试验，以期获得活性更强、作用更迅速、副作用更小，或有利于化学合成的半合成药物，将为拓展临床应用提供有力的科学理论依据，更好地开发利用其医药市场价值。