淫羊藿，作为我国传统中草药之一，具有补肾阳、强筋骨、祛风湿等功效。研究表明淫羊藿中草药中主要活性成分为类黄酮化合物，特别是C8-异戊烯化的黄酮醇苷类化合物，例如淫羊藿素，淫羊藿苷，朝藿定A/B/C等。其中，淫羊藿素也是晚期肝癌候选药物阿可拉定的单一成分，目前阿可拉定已经完成了III期临床试验。由于淫羊藿野生资源日益匮乏，市场需求又日益增加，科研人员一直企图通过人工体外合成淫羊藿活性成分来缓解这一突出矛盾，但是相关研究进展缓慢。
本研究从箭叶淫羊藿中挖掘与鉴定了一个异戊烯基转移酶EsPT2，其高效催化黄酮类化合物山奈酚（KAE）的C8异戊烯基化形成8-异戊烯基山奈酚（8P-KAE）；利用从大豆中催化8P-KAE的C4’-OH甲基化的甲基转移酶GmOMT2，首次成功搭建了淫羊藿素的人工生物合成途径。通过引入11个外源基因以及改造12个酵母内源基因，构建了高产8P-KAE的酵母底盘。由于在弱酸性条件下GmOMT2的活性受到强烈抑制，导致其在8P-KAE酵母底盘细胞质中表达失去活性。我们通过采取将GmOMT2定位于弱碱性（pH7.2-7.5）的线粒体中进行表达，或将8P-KAE酵母底盘与表达GmOMT2大肠杆菌共培养的策略，成功实现了淫羊藿素的生物合成，其产量分别为7.2和19.7 mg/L。该研究首次搭建了晚期肝癌候选药物淫羊藿素的人工生物合成途径，并通过创建微生物细胞工厂，不仅实现了以葡萄糖为碳源从头合成淫羊藿素，同时也为解决合成生物学研究可能面临的生物元件pH不适配的问题提供了可借鉴的新策略。
相关研究结果以“Complete biosynthesis of the potential medicine icaritin by engineered Saccharomyces cerevisiae and Escherichia coli”为题，发表在国际期刊《Science Bulletin》上。中国科学院分子植物科学卓越创新中心周志华研究团队，中国科学院华南植物园王瑛团队及中国科学院武汉植物园植物种质创新与特色农业重点实验室为该论文的共同完成单位，武汉植物园猕猴桃种质资源与育种学科组副研究员黄文俊为该论文的并列第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中科院先导等项目的资助。
论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321001791
图1 晚期肝癌候选药物淫羊藿素的人工生物合成途径构建
