天津工生所等成功獲得第一代“人參酵母”細胞工廠

　　近日，中科院天津工業生物技術研究所研究員張學禮課題組與中國中醫科學院中藥資源中心研究員黃璐琦課題組合作，獲得能同時合成齊墩果酸、原人參二醇和原人參三醇三種人參基本皂苷元的第一代“人參酵母”細胞工廠。

　　人參皂苷(Ginsenosides)是人參(Panax ginseng)和西洋參(Panax quinquefolium)等珍稀藥用植物中提取的藥效成分。迄今為止，已經發現的人參皂苷約有40余種，這類化合物具有相似的基本結構，依苷元架構的不同，可分為人參二醇型(PPD)、人參三醇型(PPT)和齊墩果酸型(OA)三類(見圖)。由于野生人參資源已基本耗竭，目前獲得人參皂苷的主要途徑是從人工栽培品種中提取。然而人工栽培人參、西洋參需要4-15年，生產上由于連作障礙和病蟲害的困擾，其品質及其生長環境受到嚴重限制。人參皂苷類化合物產量已經遠不能滿足社會的需求，嚴重影響了人參的臨床應用和人參皂苷類制藥原料中間體的開發和應用，亟待提供新的資源途徑。

　　科研人員前期構建出生產人參二醇型皂苷元的酵母人工細胞(Metab Eng, 2013, 20:146-156)。在本研究中，通過在釀酒酵母中整合了帶有強啟動子的tHMG1，ERG9，ERG1和bAS等關鍵基因，獲得產齊墩果酸型三萜化合物重要前體β-香樹脂的底盤菌，β-香樹脂產量達107mg/L。在此底盤菌基礎上，整合了齊墩果酸的功能模塊(OA Module)和原人參二醇-原人參三醇的功能模塊(PPD/PPT module)，獲得第一代“人參酵母”細胞工廠GY-1。該細胞工廠能同時合成齊墩果酸，原人參二醇和原人參三醇三種人參基本皂苷元，產量分別達21.4、17.2和15.9 mg/L，占總人參皂苷元的比例分別為39.3%、31.5%和29.2%。該研究為最終獲得生產人參皂苷的酵母細胞工廠奠定了基礎。

　　該研究得到國家973、863和自然科學基金的支持，相關研究成果已經發表在Scientific Reports期刊。天津工業生物所的戴住波博士和天津科技大學的聯合培養研究生王貝貝為論文的共同第一作者。

人參皂苷生物合成途徑示意圖

　　注：PPD/PPT module：生物合成原人參二醇和原人參三醇的功能模塊，原人參二醇(Protopanaxadiol，PPD)為人參二醇型人參皂苷的苷元，其本身具有抗癌、抗抑郁、激活氯離子通道和和幽門螺旋桿菌生長等多種藥理活性。原人參二醇的糖基化產物：如人參皂苷Rh2、Rg3、Rb1和Rc等在心腦血管、抗腫瘤等方面也有很好的藥理活性。PPD被進一步羥化生成的原人參三醇(Protopanaxatriol，PPT)為人參三醇型人參皂苷的苷元，其糖基化產物形成了系列藥理作用顯著的人參皂苷，如人參皂苷Re、Rg1、Rg2、Rh1及糖苷基PT。

　　OA Module：生物合成齊墩果酸的功能模塊，齊墩果酸(Oleanolic acid，OA)為人參齊墩果酸型皂苷R0 的苷元。β-香樹脂(β-amyrin)為這類齊墩果型藥用三萜酸化合物生物合成的共同前體，這類物質包括齊墩果酸，及其他藥用植物來源的甘草酸(Glycyrrhizin)、山楂酸(Maslinic acid)等化合物。其中齊墩果酸具有抗病毒、抗炎、抗變態反應、抗氧化應激及促進肝糖原合成和肝細胞再生作用等藥理活性，齊墩果酸片等藥品已在臨床廣泛應用于肝臟保護。