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黃芩素 Mol Plant | 上海辰山植物園解析了抗癌分子黃芩素的生物合成途徑

最近,《分子植物》由中科院上海陳山植物科學(xué)研究中心的研究團(tuán)隊(duì)Cathie Martin在網(wǎng)上發(fā)表,并在網(wǎng)上發(fā)表了題為《黃芩中兩種cyp 82 d酶在根特異性4’-脫氧薰衣草的生物合成中起著黃烷羥基酶的作用》,在分析中藥植物黃芩天然產(chǎn)物的合成路線上取得了突破。

隨著人們對(duì)中草藥越來越重視,其活性物質(zhì)和藥理已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。黃芩作為唇形科黃芩屬藥用植物,幾千年來主要用于治療上呼吸道感染、肺熱咳嗽、濕熱黃疸、肺炎、痢疾等疾病?,F(xiàn)代科學(xué)研究表明,黃芩中的主要活性物質(zhì)為黃酮類:黃芩素和漢黃芩素。它們具有抗病毒和淬滅活性氧的作用。本品能抑制和殺死腫瘤細(xì)胞,對(duì)正常動(dòng)物細(xì)胞無副作用。因此,它有望成為腫瘤預(yù)防和治療的候選分子。

該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn),黃芩中黃酮類化合物的合成途徑有兩種:一種存在于地上部分,合成芹菜素等經(jīng)典黃酮類化合物;另一種存在于根中,是根中的合成途徑負(fù)責(zé)黃芩素和漢黃芩素的產(chǎn)生(之前的研究發(fā)表在2016年4月的美國科學(xué)副刊《科學(xué)進(jìn)展》上)?;诖?,本文報(bào)道了兩種細(xì)胞色素P450酶的分離和驗(yàn)證。生化實(shí)驗(yàn)表明,它們是黃芩中的黃酮6-羥化酶(F6H)和黃酮8-羥化酶(F8H)。SbCYP82D1.1對(duì)白楊素和芹菜素等黃酮類化合物具有廣泛的底物接受性,并負(fù)責(zé)黃芩素和野黃芩苷的合成。RNAi降低黃芩毛狀根中SbCYP82D1.1的表達(dá)時(shí),黃芩苷和黃芩素含量顯著降低,而白楊素苷在毛狀根中積累。CYP82D2是一種底物特異性高的F8H,只接受白楊素為底物,產(chǎn)生去甲基漢黃芩素。系統(tǒng)發(fā)育分析表明,CYP82D2可能是由SbCYP82D1.1通過基因復(fù)制進(jìn)化而來,從而保留了一些祖先酶F6H的活性。

對(duì)黃芩素合成途徑的全面分析,為合成生物學(xué)中該物質(zhì)的異源合成提供了基礎(chǔ)。也就是說,在不久的將來,只有在微生物細(xì)胞(如酵母細(xì)胞)中表達(dá)這些合成酶,才能用發(fā)酵工程技術(shù)生產(chǎn)黃芩素,而不是依靠黃芩植物本身。同時(shí)也為育種者選育黃芩素含量高的黃芩品種提供了分子生物學(xué)基礎(chǔ)。

上海陳山植物園兼職研究員凱茜·馬丁(Cathie Martin)是本書的通訊作者,趙青博士和崔女士是本書的第一作者。中國科學(xué)院上海陳山植物園/上海陳山植物研究中心是第一作者單位,合作者還包括來自陳山中心的研究員陳曉雅和胡永紅,以及來自美國麻省理工學(xué)院的研究員翁敬科。本研究得到了上海市園林綠化局陳山專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金的資助。

黃芩素、漢黃芩素及其苷類是藥用植物黃芩中的主要生物活性化合物。這些黃酮可以誘導(dǎo)多種癌細(xì)胞系的凋亡,但對(duì)正常細(xì)胞沒有影響。此外,它們對(duì)人體健康有許多額外的好處,如抗氧化、抗病毒和保肝作用。我們描述了黃芩中分別作為黃酮6-羥化酶(F6H)和黃酮8-羥化酶(F8H)的兩種CYP450酶(SbCYP82D1.1和SbCYP82D2)的分離和鑒定。SbCYP82D1.1對(duì)白楊素和芹菜素等黃酮類化合物具有廣泛的特異性,分別負(fù)責(zé)黃芩根和地上部分中黃芩素和黃芩素的生物合成。當(dāng)SbCYP82D1.1的表達(dá)被敲除時(shí),黃芩苷和黃芩素水平顯著降低,而白楊素苷在毛狀根中積累。CYP82D2是一種F8H,具有很高的底物特異性,僅接受白楊素作為其底物來產(chǎn)生諾瓦克樣蛋白,同時(shí)也可以檢測到少量的6-羥基化活性。系統(tǒng)發(fā)育分析表明,CYP2D 2可能是由SbCYP82D1.1通過基因d復(fù)制后新功能化進(jìn)化而來的,其中祖先F6H活性部分保留在衍生的CYP2D 2中。

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