黄酮类化合物合成生物学研究进展

黄酮类化合物是植物中广泛分布的一大类次级代谢产物,已报道的化合物超过10 000种,结构多样且部分具有抗癌、抗炎等重要的药理活性。黄酮类化合物生物合成相关的基因及酶、生物合成途径解析已有诸多报道;近年来,其合成生物学研究亦取得了较大进展。本文在概述黄酮类化合物生物合成的基础上,对近20年(2001～2021年)报道的黄酮类化合物合成生物学研究进展进行了综述,介绍了代表性黄酮类化合物的细胞工厂创建概况,并对相应的代谢瓶颈及优化策略进行了讨论和展望。     

火木层孔菌液体培养物的化学成分研究

目的:研究针层孔属火木层孔菌Phellinus igniarius液体培养物的化学成分并对其在多种体外药理模型上进行随机活性筛选.方法:分别对发酵液及菌丝体的化学成分进行研究,采用硅胶柱色谱、Sephadex LH-20柱色谱以及反相HPLC柱色谱等分离方法进行分离纯化;运用光谱数据解析鉴定化合物结构;在细胞水平模型上,筛选化合物在肿瘤细胞毒、神经保护、肝保护、抗炎和抗HIV等方面的活性.结果:从发酵液和菌丝体2部分共分离鉴定了29个化合物,分别为3个倍半萜:3S,9R,10S-3-羟基-11,12-O-异丙基血苋烷烯(1),3S,9R,10S-3,11,12-三羟基血苋烷烯(2)和3S,4S,9R,10-11,12,14-三羟基血苋烷烯(3);3个甾体:24R-麦角甾-4,6,8(14),22-四烯-3-酮(4),豆甾-7,22-二烯-3β,5α,6α-三醇(5)和麦角甾5α,8α-过氧-6,22-二烯-3β-醇(6);14个环二肽:环(L-脯氨酸-L-缬氨酸)(7),环(L-亮氨酸-D-脯氨酸)(8),环(L-亮氨酸-L-脯氨酸)(9),环(异亮氨酸-脯氨酸)(10),环(甘氨酸-亮氨酸)(11),环(苯丙氨酸-丝氨酸)(12),环(丙氨酸-脯氨酸)(13),环(丙氨酸-苯丙氨酸)(14),环(4-羟基-脯氨酸-苯丙氨酸)(15),环(L-苯丙氨酸-D-脯氨酸)(16),环(D-苯丙氨酸-D-脯氨酸)(17),环(6-羟基-脯氨酸-苯丙氨酸)(18),环(谷氨酸氨-脯氨酸)(19)和环(天冬氨酸-亮氨酸)(20);9个其他类化合物:乙酰氨基苯丙氨酸(21)、腺苷(22)、苯乙二醇(23)、邻-羟基苯乙醇(24)、苯甲酸(25)、对-甲氧基苯甲酸(26)、间-甲氧基苯甲酸(27)、十六烷酸(28)和3-吡啶羧酸(29).化合物5和8在1×10-5mol·L-1时能够有效地抑制MPP+诱导的PC12-syn细胞损伤,相对保护率分别为90.3%和87.5%,与模型组比较有显著性差异(P<0.05).在1×10-5mol·L-1浓度下,化合物12和18可较好地保护DL-半乳糖胺诱导的WB-F344细胞损伤,细胞成活率分别为25%和24%(双环醇作为对照,细胞成活率为24%).结论:化合物1-29均为首次从针层孔属火木层孔菌液体培养物中分离鉴定;化合物5和S有神经细胞保护活性,化合物12和18具有肝细胞损伤保护活性,其他化合物在测试浓度下在以上筛选模型中未显示明确活性.     

川芎愈伤组织及悬浮培养物化学成分气相色谱-质谱联用分析

目的用气相色谱-质谱联用法分析川芎愈伤组织及悬浮培养物中的化学成分。方法建立川芎愈伤组织及悬浮培养体系,收集愈伤组织及连续三代的悬浮培养物,采用气相色谱-质谱联用法进行川芎愈伤组织及悬浮培养物化学成分的分析。结果川芎愈伤组织及悬浮培养物含有相似的成分,但与原植物中的成分区别很大,原植物中的主要活性成分在愈伤组织及悬浮培养物中也未发现。结论愈伤组织及悬浮培养物的特性与原植物有很大的区别。     

紫金牛中一个新颖底物杂泛性O-甲基转移酶

O-甲基转移酶(O-methyltransferases, OMTs)是许多天然产物生物合成途径中的关键后修饰酶之一, O-甲基化不仅可降低化合物的化学反应活性,而且能显著改善其溶解性、稳定性等理化性质和生物活性等。本研究根据紫金牛转录组测序结果,首次从紫金牛中克隆获得1条OMT基因(命名为AjOMT1),并成功进行了大肠杆菌异源表达,体外酶催化活性结果表明重组AjOMT1能高效催化槲皮素发生O-甲基化反应。底物谱考察结果表明, AjOMT1能催化黄酮类、茋类、香豆素类、生物碱类、苯丙素类等不同结构类型的化合物进行甲基化反应,具有非常宽泛的底物谱; AjOMT1偏好于具邻二酚羟基的化合物,并表现出位置选择性。本研究结果表明, AjOMT1可用作O-甲基化工具酶实现不同类型化合物的O-甲基化、获取多样化的活性甲基化产物,可为药物发现提供新方法,并可为天然产物合成生物学研究提供普适性元件。     

微生物来源Diels-Alder型加合物生物合成研究进展

许多天然产物的生物合成中涉及Diels-Alder环加成反应,构建新的C — C键及环系,从而产生结构新颖、复杂多样的天然产物。自然界已经进化到由天然酶负责该反应的发生,引起了科学家的关注,但其研究仍是难点和热点。近年来,随着基因组测序、生物信息学及分子生物学等技术的发展,许多天然产物生物合成途径中Diels-Alder反应的相关基因及其酶功能已被鉴定,取得了一些突破性进展。综述微生物来源Diels-Alder型加合物的生物合成,重点介绍涉及催化Diels-Alder反应的基因及其酶学机制。

     

瑞香狼毒细胞培养物的化学成分研究

采用常压与减压硅胶柱色谱、半制备HPLC、Sephadex LH-20等方法,从瑞香狼毒Stellera chamaejasme细胞培养物85％乙醇提取物的乙酸乙酯部分分离纯化得到了17个化合物,依据理化性质和各种波谱技术分别鉴定为:丁香脂素(1),杜仲树脂酚(2),松脂素(3),(1R,2S,5R,6S) -2-(4-hydroxyphenyl) -6-( 3-methoxy-4- hydroxyphenyl)-3,7-dioxabicyclo[3,3,0]octane(4),表松脂酚(5),caruilignan D(6),3-羰基愈创木烷-4-烯-11,12-二醇(7),落叶松脂素(8),tetrahydro-2-( 4-hydroxy-3-methoxyphenyl) -4-[ (4-hydroxyphenyl) methyl] -3-furanmethanol(9),5′-甲氧基落叶松脂醇(10),vladinol D( 11),环(L-脯氨酸-L-缬氨酸)(12),7′-羰基马台树脂醇(13),(+) -guayarol( 14),acutissimalignanB(15),异落叶松脂素(16)以及β-谷甾醇(17).其中化合物12为环二肽类化合物,7为倍半萜类化合物.除化合物7,12与17外,其余均为木脂素类化合物.17个化合物均首次从该植物组织培养物中获得.     

刺孢小克银汉霉Cunninghamella echinulata对和厚朴酚的特异性氧化

在所试验的37株微生物中, 发现刺孢小克银汉霉Cunninghamella echinulata AS 3.3400能在和厚朴酚的8位上进行特异性氧化作用。通过质谱、核磁共振、CD等波谱方法确定了产物(R)-magnolignan C (1) 和(S)-magnolignan C (2) 的结构。其中1为新化合物。     

红豆杉愈伤组织中紫杉烷类成分sinenxan A的微生物转化研究

目的研究紫杉烷类化合物sinenxan A的微生物转化情况。方法分别利用两株真菌（刺囊毛霉AS 3.345 0、刺孢小克银汉霉AS 3.340 0）和一株细菌（普通变形菌AS 1.120 8）对sinenxan A进行生物转化。结果得到3个转化产物，分别为10-去乙酰-sinenxan A1, 6α-羟基-10-去乙酰sinenxan A2, 9α-羟基-10-去乙酰sinenxan A3。结论Sinenxan A易被微生物转化，10位乙酰基化学性质比较活泼。     

桔梗细胞悬浮培养体系对斑蝥素的生物转化研究

目的 研究桔梗细胞悬浮培养体系对抗癌天然活性成分斑蝥素的生物转化，以获得具有新颖结构的斑蝥素衍生物。方法 往桔梗悬浮培养体系中加入斑蝥素并培养6d，培养液经萃取后采用色谱方法进行分离纯化，产物的结构根据光谱数据予以鉴定。结果分离得到了以2：1比例混合存在的两个转化产物。经光谱分析，两个产物鉴定为羰基还原为羟基的一对差向异构体1β-羟基斑蝥素(Ⅱa)及1a-羟基斑蝥素(Ⅱb)。结论 Ⅱa和Ⅱb均为未见报道的新化合物。桔梗细胞培养体系对斑蝥素具有较强的选择性还原作用，此转化反应可用于斑蝥素衍生物的制备。     

HMG-CoA还原酶和FPP合酶基因拷贝数对紫穗槐-4,11-二烯酵母工程菌产量的影响

从青蒿中克隆了紫穗槐-4,11-二烯合酶基因(ADS)，从酿酒酵母中克隆了HMG-CoA还原酶(HMGR)催化结构域和FPP合酶(FPPS)基因。构建含ADS基因的酿酒酵母表达载体pYeDP60/G/AS，将其转入酿酒酵母，获得能产生紫穗槐-4,11-二烯的酵母工程菌，以朱栾倍半萜为参照，产量为10 μg·L^-1。另外构建了含HMGR和FPPS基因的酵母表达载体pGBT9/A/HMG/G/FPP，将该载体和pYeDP60/G/AS共转入酿酒酵母，得到第二个能产生紫穗槐-4,11-二烯的酵母工程菌，产量为23.6 mg·L^-1，结果表明增加HMG-CoA还原酶和FPP合酶基因的拷贝数能显著增加酵母工程菌的紫穗槐-4,11-二烯产量。