蛹虫草双向固态发酵西洋参的多组学与成分分析：稀有皂苷CK的生物转化与虫草素合成调控机制

　　为解决传统人参皂苷生物利用度低及蛹虫草活性成分产量受限的问题，研究人员开展蛹虫草(C. militaris)与西洋参(P. quinquefolius L.)双向固态发酵研究。通过HPLC、转录组和代谢组学分析，证实真菌β-葡萄糖苷酶可高效转化Rb1为稀有皂苷CK(11.81 mg)，同时西洋参营养显著提升虫草素产量(5404 μg/g)。该研究为靶向生物转化高价值活性成分提供了绿色新策略。

　　

在传统中医药宝库中，西洋参(Panax quinquefolius L.)和蛹虫草(Cordyceps militaris)均是备受推崇的药用资源。西洋参的主要活性成分人参皂苷(ginsenosides)具有降血糖、抗肿瘤等多种药理活性，但占总量80%以上的原型皂苷(如Rb1、Rd等)存在生物利用度低的瓶颈。而稀有皂苷(如CK、F2等)虽活性显著却含量极微。与此同时，蛹虫草作为药食两用真菌，其标志性活性物质虫草素(cordycepin)的工业化生产也面临产量不稳定、成本高昂等挑战。

针对这些难题，山东中医药大学药学院的Xuan Zhao团队创新性地将两种生物资源通过双向固态发酵技术相结合。研究假设蛹虫草分泌的β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase)可催化西洋参皂苷的结构修饰，同时西洋参的添加可能激活真菌的代谢通路。这项发表在《Journal of Ginseng Research》的研究，通过多组学联用技术揭示了两种生物资源"双向赋能"的分子机制。

关键技术方法包括：采用含30%西洋参粉末的固态培养基培养蛹虫草40天，通过HPLC定量分析皂苷和虫草素动态变化；利用LC-MS解析Rb1→Rd→F2→CK的生物转化路径；对第40天样本进行转录组测序和代谢组学检测；通过qRT-PCR验证β-葡萄糖苷酶基因(CCM_02750/CCM_06730)和虫草素合成基因(CCM_04437/CCM_04438)的表达差异。

比较菌株生长状态

显微观察证实西洋参添加不影响蛹虫草菌丝体生长和子实体形成，为双向发酵提供可行性基础。

发酵产物皂苷含量变化

HPLC数据显示：原型皂苷Rb1从209.63 mg降至117.87 mg，而稀有皂苷CK从零增至11.81 mg，F2和Rg3分别提升7倍和173倍。质谱分析揭示Rb1经Rd、F2最终转化为CK的降解路径，证实β-葡萄糖苷酶的连续脱糖作用。

西洋参对虫草素产量的影响

添加组虫草素产量较空白组提高93%（5404 μg/g vs 2802 μg/g），且达到峰值时间提前15天。代谢组显示β-丙氨酸代谢通路显著激活，为虫草素前体腺苷合成提供原料。

基因表达调控分析

转录组发现2011个差异基因，其中β-葡萄糖苷酶基因上调2.1-3.5倍。KEGG分析显示糖酵解和戊糖磷酸途径增强，促进ATP快速生成。

代谢物谱重塑

831种差异代谢物中，羧酸类和酚类物质显著增加。整合分析发现β-葡萄糖苷酶同时参与淀粉代谢和氰基氨基酸代谢，促进天冬氨酸积累进而推动虫草素合成。

这项研究首次系统阐释了蛹虫草-西洋共发酵体系的"双向增益"机制：真菌酶系将低效价的原型皂苷转化为高活性稀有皂苷，而中药底物则通过调控碳代谢流和氨基酸供应促进虫草素生物合成。从应用角度看，该技术使传统需要化学水解或肠道微生物转化的稀有皂苷CK实现体外高效制备（转化率达5.6%），同时使虫草素生产效率提升近1倍。在理论层面，研究揭示了β-葡萄糖苷酶在次级代谢中的多重作用，即不仅催化底物转化，还通过影响初级代谢为终产物合成提供能量和前体。这种"一酶多用"的特性为微生物-中药共发酵体系的理性设计提供了新思路。

研究建立的"多组学分析-关键靶点验证-代谢通路整合"研究范式，可拓展应用于其他药用真菌与传统中药的组合开发。特别是发现西洋参中的氨基酸可能作为信号分子激活真菌的全局代谢重编程，这为理解中药-微生物互作提供了分子水平的证据。该成果不仅为高值化利用西洋参资源开辟新途径，也为开发环境友好的生物转化技术提供了重要参考。