黃芩素和野黃芩素的合成取得進(jìn)展

2018-12-10 08:55:00 家庭醫(yī)生在線

黃芩素（Baicalein）是一種黃酮類化合物，是從唇形科多年生草本中藥植物黃芩（Scutellariabaicalensis Georgi）的干燥根中提取的主要活性成分，也是中藥黃芩發(fā)揮藥理作用的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。

近年來(lái)，大量的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均證明，黃芩素具有抗氧化、抗炎癥、抗凋亡以及改善學(xué)習(xí)記憶能力等廣泛的生物學(xué)活性及藥理學(xué)活性，其作用譜廣、作用位點(diǎn)多、作用機(jī)制復(fù)雜多樣，有望成為安全、價(jià)廉且廣譜的有效抗腫瘤藥物及治療阿爾茨海默癥的潛在理想藥物。野黃芩素則主要存在于菊科植物燈盞花（Erigeron karvinskianus）中，具有消炎止痛、活血化瘀和祛風(fēng)除濕等功效。這兩種化合物均有望開發(fā)成新型藥物造福人類，但其在植物中的天然含量較少，如何高效低成本地獲得高純度化合物是目前研究開發(fā)急需解決的問(wèn)題。利用合成生物學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效定向合成和規(guī)?；苽?，是解決上述困難的有效途徑。

雖然這兩種化合物來(lái)源于不同的植物，但其結(jié)構(gòu)具有相似性，其區(qū)別在于黃酮母核B環(huán)4’位是否有羥基取代。鑒于此，研究者用7個(gè)不同物種來(lái)源的11個(gè)基因構(gòu)建了一種能定向合成黃芩素或野黃芩素的大腸桿菌，只需提供苯丙氨酸或酪氨酸兩種不同的前體，就可以獲得這兩種重要的黃酮化合物。

研究者先將來(lái)自歐芹（Petroselinum crispum）的4CL、FNS I，紅酵母（Rhodotorulatoruloides）的PAL、矮牽牛（Petunia hybrida）的CHS、苜蓿（Medicago sativa）的CHI等酶的基因構(gòu)建了黃酮的重要中間體白楊素/芹菜素的合成模塊。進(jìn)一步通過(guò)克隆黃芩（Scutellaria baicalensis Georgi）來(lái)源的F6H及擬南芥（Arabidopsis thaliana）的AtCPR基因，并引入了不同的助溶標(biāo)簽優(yōu)化其表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了黃芩素和野黃芩素的異源合成。

在此基礎(chǔ)上，研究者進(jìn)一步針對(duì)丙二酰輔酶A這一重要前體的供應(yīng)進(jìn)行了改造，通過(guò)過(guò)量表達(dá)丙二酰輔酶A合成基因acs和脂肪酸合成基因fabF，并引入三葉草根瘤菌（Rhizobium trifolii）來(lái)源的丙二酰輔酶A合酶（malonyl-CoA synthetase）基因matB與丙二酸鹽載體蛋白（malonate carrier protein）基因matC，最終在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)了搖瓶水平黃芩素23.6 mg/L和野黃芩素106.5 mg/L的產(chǎn)量。該研究為黃芩素和野黃芩素的規(guī)模化開發(fā)和制造提供了一個(gè)不依賴于植物提取的替代方案，也為其他黃酮類化合物的合成生物學(xué)制造提供了可借鑒的策略。