综述：体外诱导小檗碱生产的技术与趋势（2014–2024）

这篇综述系统梳理了近十年小檗碱（berberine）体外生产技术的进展，涵盖植物组织培养（如愈伤组织、细胞悬浮培养、毛状根培养）、生物反应器规模化生产及生物合成通路（BIA途径）调控策略，结合文献计量学分析指出中国和印度在相关研究中的主导地位，并提出代谢工程与合成生物学技术是突破产量瓶颈的未来方向。

　　

摘要

小檗碱作为异喹啉类生物碱的代表，广泛分布于小檗科、毛茛科和防己科药用植物中。其多重药理活性（抗菌、抗炎、降糖、抗癌等）推动全球需求激增。传统提取方法受限于环境与生物因素，而体外培养系统通过愈伤组织、细胞悬浮和毛状根培养等技术实现可持续生产。文献计量分析显示，过去十年相关研究年增长率达2.92%，但生物合成通路关键酶（如STOX、CoOMT）和调控基因的认知仍存空白。

科学报告2014至2024

基于Web of Science和Scopus的376篇文献分析表明，2021年为研究高峰（67篇），中国贡献最多成果。《Frontiers in Pharmacology》为核心发表期刊，关键词聚类揭示"小檗碱生产"和"次生代谢物"为热点主题。值得注意的是，国际合作仅占9.04%，提示需加强跨国研究协同。

小檗碱的化学特性

小檗碱属原小檗碱类，结构含C13碳桥及季铵盐特征（图3）。其衍生物如巴马汀（palmatine）、药根碱（jatrorrhizine）因修饰位点不同而呈现差异活性。主要植物来源包括黄柏（Coptis chinensis）、北美黄连（Hydrastis canadensis）等（表1）。

生物合成途径（BIA通路）

小檗碱通过苯丙氨酸/酪氨酸衍生途径合成（图5）：酪氨酸经多巴胺与4-羟基苯乙醛缩合生成(S)-去甲乌药碱，经甲基化形成关键中间体(S)-网状番荔枝碱。随后环化生成四氢小檗碱，最终氧化为小檗碱。该通路在黄连等植物中已被证实，但调控网络仍需深入解析。

体外生产技术

愈伤组织培养：MS培养基添加2,4-D（1 mg L^-1
）和NAA（0.5 mg L^-1
）可诱导小檗（Berberis vulgaris）叶片高效产碱；细胞悬浮培养：Coptis japonica在3%蔗糖条件下产量提升3.5倍；毛状根培养：发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）转化效率达16.67%，且无需外源激素。

增效策略

诱导子应用：茉莉酸甲酯（MJ 250 μM）使Tinospora cordifolia毛状根小檗碱含量提升5.57倍；生物反应器：搅拌式反应器中黄连细胞产量达3600 mg L^-1
（表4）；提取技术：超临界流体萃取（SFE）较传统方法效率提高40%。

未来展望

整合CRISPR-Cas9基因编辑与多组学分析，优化STOX酶活性；开发智能化生物反应器系统；建立小檗碱合成微生物底盘（如酵母异源表达），有望实现工业化突破。印度需加强产学研合作以转化研究成果。

结论

体外培养技术结合诱导子策略和生物反应器工程，为小檗碱可持续生产提供可行方案。但需攻克代谢流调控、规模化培养均一性等挑战，方能满足医药与食品工业需求。