愈创木烷型内酯具有诸多药用活性,很多这类化合物具有较强抗癌功效,该类化合物在植物中通常只有万分之几的含量,如此低含量的合成限制了该类化合物的开发利用,但由于其显著药用价值,部分该类化合物仍然被用于临床抗癌实验,比如人们从地中海地区的毒胡萝卜中分离出毒胡萝卜素(Thapsigargin),其衍生物已被开发成治疗前列腺癌的药物。
该类化合物分子结构中的内酯基团是其活性基团,也决定了其药用价值。按照内酯结构可将这类化合物分为两类即:C12,6以及C12,8内酯,目前科学家已成功解析了C12,6内酯基团形成机制,但对于C12,8内酯基团形成的认识尚是一片空白。为了解析C12,8内酯基团的形成机制,中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室博士研究生苟君波在章焰生研究员的指导下,利用菊科植物旋复花为研究材料,借助转录组测序技术揭开了C12,8内酯基团形成的神秘面纱,发现该种活性基团形成是利用吉马烷型化合物大根香叶烯A酸为底物,然后在特种细胞色素P450酶CYP71BL6的作用下在其C8位置形成羟基,该羟基然后自由攻击C12位置的羧基,经过脱水最终形成C12,8内酯基团。CYP71BL6基因的分离为C12,8内酯化合物的人工合成提供了可能,为了探讨人工酵母合成C12,8内酯的可能性,苟君波博士将CYP71BL6基因导入了酵母细胞,结合大根香叶烯A酸合成通路的引入,发现人工构建的酵母工程菌能够自动化合成C12,8内酯化合物。
该课题得到了国家自然科学基金面上项目的资助(基金编号为31370339),所取得的成果已以“Discovery of a non-stereoselective cytochrome P450 catalyzing either 8α- or 8β-hydroxylation of germacrene A acid from the Chinese medicinal plant, Inula hupehensis”为题,在国际权威植物学杂志Plant Journal上进行了发表。
论文链接: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.13760/epdf
图1. CYP71BL6酶催化C12,8内酯基团形成
图2. 基于CYP71BL6基因人工酵母菌成功合成C12,8内酯化合物