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中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物所朱平團(tuán)隊利用工程酵母實現(xiàn)了非天然人參皂苷12β-O-Glc-PPD的從頭全合成
中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所朱平研究團(tuán)隊近期在國際知名期刊《Green Chemistry》全文發(fā)表題為：“Combining Protein and Metabolic Engineering to Achieve Green Biosynthesis of 12β-O-Glc-PPD in Saccharomyces cerevisiae”（Green Chemistry, 2023, 25: 1356-1367. doi: 10.1039/d2gc04380g）的研究論文，報道了利用代謝工程和蛋白質(zhì)工程相結(jié)合的綠色合成技術(shù)在釀酒酵母中生產(chǎn)非天然人參皂苷12β-O-Glc-PPD的研究，論文同時被作為當(dāng)期雜志封面內(nèi)頁圖片故事予以推介（圖1）。
圖 1 雜志封面文章
人參皂苷（Ginsenosides）是名貴藥材人參的主要活性成分，具有抗癌、抗炎、抗氧化和抗糖尿病等多種藥理活性。已知的天然人參皂苷均由人參皂苷苷元的C3-OH、C6-OH或C20-OH經(jīng)糖基化生成，但在人參中從未發(fā)現(xiàn)C12- OH糖基化皂苷。據(jù)報道，以原人參二醇（PPD）為前體化學(xué)合成的C12-OH糖基化皂苷12β-O-Glc-PPD 比天然人參皂苷具有更強的抗肺癌活性。在前期工作中，我們從枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）中挖掘到糖基轉(zhuǎn)移酶UGT109A1，能夠催化PPD糖基化生成3β,12β-Di-O-Glc-PPD。為了利用合成生物學(xué)技術(shù)大量綠色制造12β-O-Glc-PPD，我們首先利用蛋白質(zhì)工程獲得UGT109A1突變體UGT109A1-K73A，其催化活性比野生型大幅度提高；然后從短乳桿菌（Lactobacillus brevis）中篩選獲得能夠高效水解3β,12β-Di-O-Glc-PPD 的C3位糖基從而生成12β-O-Glc-PPD的β-糖苷酶Bgy2；最終通過模塊化工程策略將UGT109A1-K73A和Bgy2基因轉(zhuǎn)入優(yōu)化過的產(chǎn)PPD的釀酒酵母底盤細(xì)胞，構(gòu)建了12β-O-Glc-PPD的生物合成途徑（圖2）。在搖瓶水平，工程菌中12β-O-Glc-PPD的產(chǎn)量可達(dá)38.6 mg/L。該工作為深入開展12β-O-Glc-PPD的抗腫瘤藥物研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
圖 2 在釀酒酵母中構(gòu)建12β-O-Glc-PPD生物合成途徑
楊金玲研究員和朱平研究員為該論文的共同通訊作者，博士生周宸、助理研究員陳天嬌和博士生顧安頔為共同第一作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（81673341）、北京市自然科學(xué)基金（7212158）、國家重點研發(fā)計劃（2022YFF1100300）和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2021-I2M-1-029）的資助。
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