天津工生所等成功获得第一代“人参酵母”细胞工厂

　　近日，中科院天津工业生物技术研究所研究员张学礼课题组与中国中医科学院中药资源中心研究员黄璐琦课题组合作，获得能同时合成齐墩果酸、原人参二醇和原人参三醇三种人参基本皂苷元的第一代“人参酵母”细胞工厂。

　　人参皂苷(Ginsenosides)是人参(Panax ginseng)和西洋参(Panax quinquefolium)等珍稀药用植物中提取的药效成分。迄今为止，已经发现的人参皂苷约有40余种，这类化合物具有相似的基本结构，依苷元架构的不同，可分为人参二醇型(PPD)、人参三醇型(PPT)和齐墩果酸型(OA)三类(见图)。由于野生人参资源已基本耗竭，目前获得人参皂苷的主要途径是从人工栽培品种中提取。然而人工栽培人参、西洋参需要4-15年，生产上由于连作障碍和病虫害的困扰，其品质及其生长环境受到严重限制。人参皂苷类化合物产量已经远不能满足社会的需求，严重影响了人参的临床应用和人参皂苷类制药原料中间体的开发和应用，亟待提供新的资源途径。

　　科研人员前期构建出生产人参二醇型皂苷元的酵母人工细胞(Metab Eng, 2013, 20:146-156)。在本研究中，通过在酿酒酵母中整合了带有强启动子的tHMG1，ERG9，ERG1和bAS等关键基因，获得产齐墩果酸型三萜化合物重要前体β-香树脂的底盘菌，β-香树脂产量达107mg/L。在此底盘菌基础上，整合了齐墩果酸的功能模块(OA Module)和原人参二醇-原人参三醇的功能模块(PPD/PPT module)，获得第一代“人参酵母”细胞工厂GY-1。该细胞工厂能同时合成齐墩果酸，原人参二醇和原人参三醇三种人参基本皂苷元，产量分别达21.4、17.2和15.9 mg/L，占总人参皂苷元的比例分别为39.3%、31.5%和29.2%。该研究为最终获得生产人参皂苷的酵母细胞工厂奠定了基础。

　　该研究得到国家973、863和自然科学基金的支持，相关研究成果已经发表在Scientific Reports期刊。天津工业生物所的戴住波博士和天津科技大学的联合培养研究生王贝贝为论文的共同第一作者。

人参皂苷生物合成途径示意图

　　注：PPD/PPT module：生物合成原人参二醇和原人参三醇的功能模块，原人参二醇(Protopanaxadiol，PPD)为人参二醇型人参皂苷的苷元，其本身具有抗癌、抗抑郁、激活氯离子通道和和幽门螺旋杆菌生长等多种药理活性。原人参二醇的糖基化产物：如人参皂苷Rh2、Rg3、Rb1和Rc等在心脑血管、抗肿瘤等方面也有很好的药理活性。PPD被进一步羟化生成的原人参三醇(Protopanaxatriol，PPT)为人参三醇型人参皂苷的苷元，其糖基化产物形成了系列药理作用显著的人参皂苷，如人参皂苷Re、Rg1、Rg2、Rh1及糖苷基PT。

　　OA Module：生物合成齐墩果酸的功能模块，齐墩果酸(Oleanolic acid，OA)为人参齐墩果酸型皂苷R0 的苷元。β-香树脂(β-amyrin)为这类齐墩果型药用三萜酸化合物生物合成的共同前体，这类物质包括齐墩果酸，及其他药用植物来源的甘草酸(Glycyrrhizin)、山楂酸(Maslinic acid)等化合物。其中齐墩果酸具有抗病毒、抗炎、抗变态反应、抗氧化应激及促进肝糖原合成和肝细胞再生作用等药理活性，齐墩果酸片等药品已在临床广泛应用于肝脏保护。