用科学的语言向世界表达中国工厂化培育蛹虫草

上海国宝实施人工培育北冬虫夏草（蛹虫草）国家863项目纪实

        在党中央、国务院实施2030健康中国战略的大背景下，国家十一五、十二五863项目人工培育北冬虫夏草（蛹虫草）前不久刚刚通过验收。项目承担单位上海国宝企业发展中心20多年来坚持深入科研，在在北冬虫夏草的成果研发，产品产业化，市场化等多方面取得可喜的了成绩，为我国野生虫草资源的保护，和生态环境资源的保护以及大规模满足市场的需求，提供优质的、高效的北冬虫夏草产品做出了杰出贡献。上海国宝企业有关负责人向我们详细介绍了该中心成功实施这一项目国家科技项目的过程。并带我们参观了整个项目科研生产流程。

一、为保护虫草野生资源和生态环境而努力

        我国是野生虫草资源的主产国，是虫草资源的出口大国，也是世界上最早发现、认识和应用虫草的国家，可追溯的历史约有二千多年。自古以来，虫草作为珍稀名贵滋补中药材，与人参、鹿茸一起被列为我国中药“三大宝”。在全世界的华人圈，虫草的知名度绝对不会逊色于任何一个世界著名品牌。

        但是，虫草作为中国特有资源，在开发、利用和替代上，缺乏现代世界的语言和符号。具体表现在，今为止野生虫草产品多为原料或粗制品，应用水平几乎千年不变；对野生虫草、工厂化产品及制剂，以及特有活性成份，缺乏引领产业发展的标准，缺乏虫草产业的龙头企业，对外缺乏高层次、高水平的交流、对话和合作；对虫草和虫草特有活性物质开发研究的知识产权、菌种和主要核心技术，缺乏有效保护。

        改革开放30多年来，我国人民的生活水平普遍提高，人民群众对冬虫夏草的需求量激增，供需矛盾呈日趋尖锐态势。据不完全统计，从1981年到2011年的30年内，因气候变暖、雪线提高，环境污染、掠夺式的过度采挖，造成野生虫草资源逐年减少。几个虫草主要产区的产量减少了约80%；而虫草的价格却暴涨了千余倍。约40%的原产地已近几乎绝迹，甚至造成土地沙化、水土流失。生态平衡严重失调。

        因此，“十一五”国家科技部提出了“北冬虫夏草人工替代品规模化生产关键技术的研究”，和“十二五”提出了“珍稀药用生物替代品规模化关键技术研究与产品开发” 的两项“863计划”课题，这两项课题都由上海国宝企业发展中心承担。课题指标明确将虫草特有活性物质“虫草素”和“虫草多糖”作为项目产业化技术考核主要指标。特别在“十二五”的863计划课题中，十分明确地提出了开展冬虫夏草和虫草素抗肿瘤活性的研究，开展虫草素抗肿瘤的临床前研究。使用虫草防癌研究工作提升到了国家层面和国家发展战略的高度。这为有效保护我国野生资源及生态环境，为满足千百万老百姓的健康需求，为开发我国虫草资源特有活性物质，形成国家未来战略性新兴产业，起到了积极有效推动作用。

        作为工厂化培育北冬虫夏草子实体的国家科技项目须通过层层筛选、严格评审，才能列入国家863计划。国家把北冬虫夏草的开发和应用研究，两度纳入“863计划”并由上海国宝承担。说明国家科技部门对上海国宝研发能力的认可，这对工厂化培育的北冬虫夏草子实体，实现野生虫草资源的有效替代，推进虫草素在抗肿瘤等领域的药用研究，争取虫草素早日或为我国战略性新兴产业，做了充分的铺垫和准备，国家这一863计划项目有着极其重大的战略意义与无可估量的经济价值。

图三，上海国宝科研人员在观察产品生长。

二、国家863课题的要求和目标

         国宝虫草的菌种，经多重筛选后，模拟天然野生生长条件，在洁净环境的现代化厂房内精心培植而成。国宝虫草定期抽样送权威检测机构进行成分检查与分析，确保每批产品均符合有关质量控制标准，保证最高品质。2007年12月，国宝北冬虫夏草子实体规模化生产项目被国家科技部正式列入国家“十一五”863计划重点项目，2012年5月，再次被国家科技部正式列入国家“十二五”863计划重点项目，2014年，上海国宝企业发展中心生产的蛹虫草被国家卫生和计划生育委员会评定为“新食品原料”（全国唯一）。

       科技部在关于十一五863计划生物和医药技术领域，特殊生物资源代替品研发及规模化生产技术重点项目的批复中指出，特殊生物资源和代替品规模化生产关键技术的研发，对于提升我国特殊生物资源开发利用的整体技术水平，培育资源节约型特殊生物新产业具有重要作用。本项目以我国特有珍稀菌物、特殊微生物和有重要价值的野生药用植物研究对象，针对特殊生物资源缺乏系统挖掘、开发利用率低、规模化小等问题，利用代谢物高通量分析技术、规模化培育技术、组合生物合成技术以及工程菌构建和改造技术等，开发产品的的规模化、标准化生产及技术研发，开发基于特殊生物资源的新一代产品、制剂和功能性活性物质，大幅度提高相关产品的成产率、规模和附加值。力争在特殊生物资源规模化关键技术开发上取得重大突破，实现规模化生产与应用，显著增强我国利用特殊生物资源的能力和特殊生物资源相关产业的国际竞争力。

        批复指出，项目的考核指标是，实现北冬虫夏草的规模化生产。北冬虫夏草达到年产100吨干子实体，菌种优化率达到70%，虫草素含量达到1.2%，虫草酸含量达到5.5%，虫草多糖达到9.5%。

        十二五国家高技术研究发展计划课题任务书指出，课题目标是围绕珍稀、药用生物替代品规模化生产进行关键技术研究，并进行产品研发。建立并完善我国特殊食药用真菌野生冬虫夏草代替品，北冬虫夏草等菌株改良关键技术和冬虫夏草等珍稀真菌的重要功能组分的提取、分离、纯化以及化合物的结构解析技术，高效获得单体化合物。筛选高效积累虫草素和虫草多糖等特殊活性物质的优良新菌种，并进行虫草素和虫草多糖深度开发研究 ，重点开发属北冬虫夏草素抗癌活性的临床研究。

        “十一五”“十二五”863计划这一课题都拥有两个共同的关键词：“替代品”与“关键技术”。全世界虫草有几百种，但最有营养与药用价值的是我国的冬虫夏草与北冬虫夏草。中药最讲究的是中药产地，药材的有效部位和有效成份。冬虫夏草是一条虫一根草，北冬虫夏草是一个蛹一根草，但这二者的有效成份例如：虫草素、腺苷、虫草多糖、虫草酸，十八类氨基酸等，都基本相似和一致。北冬虫夏草所含虫草特有活性物质“虫草素”，远远高于野生冬虫夏草。课题所要求的是 “北冬虫夏草等资源替代品”。创制一种在有效成份及功效接近和超越野生虫草，特有活性物质优于野生虫草且无毒无害的资源替代品。

        实施国家蛹虫草“863计划”重点项目。目的就是替代野生虫草资源，惠顾于广大老百姓；就是要把虫草中特有活性物质“虫草素”“虫草多糖”等开发出来，更高的质量，更低的成本；服务于亿万人民的健康事业。

        国家课题提出的工厂化人工培育替代野生资源，这不是一般替代，而是要在GMP规范要求基础上，实现现代化、标准化、自动化、智能化、规模化基础上的替代，这就需解决一系列生物工程的关键技术。譬如，对菌种的选育、营养剂的优化配伍；生产环境洁净控制标准和管理办法；光照、温湿度的控制标准与控制方法；虫草生长周期及生长过程变化；虫草子实体出草率，生物转化率及成品率的控制标准及方法；生产工艺规程和各岗位生产操作方法；生长过程的质量控制标准及控制方法，等等；这都是实现虫草产业替代的“关键技术”。

图四，上海国宝从北冬虫夏草中制备的虫草素。

三、上海国宝，实施国家863计划的创新点

        上海国宝企业发展中心承担国家“863计划”课题的十年来，始终以工厂化培育的北冬虫夏草子实体替代濒危的野生虫草资源为出发点和落脚点；以实现工厂化大规模培育的关键技术重大突破为重点；以规模化高纯度虫草素制备技术的探索与开发为核心，建立以标准、专利、关键技术与专用技术为产业化要素和核心竞争力；开展以国家药典规定的虫草功能、主治、用途和功效研究，结合当前严重危害广大人民健康的十大疾患，特别是对虫草素抗肿瘤活性和配合放、化疗的协同、增效、减毒作用；对工厂化培育的北冬虫夏草子实体和虫草素展开药学、药理、毒理等方面临床前的相关研究。为北虫草子实体实现产业化资源替代，为将来虫草素成为我国医药新兴战略产业原料创造了条件与铺垫了基础，提供了原料保障和技术依托。

        “863计划”课题组在研究中首先发现解决了虫与草究竟是什么关系？明确指出虫与草或蛹与草或蝉与草的真实关系；凡是虫草属中，草与虫仅仅是寄生关系，不论是虫是蛹还是蝉，其有效成分只占20%；而只占整个虫草20%重量不到的草，却拥有了80%的有效营养成分。整个比例关系不论哪类虫草，都基本如此。这说明虫草的有效成分都基本富集在草上。因此国家课题要求工厂化培育的都是虫草子实体（即草），而是不带有虫或蛹的。

        研究还发现虫草子实体中的特有活性成分，例如虫草素、喷司他丁、虫草多糖、腺苷等，都跟子实体生长的部位、生长时间、是否有虫草孢子，特别是孢子弹射前后都有明显差异，差额均在30%以上。由此可见，野生状态因虫草采集的时间不一，质量差异极大，特别是孢子弹射后，主要营养成分就基本丧失。

        在实现北冬虫夏草（蛹虫草）子实体工厂化培育的关键技术重大突破过程中，上海国宝企业发展中心不仅完成了近三百代的菌种选育；培养剂、营养液的优化组合，培育器皿和培养条件的研究；生长周期质量标准和转化率的控制；自动化与智能化生产方式的探索等方面初步研究。质量标准、工艺规程、操作方法与控制办法等管理条例及制度；根据GMP规范要求，建立起了可年产60吨，虫草素含量≥1.2%、虫草多糖含量≥15%的北冬虫夏草（蛹虫草）子实体干品的原料基地。

        本研究成果经生物学、组织学和基因序列测定，证明是北虫草子实体（蛹虫草）；本研究成果的质量，经SGS、NSF、国家食品质量监督检验中心，国家兴奋剂检测中心等权威机构及本研究单位长期跟踪，对产品的十二大类555项指标严格质量的质量检测，通过化学和药理对比研究证实，工厂化培育的北虫草子实体与天然虫草和蛹虫草在主要化学成份和基本营养与药理作用相似，主要活性营养成分完全达到和超过野生虫草，各类氨基酸多达二十个，各种微量元素和有机物质极为丰富。其特有活性成份虫草素比野生虫草高五百倍。且无农残、重金属超标或三致等毒副反应，可持续地大规模工厂化培育。

图五，北冬虫夏草培育室，图六，部分科研新产品。

四、虫草素的研究取得可喜成果

        虫草是老祖宗留传给我们的瑰宝，但迄今我们对它特有活性物质的了解甚少。上世纪50年代，苏格兰科学家首先从我国的虫草中发现其特有活性物质“虫草素”，此后全世界对虫草素的研究从未停止过。其化学名称被命名为3’—脱氧腺苷，认定其化学结构分子式为C10H13N5O3。近二十多年来，对虫草素的开发应用，世界各国发展异常迅速。很多国家不仅从我国收集菌种，分离、鉴定新的成分与功效，开发新的用途和产品；同时对虫草素抗肿瘤、抗病毒、抗真菌、抗炎症、抗白血病、抗高血脂、抗结核、抗纤维化、抗退行性疾病，展开各种研究，并将成果，纷纷发表论文和申报专利。美国国家癌症研究所（NCI）于1997年已把虫草素列入18种抗癌新药进行开发研究。美国政府的FDA已正式公告，虫草素在该国完成了白血病的二期临床，这都充分说明，虫草素确有显著的药效价值。据不完全统计，从1981年到2011年的30年内，全世界共有200多项同虫草和虫草素有关的专利获得批准。

       上海国宝用独创的提取纯化方法（不用任何化学介质），已每批次可制备500克以上虫草素（含量≥99%），经国际权威机构SGS的检测对比，我们产品的质量远胜于美国SIGMA公司的标准品，而且含量比其高4-5个百分点。其制备技术和纯化能力，在国内外尚未见到任何相似的报道与专利申请，属于中国原创和世界首创。美国SIGMA公司对虫草素的报价，始终在波动中呈上涨趋势，近年浮动在每克6万至20万元之间，经修饰后的虫草素每克报价达106万元，且有价无市，国家863计划课题组，在推进产业化的过程中，发现北虫草子实体中不仅含有虫草特有活性物质虫草素，而且含有虫草素相应比例的伴生物“喷司他丁”，科学家们称其为虫草素的“天然保护者”。

五、创新研究及发现

        在项目实施过程中，863课题组会同中国医药工业研究总院、上海中医药大学、北京大学、清华大学、复旦大学、交通大学等院校及所属单位，通过产学研相结合和项目委托等方法，针对当前由于人类疾病谱的改变而严重危害广大人民健康的恶性疾患，如肿瘤、心脑血管、器官纤维化、呼吸系统、退行性疾病、免疫功能及亚健康等方面，展开了工厂化培育的北虫草子实体和虫草素的临床前初步研究和动物实验，取得了突破性进展。例如，课题组在研究中发现：虫草素对动物肿瘤细胞的抑制、抗转移、对协同放、化疗的增效、减毒；不仅功效作用明显，具有成药性好、用量少、生物利用度高的优点，完全可以向成为拥有我国自主知识产权的原创性一类新药的研发方向去进一步进行科研的工作。

        国家“十二五”863计划所提出的开展北冬虫夏草和虫草素抗肿瘤活性研究，在其虫草素抗肿瘤临床前研究的任务，项目承担单位，上海国宝企业发展中心与上海医药工业研究院合作，开展了工厂化培育的虫草素制剂抗肿瘤的药效学研究，虫草素制剂不仅具有直接抑制肿瘤生长，而且还具有扶正、减毒、增效等功效作用。

        上海国宝通过与中国医药工业研究总院合作，对虫草素制剂药效学研究证实：对肿瘤的生长有明显抑制作用，研究成果已领先于国内外同等水平。

       上海国宝与上海血液研究所合作，开展了虫草素制剂治疗白血病的研究。

       研究发现：虫草素不同于现行主流抗白血病药物的单一性，除可以直接抑制白血病，还具有扶正、减毒等功效。初步证实虫草素能诱导多种白血病细胞凋亡和分化，可用于白血病的治疗。

        例如，与上海交通大学医学院附属瑞金医院的课题组合作，进行了虫草素、虫草多糖对结肠癌细胞体外增殖、迁移能力的影响及其诱导细胞凋亡的作用的研究，与复旦大学附属肿瘤医院、复旦大学胰腺病研究所的课题组合作，从分子水平探讨虫草素对胰腺癌部分肿瘤相关基因表达的影响，与上海交通大学附属胸科医院的课题组合作，开展北冬虫夏草和虫草素治疗肺癌的疗效和机制研究等研究工作，并取得了可喜成果。

        本项目的相关研究成果，已在国家学术期刊上发表论文三十篇；在可以公开的相关范围内申报专利三十项，已获得十五项国家专利的授权。并建立了首个工厂化培育虫草制剂的指纹图谱。工厂化培育的北冬虫夏草子实体和虫草素都已建立“企业标准”，并报地方政府备案。“十一五”、“十二五”863计划课题的实施，使我们完成了从“一个菌种”，到“一个产业”的探索和实践，使我国在虫草素产业化的原料生产和纯化制备技术方面，走到了世界前列。

六、大力推动过我国新资源食品北冬虫夏草的发展

        作为我国中药“三大宝”之一的冬虫夏草。此前国家药典规定虫草的质量标准只有腺苷一个指标，不含虫草特有活性物质虫草素、虫草多糖、喷司他丁等。不利于我国虫草资源的保护、开发和利用，国家科技部十一五、十二五、863计划明确将北冬虫夏草的虫草素、虫草多糖等作为研发目标。有力的推动了我国虫草素产业的技术探索与创新，产业群体的崛起。

        我国几千年积淀下来的中药宝库，林林总总多达上万余种，而虫草能雄占中药“三大宝”之一的历史地位和赢得名震遐迩的美誉，更深刻地折射出虫草的价值。

        浩瀚医籍和国家药典，都记叙虫草功能是入肺、肾两经，能补诸虚百损；保肺益肾；补精益髓；固肾气、保根本；调脾胃、养后天；有平衡人体阴阳的功效。中医学历来认定肺主金、肾主水，只有水火相济，才能阴阳平衡。也就是说肺与肾是人体健康的两大根本，只有肺好、肾好，身体才会更好。用现代研究的语言表达，就是虫草具有对免疫系统的双向调节作用。

        我国的古医籍和国家药典，对虫草及制剂的日服用量都有明确规定，是每天服用3到9克；也就是说吃少了没用，每克约有三至四根；按药典规定用量每天至少服用10至30根虫草，如果按市场较低的每克150元的价格，日消费就要400多元，每个月最起码要支出1.2万元，这对一般老百姓来说，就得望“草”兴叹了。而上海国宝用20多年的努力，让人民群众可以用极低的价格享用到高档高效的北冬虫夏草保健产品。使昔日王谢堂前燕，飞入寻常百姓家。

        从上世纪发现、生产和应用青霉素至今，抗生素药物已经为无数生灵的健康、繁衍和生存做出了不可磨灭的贡献。但是，各种有抗药性、耐药性的微生物会不断产生变异与增长，虫草素被誉为天然的抗生素，作为我国传统、名贵、珍稀、濒危的虫草资源是否在新时代通过高科技创新，开发新的类似的功能，从而对人类的健康事业作出新的贡献，也是一个研究方向。

七、认真贯彻十九大精神，为人民群众的健康事业做贡献

        2017年8月国家科技部下达了“863”计划北冬虫夏草项目验收结论书，验收专家组指出，该课题筛选出稳定性强、生物转化率高的北冬虫夏草菌并对虫草中活性成分的生产工艺进行了优化；产生了一定的经济、社会和生态效益。该课题申请了国家发明专利，在国内外学术刊物发表了相关论文，培养了博士和硕士研究生，并为企业培养了产业化所需人才。通过验收。

        上海国宝企业发展中心有关负责人指出，国家“863”计划北冬虫夏草（蛹虫草）项目通过验收，使我国新型战略性产业的发展和北冬虫夏草产业发展，迈上了一个新的台阶。上海国宝企业发展中心将进一步推进项目的进展，造福人民群众的健康事业，为实现党中央国务院2030健康中国规划，为贯彻党的十九大精神，实现人民群众的健康梦，为中华民族的伟大复兴而做出更大的贡献。

 

                                                                                                      

                                                                                                                   ( 来源: 中国科技网)