紅麴生技產品之研發 與商品化 國立台灣大學生化科技系名譽教授潘子明
紅麴發酵菌株 Our related research article: Food Biotechnol. (2010) 24: 349-363.
Monascus purpureus NTU 568 培養於培養皿中之紅麴菌 培養於試管中之紅麴菌 顯微鏡下之紅麴菌
代謝物分離純化鑑定 Our related research articles: 1. J. Agri. Food Chem. (2010) 58: 8211-8216. 2. Molecules (2010) 15, 7815-7824. 3. J. Agri. Food Chem. (2011) 59: 1124-1130. 4. J. Agri. Food Chem. (2011) 59: 4512-4518. 5. Molecules (2012) 17: 664-673. 6. J. Agric. Food Chem. (2013) 61: 2796-2802.
產品新功效開發
臺灣大學紅麴相關研究 飼料添加之應用 (2 papers and 1 patent) 應用蛋白質體學探討生化特性 (6 papers) 紅麴之安全性探討 (2 paper) 新加工技術之探討 (2 papers) 縱論 (9 papers) 代謝物結構鑑定 (5 papers) Monascus purpureus NTU 568 預防醫學研究 (74 papers and 10 patents) 菌株鑑定 (1 papers) 二次代謝產物之分析研究 (3 papers) 變異株之誘導分離與篩選 (2 papers) 二次代謝產物之生產 (5 papers and 2 patent)
臺灣大學紅麴相關研究 研究論文 (research article):104 百科全書 (encyclopedia):1 綜述論文 (review article):9 Appl. Microb. & Biotech. (2011) 90: 1207-1217. Appl. Microb. & Biotech. (2011) 91: 461-469. Appl. Microb. & Biotech. (2012) 93: 1831 1842. Appl. Microb. & Biotech. (2012) 94: 47-55. Appl. Microb. & Biotech. (2012) 94: 1151-1161. Appl. Microb. & Biotech. (2012) 94: 1449-1459. J. Fun. Food (2013) 5: 2-9. Appl. Microb. & Biotech. (2014) 98: 4853-4863. Food Funct. (2014) 5: 1334-1340. 專利 (patent):13
臺灣大學紅麴預防醫學相關研究 呼吸道發炎 (1 paper) 非酒精性脂肪肝 (2 papers) 改善帕金森氏症 (3 papers) 調節血脂 (10 papers, 15 patents and 2 health foods) 調節血糖 (15 papers) 不易形成體脂肪 (3 papers and 1 patent) Monascus purpureus NTU 568 調節血壓 (3 papers) 改善阿茲海默症 (6 papers and 9 patents)
Chapter 62 Monascus-Fermented Products 第 62 章紅麴發酵產物
研發成果商品化
紅麴精萃全素膠囊 商品化產品 成份 : 麥芽糊精 Ankascin 568 紅麴萃取物 Ankascin 568 紅麴粉重量 :0.55 g/ 顆保存期限 :2 年 原產地 : 臺灣 ( 晨暉生技 ) 食用方式 : 每日一次 餐後使用日常保養每次 1 顆加強調理每次 2 顆全素可食
新功效開發 改善阿茲海 默症學習記憶能力 Our related research articles: 1. J. Neurosci. Rese. (2007) 85: 3171-3182. 2. Appl. Microb. & Biotech. (2008) 79: 829-841. 3. J. Agri. Food Chem. (2010) 58: 2230-2238. 4. Appl. Microb. & Biotech. (2011) 91: 461-469. 5. J. Fun. Food (2015) 18: 387-399. 6. J. Fun. Food (2016) 21: 167-177.
延緩阿茲海默症動物試驗 Ankascin 568 Plus + 對阿茲海默症大鼠的作用 : 預防及改善類澱粉樣蛋白與 E 型載脂蛋白在腦內海馬迴組織的沉積 抑制因注射 Aβ 所提高的乙醯膽鹼酶活性, 提升神經傳導物質活性 降低腦部組織中之發炎相關因數 (inos) 活性 提升體內總抗氧化能力 過氧化氫酶與超氧歧化酶活性 有助於改善阿茲海默症大鼠的認知與記憶行為能力 : 實驗名稱 改善程度 被動迴避試驗 ( 學習記憶 ) 51.5% 參考記憶 ( 長期記憶 ) 11.6% 空間性記憶試驗 ( 空間記憶 ) 20.8% 工作記憶 ( 短期記憶 ) 14.0%
延緩阿茲海默症人體試驗 簡易智能量表 (MMSE): 用來評估病患的認知狀況 每天每人服用產品 (2 顆膠囊 ) 含 Monascin: 6 mg Ankaflavin: 2 mg 服用安慰劑九個月 服用 Ankascin 568 九個月 改善 惡化 輕中度失智症患者 (n=5, 初始 MMSE 分數 = 12-28) MMSE 數值 9 個月變化
新功效開發 改善帕金 森氏症 Our related research articles: 1. Food & Funct (2016) 7: 752-762. 2. Pharm. Biol. (2016) 54: 1434-1444. 3. J. Agri. Food Chem. (2016) (on line) DOI: 10.1021/acs.jafc.6b01551
動物模式 6-OHDA 餵食 R50E LD LS 或 NAC 1 day 0 7 14 21 28 n=10 EBST C 組 : 正常組, 一般飼料飲食組 O 組 :6-OHDA 注射組 EBST EBST EBST O-1X 組 :6-OHDA 注射 + 餵食 1 倍劑量 (5.5 mg/kg) R50E 組 ( 相當成人每天攝食 1 g 紅麴發酵產物 ) O-2X 組 :6-OHDA 注射 + 餵食 2 倍劑量 (11.0 mg/kg) R50E 組 ( 相當成人每天攝食 2 g 紅麴發酵產物 ) O-LD 組 :6-OHDA 注射 + 餵食 levodopa (LD) (44.0 mg/kg) 藥物組 O-LS 組 :6-OHDA 注射 + 餵食 lovastatin (LS) (1.5 mg/kg) 藥物組 O-N 組 :6-OHDA 注射 + 餵食抗氧化物 N-acety-L-cystein (NAC) (1.0 g/kg) 組 EBST, IHC Brain Research (2006) 1093: 198-207; Behavioural Brain Research (2005) 162: 1 10. O: 6-hydroxydopamine; LD: lovadopa; LS: lovastatin; NAC: N-acetyl-L-cysteine; R50E: 紅麴米 50% 酒精萃取物 ( 活性成分為 dimerumic acid 及 deferricoprogen); EBST: 帕金森氏鼠之擺盪能力擺盪行為測試
帕金森氏鼠之擺盪能力擺盪行為測試 (Elevated body swing test, EBST) 經 6-OHDA 誘導的帕金森氏症鼠為左側腦黑質緻密處受損, 因此會阻礙其向左擺盪的運動能力, 向右擺盪比率會高於 70%, 則可判定為帕金森氏症鼠
餵食不同劑量 50% 紅麴米酒精萃取物及 lovadopa 對於 6-OHDA 誘導帕金森氏症大鼠擺盪能力行為之影響 向右擺動之百分比 (%) 輸注 6-OHDA 之帕金森氏症模式鼠 C ( 控制組 ) 1 X R50E LD ( 餵食 levodopa 組 ) NAC ( 抗氧化物組 ) 2 X R50E LS ( 餵食 lovastatin 組 ) 餵食 R50E (5.5 或 11.0 mg/kg) 可改善 6-OHDA 誘導帕金森氏症大鼠之運動障礙, 並降低腦中黑質緻密處多巴胺神經元之衰退 飼養時間 ( 週 )
紅麴米酒精萃取物改善 PD 之機轉 R50E 可透過抗氧化及抗發炎機制來防止大腦中多巴胺神經元之衰退, 具有潛力應用於帕金森氏症之改善 DFC 及 DMA 亦可降低 6-OHDA 誘導大鼠中腦初代細胞 (mesencephalic neuron) 及 SH-SY5Y 人類神經母細胞凋亡 : DMA 可能透過調控 N-methyl-D-aspartate (NMDA) 受體及同型二聚體醣蛋白 DFC 則可能透過調控免疫球蛋白 Fc 受體, 進而促進 protein kinase B (Akt) 及 extracellular signal-regulated kinases (ERK) 蛋白磷酸化, 抑制 p38 及 c-jun N- terminal Kinase (JNK) 蛋白活化 DMA 及 DFC 亦可提升 heme oxygenase-1 (HO-1) 蛋白質表現, 使受損 SH-SY5Y 神經細胞凋亡數減少, 達到保護神經細胞之作用
紅麴米酒精萃取物改善 PD 之生化指標 R50E: 紅麴發酵產物 50% 酒精萃取物, 所含活性成分為 dimerumic acid (DMA) 及 deferricoprogen (DFC) R50E 可藉由提升腦中超氧歧化酶 (superoxide dismutase, SOD) 過氧化氫酶 (catalase, CAT) 穀胱甘肽還原酶 (glutathione reductase, GR) 及穀胱甘肽過氧化物酶 (glutathione peroxidase, GPx) 之活性, 與調控 p47 phox NOX1 及 NOX2 之 mrna 表現量, 來降低 6-OHDA 誘導帕金森氏症大鼠腦中活性氧自由基 (ROS) 及丙二醛 (malondialdehyde, MDA) 之含量 R50E 亦可抑制 6-OHDA 誘導帕金森氏症大鼠腦中發炎因子一氧化氮 (nitric oxide, NO) 及腫瘤壞死因子 (tumor necrosis factors, TNFα) 之含量 以上結果顯示,R50E 可透過抗氧化及抗發炎機制來防止大腦中多巴胺神經元之衰退, 具有潛力應用於帕金森氏症之改善
新功效開發 不易形成 體脂肪 Our related research articles: 1. Int. J. Obes. (2008) 32: 1694-1704. 2. J. Agric. Food Chem. (2010) 58: 12703-12709. 3. J. Agric. Food Chem. (2013) 61: 1493-1500.
調節血脂新功效成分精研 Our related research articles: 1. Appl. Microb. & Biotech. (2006) 70: 533-540. 2. J. Agri. Food Chem. (2007) 55: 7162-7169. 3. J. Agri. Food Chem. (2010) 58: 9013-9019. 4. J. Agri. Food Chem. (2011) 59: 8199-8207. 5. Appl. Microbiol. Biotechnol. (2012) 94: 1449-1459. 6. J. Agric. Food Chem. (2013) 61: 143-150. 7. J. Fun. Food (2013) 5: 434-443. 8. Food & Fun. (2013) 4: 950-959. 9. J. Microb. Immun. Infect. (2016) (on line)( 提升 HDL-C) 10. J. Food Drug Anal. (2016) (under review) ( 人體臨床試驗 )
三高藥 1 年吃掉 323 億健保 十大健保用藥 6 種與三高有關 27
人體實驗結果已投稿 SCI 學術期刊正審查中 調整血脂人體試驗結果 總膽固醇 (TC) 低密度脂蛋白膽固醇低密度脂蛋白膽固醇 (LDL-C) 每天每人服用產品 (1 顆膠囊 ) 含 Monascin: 3 mg Ankaflavin: 1 mg 三酸甘油酯 (TG) 高密度脂蛋白膽固醇 (HDL-C) 使用前使用後
降低血脂肪及提升高密度脂蛋白之組成分及其製備方法專利 Composition for lowering blood lipid and elevating high density lipoprotein and method for manufacturing the same ( 降低血脂肪及提升高密度脂蛋白之組成分及其製備方法 ) Taiwan (2013.09) Korea (2014.07) European Union (2014.07) (13 國 ) (Germany, France, United Kingdom, Switzerland, Ireland, Netherlands, Sweden, Austria, Belgium, Italy, Portugal, Spain, Turkey)
調節血糖功效 Our related research articles: 1. J. Agri. Food Chem. (2010) 58: 7634-7640. 2. J. Sci. Food & Agri. (2010) 90: 2519-2525. 3. Exper. Diab. Res. (2011) Article ID 710635. 4. J. Agri. Food Chem. (2011) 59: 5279 5285. 5. Food and Chem. Toxic. (2011) 49: 2609 2617. 5. Free Radic. Biol. Med. (2012) 52: 109-117. 7. Appl. Microb. & Biotech. (2012) 94: 47-55. 8. Free Radic. Biol. Med. (2012) 53: 2008-2016 9. J. Fun. Food (2013) 5: 124-132. 10. Free Radic. Biol. Med. (2013) 60: 7-16. 11. J. Fun. Food (2013) 5: 642-650. 12. Food & Fun. (2013) 4: 950-959. 13. Food & Funct. (2014) 5: 1334-1340. 14. J. Drug Food Anal. (2015) 23: 719-728. 15. J. Drug Food Anal. (2016) (on line).
紅麴產物對血糖之影響 糖尿病鼠 糖尿病鼠 + 紅麴薏仁 糖尿病鼠 + 紅麴米糖尿病鼠 + 紅麴山藥 糖尿 (pioglitazone) 病藥物 正常老鼠
組織免疫染色 ( 胰臟 ) (A) 正控制組 (B) 糖尿病組 (C) 糖尿病 + 山藥組 具有產生胰島素能力之 β 細胞 (D) 糖尿病 + 0.5x 紅麴山藥組 (E) 糖尿病 +1x 紅麴山藥組 (F) 糖尿病 +5x 紅麴山藥組
人體臨床實驗結果已獲 SCI 學術期刊接受刊載 服用六周後空腹血糖值試驗組比安慰劑組顯著降低 8.5% (P<0.05) 葡萄糖耐受性亦有大幅度改善 Journal of Food and Drug Analysis (IF=1.980) (on line)
紅麴與調節血壓 Our related research articles: 1. J. Agri. Food Chem. (2009) 57: 5035-5041. 2. Appl. Microbiol. Biotechnol. (2012) 94: 1151-1161. 3. J. Fun. Food (2013) 5: 1456 1465.
實驗動物弓動脈切片 Verhoff s stain 鏡檢結果 (100X 與 400 X) (A) Control 組 (B) D-1x 組 (C) GABA-1x 組 (D) RMR-1x 組 (E) RMD-0.5x 組 (F) RMD-1x 組 (G) RMD-5x 組
自發性高血壓鼠自發性高血壓鼠餵食 ANKASCIN 568 Plus + 調整血壓動物試驗 顯著降低 17 毫米汞柱 顯著降低 20 毫米汞柱 實驗證實 : 單次使用 ANKASCIN 568 Plus + 即具有降低高血壓症狀之效果
自發性高血壓鼠自發性高血壓鼠餵食 ANKASCIN 568 Plus + 調整血壓動物試驗 顯著降低 26 毫米汞柱 顯著降低 22 毫米汞柱 實驗證實 : 持續使用 ANKASCIN 568 Plus + 可輔助緩解高血壓症狀與維持血壓穩定
調整血壓動物試驗 自發性高血壓鼠, 弓動脈彈性蛋白呈現排列不整齊的現象 自發性高血壓鼠 食用 ANKASCIN 568 Plus + 後弓動脈彈性蛋白排列整齊, 有助調節血壓 自發性高血壓鼠餵食 ANKASCIN 568 Plus +
調整血壓人體試驗 1 每天每人服用產品 (2 顆膠囊 ) 含 Monascin: 6 mg Ankaflavin: 2 mg 下降 21 mmhg 下降 9 mmhg
調整血壓人體試驗 2 每天服用産品含 Monascin: 6 mg Ankaflavin: 2 mg 下降 27 mmhg 下降 17 mmhg 人體實驗結果已投稿 SCI 學術期刊 (The Chinese Journal of Physiology) 正審查中
生技產業之具體成果 降低成本 成果全民共享 1. Monascin 價格 (Sigma): 每公克逾 1000 萬新台幣 2. Ankascin 1 顆含 MS 約 3 mg,ak 約 2 mg, 單單 MS 即須 3 萬元新台幣, 現加入 AK 只需約 90 元新台幣
Sigma 公司 monascin 售價
Sigma 公司 monascin 售價 產品 :52442 Sigma Monascin 純度 : 97.0% (HPLC) 價格 : US $ 387.5/mg = NT $ 30 x 387.5 = NT $ 11,625/mg = NT $11,625,000/g 每公克 = 1162.5 萬新台幣
Monascin 在預防醫學上之應用 氧化壓力 (Shi and Pan, 2012; Hsu and Pan, 2013) 糖尿病 (Shi and Pan, 2011) 肥胖 (Jou and Pan, 2010) 胰臟保護 Monascin 高血脂症 (Lee and Pan, 2010) (Shi and Pan, 2011; Lee and Pan, 2013) 胰島素抗性 高血壓 (Lee and Pan, 2011, 2013) (Hsu and Pan, 2012)
Ankaflavin 在預防醫學上之應用 氧化壓力 (Shi and Pan, 2012) 非酒精性脂肪肝 糖尿病 HDL-C 提升 (Shi and Pan, 2011) (Hsu and Pan, 2014) (Hsu and Pan, 2013) 肥胖 (Jou and Pan, 2010) 胰臟保護 Ankaflavin 高血脂症 (Lee and Pan, 2010) 呼吸道發炎 (Lee and Pan, 2013) 胰島素抗性 高血壓 (Hsu and Pan, 2012) (Hsu and Pan, 2013) (Lee and Pan, 2011, 2013) C 26 H 32 O 5 386.49 g/mol
紅麴優良菌株 -Monascus purpureus NTU 568 2006 NTU 568 生理活性活性代謝產物之分離純化 MS & AK 之生理活性臨床前試驗臨床試驗 2015 藥物動力學
藥物動力學
吸收 分布 代謝 排除
(Mehrotra et al., 2007) 藥物吸收 血漿中濃度 血漿中最高濃度 作用時間 血漿中最高濃度 曲線下面積 治療範圍 最高毒性濃度 最低有效濃度 達到最高濃度所需時間 服用後時間
MS 與 AK 之藥物動力學研究 ( 血漿最高濃度及半衰期 ) 以管餵方式給予大鼠 150 mg/kg BW monascin 或 ankaflavin 後, 以極致效能液相層析串聯質譜儀 (UPLC-MS/MS) 量測 血漿最高濃度 C max 分別為 0.62 ± 0.08 μg/ml 及 0.95 ± 0.28 μg/ml, 半衰期分別為 230.64 ± 104.54 min 及 184.13 ± 57.99 min 以股靜脈注射給予大鼠 15 mg/kg BW 之 monascin 或 ankaflavin 血漿測得之 C max 分別為 4.25 ± 3.91 μg/ml 及 4.55 ± 4.23 min, 半衰期分別為 123.44 ± 40.96 min 及 78.91 ± 42.54 min 經公式計算後得 monascin 與 ankaflavin 之口服生物可利用率分別為 15.67% 與 20.36%
藥物分布 目標器官? 各器官中之體液 堆積? 血液 特定之器官或組織 : 如甲狀腺 骨骼或脂肪 一般器官如 : 肌肉 肝臟 (Shargel et al., 2004)
藥物代謝 藥物 酵素 代謝物 藥物 代謝物 藥物 代謝物 肝臟 腸道菌叢
藥物排除 藥物攝食 吸收腸內轉運腸內代謝 分布血管內空間血管外空間蛋白質結合 代謝肝臟的流入轉運第一期代謝第二期代謝 膽汁的排除 腸道的排除 腎臟的排除
MS 與 AK 之藥物動力學研究 ( 分布與排除 ) 組織分佈試驗結果顯示,monascin 與 ankaflavin 皆可分佈至大腦 心臟 肺臟 肝臟 腎臟 胰臟 胃 腸道及脂肪 在腦中可發現 monascin 與 ankaflavin 的存在, 推測兩化合物皆可通過血腦障壁 管餵後 0.5 小時在腸胃道即含有大量的 monascin 與 ankaflavin, 尤其以胃中含量最高 排除試驗結果顯示, 糞便為 monascin 與 ankaflavin 的主要排除途徑 管餵後 12-16 小時為 monascin 及 ankaflavin 於糞便中之主要排除期 管餵後 48 小時內, 分別有給予劑量的 24.70% 及 1.10% 以原型態型式經由糞便排出體外 藉由本研究瞭解 monascin 與 ankaflavin 於大鼠模式下之藥物動力學參數 口服生物可利用率 組織臟器分佈與排除情形, 可提供未來臨床應用的參考
紅麴之新挑戰 - 安全性 ( 美國之報導 ) 1. 降膽固醇藥 statin 恐傷肝 2. 降膽固醇藥 statin 恐損記憶 3. 靠吃藥 statin 降膽固醇恐增糖尿病風險 4. 服藥 statin 罹橫紋肌溶解症
Liver Injury Called Rare Reports of Memory Loss The Risk of Diabetes The Potential for Muscle Damage FDA Consumer Health Information/U.S. Food and Drug Administration FEBRUARY 2012
降膽固醇藥物 statin 之副作用 美官方 (FDA) 宣佈降膽固醇藥恐傷肝 美官方 (FDA) 宣佈降膽固醇藥恐損記憶 靠吃藥降膽固醇恐增糖尿病風險 臨床百萬人服藥 5 人罹肌肉溶解 ( 橫紋肌溶解症 )
58 Lipitor 的副作用 ( 引起第二型糖尿病 )
市售常用降膽固醇藥物的副作用
紅麴之新挑戰 - 安全性 ( 歐盟之規範 ) Monacolin K 用為膳食補充劑之用量極限為 5 mg 或 10 mg
各國對 monacolin K 之規範 德國 : 藥物及醫療器材聯邦管理局於 2016/04/14 發出警告 : 每日由紅麴攝取之 monacolin K (MK) 應低於 5 mg 比利時 : 健康委員會 (Belgian Superior Health Council) 提出紅麴用為膳食補充劑之禁令義大利 : MK 用為膳食補充劑之用量極限為 10 mg 法國 : MK 用為膳食補充劑之用量若超過 10 mg 則視為藥品 瑞士及冰島 : MK 因係藥品之活性成分, 禁用為膳食補充劑 荷蘭及拉脫維亞 : 無特別限量標準, 但須證明低於醫藥用量之 10 mg
紅麴應用因應之道 1. 研發新保健成分 增強保健功效 2. 研發新保健功效
研發新保健成分 增強保健功效 傳統保健成分 :monacolin K 傳統保健功效 : 調節血脂, 只限於降總膽固醇 (TC) 低密度脂蛋白膽固醇 (LDL-C) 或三酸甘油酯 (TG) 開發新保健成分 :monascin 與 ankaflavin ( 安全性經 FDA 確認 90 天安全試驗 28 天安全試驗及基因毒試驗均證實安全無虞 ) Monascin 與 ankaflavin: 調節血脂效果優於 monacolin K 更重要 : 提升高密度脂蛋白膽固醇 (HDL-C), 此為 monacolin K 無法達成之功效
有助於降低血中總膽固醇
( 一 ) 有助於降低血清中總膽固醇 ( 二 ) 有助於降低血清中三酸甘油酯 ( 三 ) 有助於提升血中 HDL 及降低 LDL
研發新保健功效 紅麴保健功效新亮點 : 代謝症候群 調節血脂 : 提升高密度脂蛋白膽固醇 (HDL-C) 緩解三高 ( 高血糖 高血壓 高血脂 ) 不易形成體脂肪 ( 減肥 ) 紅麴保健功效研發新趨勢 : 老人失智症 老人失智症之阿茲海默症 老人失智症之巴金森氏症
新成分之基本要求 -Ankascin 568-R 獲 FDA 頒給 NDI 證明 1. new dietary ingredient ( 新膳食成分 ) 2. 長期服用安全 3. 不含 monacolin K
3. The level of Lovastatin (Monacolin K) in your daily serving amount (product of commerce) was not detectable. ( 不含 monacolin K) 1. Your notification concerned the new dietary ingredient that is called ANKASCIN 568-R which is the dry powder extract obtained from solid fermentation of red yeast, Monascus purpureus NTU 568. ( 新膳食成分 ) 2. The product is safe for long-term consumption. ( 長期服用安全 )
從研究室到消費者 研究室 ( 研究單位或大學 技轉 生技公司 擴大規模 工廠生產 行銷 消費者 ) 研究發表論文約 10-15 年 產業化條件探討約 3-5 年 生產條件探討約 1-2 年