虫草素
中文名称: 虫草素
中文同义词: 虫草素;3ˊ-脱氧腺苷;虫草品;蛹虫草菌素;虫草头孢菌丝体;3-脱氧酰苷;冬虫夏草素;冬虫夏草菌素
英文名称: Cordycepin
简介
虫草素(cordycepin)又称虫草菌素、蛹虫草菌素，是蛹虫草中（尤其是核苷类）主要活性成分，也是第一个从真菌中分离出来的核苷类抗生素。虫草素一种天然来源的药物，具有抗肿瘤、抗菌抗病毒、免疫调节、清除自由基等多种药理作用外，有良好的临床应用前景。目前虫草素的研究现正成为药物化学中一个极其活跃的领域。
化学特性
虫草素(Cordycepin) 是腺苷的类似物，分子式: C10H13N5O3，分子量: 251.24，碱性，针状或片状结晶，熔点230℃～231℃，最大吸收波长为259．0 nm。1951年，德国的Cunningham等[4]从蛹虫草的培养滤液中分离发现虫草素。
研究历史
1957年Cunningham等从Cordycepsmilitaris原浆液中分离得到虫草素以来，其多种生物活性逐渐被人们所认识。
上个世纪六十年代起，虫草素的合成与提取，在国内外科技界就引起了广泛关注与重视。虽然我国在1964年曾有过人工合成虫草素的报道，但未曾看到继续深入研究的报告；
1989年就有从蛹虫草菌丝中分离出虫草素的报告；美国SIGMA公司是全世界最大的生物标准品专业公司，也从蛹虫草中提取出了高纯度标准品。
九十年代研究发现，添加腺苷脱氨酶（adenosinedeaminase,ADA）抑制剂对其抗肿瘤活性的表达起着重要作用,解决了其在体内的快速代谢限的缺陷，虫草素的研究从而获得突破性进展。虫草素作为核苷类新药,由于它能干扰基因细胞RNA和DNA的合成，抑制不正常细胞（癌细胞）的分裂并能作为区别细胞中不同的RNA聚合酶的工具，并具有修复基因细胞、保护生命体遗传密码的特殊功效。1997年国NCI已把虫草素引入18种抗癌新药进行开发研究。
2000年国NCI研究人员和美国波士顿大学医学院教授共同研究证实虫草素对治疗白血病有很好疗效，目前已进入临床实验。国内外的关于虫草素的研究文献已有百余篇。美国等国家用含量为1%的虫草素，应用到具有高转移性的B16黑色素瘤的抑制生长与抗转移研究。结果证实每天服用15mg/kg虫草素的小鼠，连续服用二周后，经解剖发现服用虫草素的实验组，并没有减轻体重或有神经中毒的想象；相对于没有服药的比较组小鼠，肿瘤的净重量减少了36%，肿瘤的体积减少了37%，并无任何副作用。结论：可在将来运用于临床。
近年来，世界各发达国家对虫草素的应用研究方面都十分活跃。例如：在虫草素抗肿瘤活性试验；虫草素对在胚胎细胞中细胞核和细胞质RNA合成的影响作用；对X射线诱导的潜在致命损伤修复作用；对人体免疫缺陷与5型病毒转录酶和传染的抑制作用；对人体外周血单核细胞生产白细胞介素-10的作用效果；对抗白血病活性和作用机理……等等领域的应用研究方面都取得了开创性的成果。
药用价值
1、虫草素的免疫调节作用
近年来，研究人员发现虫草素具有免疫调节作用。它能够极大地提高了人外周血液单核细胞IL-10的分泌和IL-10mRNA的表达，同时，虫草素对诱导产生IL-2的植物血球凝集素和外周血液单核细胞扩增都有抑制作用，抗IL-10中性抗体也不能完全阻止虫草素对IL-2产生的抑制作用。在虫草素作用下，成熟树突状细胞能诱导调节性T细胞增殖，而且还能抑制细胞分裂，促进细胞的分化，改变胞膜上物质结构分布，对T淋巴细胞转化有促进作用，它还可以提高机体单核巨噬细胞系统的吞噬功能,激活巨噬细胞产生细胞毒素直接杀伤癌细胞。
此外，虫草素还能抑制蛋白质激酶活性，抗核苷磷酸化酶糖基的裂解，对体液免疫有调节作用。在研究国产虫草素抗小鼠迟发型超敏反应的作用及其免疫机制中实验中，表明虫草素可能通过其他免疫调节作用对迟发型超敏反应引起的小鼠接触性皮炎发挥明显的抑制效应，该效应与药剂量有关，同时对脾脏组织未见明显毒性作用。
2 、 虫草素的抗肿瘤作用
虫草素对肿瘤的抑制作用一直是广大科学家们关注的热点。研究发现，用虫草素皮下注射接种了艾氏腹水癌的小鼠，可使小鼠中位生存期延长到60 d，而对照组仅为19 d，这说明虫草素对小鼠艾氏腹水癌有明显的抑制作用，能明显延长接种艾氏腹水癌小鼠的存活时间。
还有研究表明，虫草素对人鼻咽癌KB细胞和人宫颈癌HeLa细胞等皆具有明显的抑制作用。 科学家推测虫草素可能有3种抑制肿瘤的机制：一是虫草素的游离羟基可以渗入瘤细胞DNA中而发生作用；二是抑制核苷或核苷酸的磷酸化而生成二磷酸盐和三磷酸盐的衍生物,从而抑制瘤细胞的核酸的合成；三是阻断黄苷酸胺化形成鸟苷酸的过程。
根据目前的研究状况，虫草素的抗肿瘤机制大致可分为以下几方面。
2.1 虫草素对肿瘤细胞RNA的抑制现已证实，虫草素可掺入到RNA中,其磷酸化物3'-ATP对L5178Y细胞中的依赖DNA的DNA多聚酶α和β的活力无影响，但对核Ploy(A)多聚酶有很强的抑制作用，从而影响mRNA的形成，继而影响蛋白质合成。
通过对子宫颈癌传代细胞(Hela)的研究表明：虫草素可以使完全核糖体和核糖体的前体(45S)水平显著降低,18S核糖体的前体可以从45S核糖体中分裂，但32S核糖体的前体不能从中产生；tRNA的合成也被降低，核不均一RNA的合成没有受到影响,但胞浆不均一RNA的合成轻微减少；虫草素还能抑制人子宫颈癌传代细胞(Hela)的mRNA的转录，但对hnRNA和转运至细胞浆没有影响；通过对L1210细胞中核糖体RNA、非多聚腺苷酸核不均一RNA和多聚腺苷酸核不均一RNA的合成测定,都表明虫草素能对各种形式的RNA起抑制作用，同时2'-脱氧柯福霉素能增强这种抑制作用。
在对Novikoff肝癌细胞的研究中发现：虫草素可以阻碍45SrRNA前体的合成，其浓度与hnRNA的合成相对抗，其活性形式3'-脱氧腺苷-5'-三磷酸盐对主要负责hnRNA合成的RNA聚合酶Ⅱ比对主要负责rRNA前体合成的RNA聚合酶Ⅰ敏感，研究结果表明，虫草素通过对肿瘤细胞RNA的抑制表现出抗肿瘤作用。
2.2 虫草素对肿瘤细胞DNA的抑制通过虫草素与小牛胸腺DNA作用机制的研究发现，DNA荧光光谱先是增强然后减弱，最终伴随轻微的蓝移，这表明了虫草素可能插人DNA双螺旋碱基对间；同时，磷酸盐的淬灭作用说明虫草素与DNA的磷酸基团也能发生作用，最后通过Scatchard方程做图证明：虫草素与DNA可能存在两种作用方式，即插入方式和与DNA的磷酸基团结合。虫草素对肿瘤细胞DNA的抑制机制还有待于进一步研究。
2.3 虫草素对信号传导通路的调节经过研究发现，以黑素细胞刺激激素(a-MSH)处理S-91鼠黑色素瘤细胞6 d，可引起酪氨酸激酶(TPK)活性升高90倍，此酶信号传导途径的紊乱可以促使肿瘤的发生与发展，说明虫草素可以通过抑制此酶的活性，进而抑制肿瘤的形成。
另外，虫草素可在肿瘤增殖过程中抑制血管新生而呈现其抗癌作用，还可以通过激发肿瘤细胞中腺嘌呤核苷A3受体，从而抑制小鼠B16-BL6黑素瘤细胞和Lewis肺癌细胞的生长。开展虫草素对信号传导通路调节的研究将为攻克癌症打开又一个新的突破口。
3 、 虫草素的抗菌抗病毒作用
虫草素具有广谱抗菌的作用，它能抑制链球菌、鼻疽杆菌、炭疽杆菌、猪出血性败血症杆菌及葡萄球菌等病原菌的生长。此外，虫草素对石膏样小芽孢癣菌、羊毛状小芽孢癣菌、须疮癣菌等皮肤致病性真菌以及枯草杆菌也有抑制作用。Sugar证明了虫草素具有非常强的抗真菌活性。
虫草素也具有较强的抗病毒活性。研究发现，虫草素有抗疱疹病毒DeJulian-Ortiz和抑制脑炎病毒的功能，对人体免疫缺陷型病毒HIV-I型的侵染及其反转录酶的活性亦有抑制作用。深入研究发现，虫草素可抑制C型RNA致肿瘤病毒的复制,还可以有效抑制病毒的mRNA和多聚腺苷酸的合成，可以阻碍由5-I-2'-脱氧尿苷诱导的BALB/3T3和BALB/K-3T3细胞产生的鼠白血病病毒。
4 、虫草素的抗炎作用
经研究发现，虫草素可以拮抗NO产物的生成，这一机制是通过对NO合酶和COX-2基因表达负调控以及对NF-kB活性、AKT和p38磷酸化的抑制来实现的。由此，虫草素很可能成为一种治疗由炎症引起的相关紊乱的药物。
5、 虫草素的抗白血病作用
通过体内实验研究发现，虫草素作为一种腺苷脱氨酶抑制剂,对末端脱氧核苷酸阳性白血病细胞(TdT+)的抑制大于对末端脱氧核苷酸阴性白血病细胞(TdT-)的抑制。经过分析其抗TdT+白血病的机理。结果表明，3'-dATP不是3'-dA抗白血病的主要原因，而TdT的活性才是主要原因，并且发现PBM对3'-dA的细胞毒性作用不敏感。
其他研究发现虫草素对TdT+的白血病细胞的凋亡诱导与提高蛋白激酶A(PK-A)活性密切相关，并且经虫草素处理L1210白血病细胞，可显著抑制RNA的甲基化。
适用人群
传统医学认为，虫草因药性平和，温而不燥，补而不滞，既补虚强身，又能治病延年，药性比人参、鹿茸更加平稳，比较不受体质、病症、季节、年龄的限制，无论强者、弱者、健者、病者，都可藉以提高免疫力和抗病力。现代生活工作节奏过快，压力增大，免疫系统功能减弱，极易引起肿瘤、肝炎等疾病。男性因肾功能减弱，常常会表现为头发脱落加速、性功能减弱，女性常表现为消瘦失眠，神疲食少、脾气暴躁、焦虑不安，加速更年期的到来等。可见，虫草是现代人保护自己健康的最佳保健品。
用法与用量
保健强身：虫草素2-3克/天，分-3次服用，也可根据自己的体质增减。
治疗：虫草素3-6克/天，分-3次服用。 服用后的见效快慢和感觉强弱与个人体质状况而不同。有些人服用后的前几天，睡眠时间会提前，似乎更易“犯困”，但睡眠质量明显提高，精神更好。这是虫草对人体各系统进行调整的正常反映。
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3、 各种虫草素食品添加剂
可用来煲汤、涮火锅、做菜等。
4、 虫草茶
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提取途径
获取虫草素的办法不外乎三条途径：从天然虫草中提取、人工合成和通过生物工程的方法从北虫草组织液中提取。
化学合成目前处于探索阶段，国外有报道虫草素能够人工合成，但过程复杂且产量极低，因此如何提高蛹虫草中虫草素的含量并实现虫草素的工业化生产,是目前国内外研究的主要方向
天然虫草资源稀缺，价格昂贵，含量甚微，很难成为主要原料。人工合成虫草素虽然在上个世纪六十年代我国曾有报道，但由于合成的起始原料较贵或设备投入巨大或产业化工艺缺失或总收率太低或合成工艺技术无法重复，迄今难以实现产业化。因此，通过生物工程的方法，从人工培育的虫草子实体中提取虫草素，是实现虫草素作为治疗药物产业化生产的最可行的途径。
目前国内虽然有几家企业能生产虫草子实体，由于工厂化大规模培育和提取纯化的关键技术尚未突破，其产品的虫草素含量很低，难以为虫草素开发新药，并实现产业化提供原料药的保障。黑龙江帅亿新能源开发有限公司蛹虫草人工培育、菌种驯化方面已取得了较为显著的成绩，培育的北虫草子实体中虫草素含量稳定地高达1%以上，在国内外居于领先地位。在虫草素提取与纯化方面也取得明显的成果，其制备工艺已经达到大批量工业化水平，虫草素纯度达98.8%以上，处于国际领先水平。
提纯方法
1、虫草素的提取方法：以蛹虫草为材料采用超声波水提法、超声波醇提法、水热回流法和醇热回流法4 种提取方法选择虫草素最优提取方法,用正交试验方法考察水热回流法中提取温度、提取次数、提取时间、料液比4个因素对虫草素提取效率的影响,确定水热回流法是提取虫草素的最优提取方法，其最佳工艺条件为：用10倍量的水于80℃热回流提取3次每次 min。
2、虫草素的分离纯化方法：车振明等[26]经过对蛹虫草子实体及培养基的粉碎、石油醚脱脂、80℃～85℃水浴12 h、调节等电点沉淀、732-NH4离子交换树脂的分离、浓缩、4℃下低温结晶，得到一定纯度的虫草素晶体。陈顺志等[27]以蛹虫草人工培养后的发酵物为原料，采用超临界技术萃取核苷类有效成分，并以乙醇等作为夹带剂减压分离获得核苷多组份及单体。Cunnigham等[4]将虫草菌培养液经过滤后用活性炭吸附，再经过洗脱液洗脱和浓缩，得到虫草素晶体。
检测方法
1、薄层层析法(TLC) 雷帮星等将待虫草素待测样品与标准品点于已活化的薄层板上(1lO℃活化0．5 h )，待溶剂挥干后，在展开剂(氧仿:乙酸乙酯:异丙醇:水=8:2:6:0．3)中展开。挥干展层剂，将其置紫外线分析仪上，254nm显色,计算标准品和样品中各点的相对迁移率Rf。
2、高效液相色谱法(HPLC) 张嘉等以HPLC测定虫草素含量，其色谱条件：Symmetry C18(5 um,4．6×150 mm)色谱柱，流动相：磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液(ph=6．8，加1％四氢呋喃)，流速1．8 ml／min，检测波长：260 nm，进样量10 ul，灵敏度1．000AUFS，室温。
理化性质
熔点230～231℃，溶于水、热乙醇和甲醇，不溶于苯、乙醚和氯仿）。
药理用途
1951年，Cunnin克ham在蛹虫草中提纯得到一种晶体，命名为虫草素。虫草素在野生冬虫夏草中的含量极微，现在研究所用的虫草素一般均是从蛹虫草中提取的。有抗病毒、抗肿瘤作用。虫草素作为一种新型的广谱抗菌素，以其特有的抗菌抗病毒活性，已引起全球科技发达国家的高度重视。它能抑制病毒的RNA合成；对枯草杆菌和鸟结核杆菌均有抑制作用；对HIV-I型病毒也有杀伤作用；尤其对多种实体恶性肿瘤有很强的抑制作用。因此，将其作为一种用途广泛的新药来开发是必然的趋势。
目前，虫草素主要有化学合成制得和蛹虫草中提取纯化两种来源。五十年代初就有人报道萃取法获得单体，六十年代也有人工合成品报道。化学合成虫草素在路线设计上主要有置换脱氧核糖环3’位C-O键，形成2’，3’-环氧脱氧核糖结构然后进行区域立体选择性开环和直接合成3-脱氧核糖衍生物3种思路。