昆明植物所关于喜树碱C9位后修饰酶的研究取得进展

喜树碱是一类单萜吲哚生物碱，存在于喜树、青脆枝和短小蛇根草等植物中。喜树碱可以选择性地结合DNA拓扑异构酶I并抑制其活性，从而发挥抗肿瘤活性。国内外学者研究了喜树碱类似物的化学半合成和全合成，并积累了喜树碱衍生物的构效关系数据。例如，在喜树碱C-9位或C-10位引入羟基、硝基和氨基等活性基团，可提高喜树碱的抗肿瘤活性和水溶性。在自然界中，其他C-9位修饰的喜树碱类似物展现出良好的抗肿瘤活性。C-9位修饰的喜树碱类似物在新型喜树碱抗体偶联药物的设计和创制等方面具有潜在的应用价值。然而，喜树碱完整的生物合成途径未被完全解析，喜树碱C-9位的羟基化和甲基化等后修饰酶也未被发现。

中国科学院昆明植物研究所植物化学与天然药物重点实验室天然药物化学前沿交叉团队聚焦于重要药用生物碱的生物合成和调控机制解析，并取得了一系列成果。近期，该研究组以生产喜树碱的云南省特色植物毛假柴龙树为研究对象，结合代谢组和转录组数据分析，通过体外酶活验证、烟草瞬时表达和酵母体内功能验证等手段，在毛假柴龙树中鉴定了4条喜树碱C-9位后修饰酶相关基因。其中，1条细胞色素CYP450（NtCPT9H），负责喜树碱C-9位的羟化；2条O-甲基转移酶（NtOMT1/2），可催化9-羟基喜树碱的氧甲基化；1条UDP-糖基转移酶（NtUGT5），负责9-羟基喜树碱的糖基化。分子对接和定点突变实验阐明了NtCPT9H行使区域选择性氧化功能的3个关键氨基酸残基。研究通过亚细胞定位实验证明，NtCPT9H定位于内质网上，而NtOMT1/2和NtUGT5定位于胞质中。上述研究为利用代谢工程等手段异源合成喜树碱及其衍生物奠定了遗传基础，并有望加速新型C-9修饰喜树碱衍生物的创制。

相关研究成果以Identification and characterization of camptothecin tailoring enzymes in Nothapodytes tomentosa为题，发表在《植物学报（英文版）》（Journal of Integrative Plant Biology）上。研究工作得到国家自然科学基金和云南省“兴滇英才支持计划”等的支持。

论文链接

喜树碱后修饰酶体内和体外功能验证