人参皂苷生物合成和次生代谢工程人参皂苷生物合成和次生代谢工程.pdf

中国生物工程杂志 ChinaBiotechnology，2009，29(10)：102～108 人参皂苷生物合成和次生代谢工程 术 吴 琼 周应群 孙 超 陈士林 (中国医学科学院／北京协和医学院药用植物研究所 北京 1000193) 摘要 人参皂苷属于植物三萜皂苷类化合物，是传统名贵药材人参和西洋参的主要活性成分，具 有抗炎、抗氧化作用，还有广泛的抗肿瘤作用。人参皂苷与植物 甾醇共享前期代谢途径，通过2， 3氧化鲨烯环化步骤进入三萜代谢分支途径，在三萜碳环骨架复杂修饰的基础上形成人参皂苷。 综述了近年人参皂苷生物合成途径及关键酶基因研究的必威体育精装版进展，揭示了人参皂苷生物合成的 基本途径，对途径中关键酶的基因进行了综述，并结合次生代谢工程技术，探讨了该技术在人参 皂苷生物合成 中的应用前景。 关键词 人参皂苷 生物合成 关键酶 代谢工程 中图分类号 Q819 人参皂苷 (ginsenoside)是五加科 (Araliaceae)植物 作为原初供体，经过甲羟戊酸 (Mevalonate)中间物合成 人参 (Panaxginseng)和西洋参 (Panaxquinquefolium)的 异戊 烯焦磷 酸 (IPP)和二 甲基 烯丙 基焦磷 酸 主要活性成分 。迄今为止已经发现的人参皂苷约有 (DMAPP)；(2)通过烯丙基转移酶 (prenyltransferase) 40余种，然而作为人参皂苷的主要来源，人参、西洋参 和萜类环化酶的催化合成2，3-氧化鲨烯；(3)2，3一氧 需要4～15年的生长栽培阶段，生产上 由于连作障碍 化鲨烯依次经过环化、羟基化、糖基化对三萜碳环骨架 和病虫害的困扰，其品质及其生长环境受到严重限制； 进行复杂修饰，最终形成达玛烷型和齐墩果酸型人参 同时，具有独特药理活性的人参皂苷含量稀少，如 R 、 皂苷 。 Rb2、Rh2等抗癌成分含量甚微 J。近年来，植物次生 1．1 IPP和DMAPP的合成 代谢工程发展迅速，应用分子生物学和基因工程方法， 首先两分子乙酰辅酶A在乙酰辅酶A酰基转移酶 在微生物中重建药用次生代谢物生物合成途径 已有初 (AACT)催化下缩合生成乙酰乙酰辅酶A(acetoacetyl- 步的研究和实践。随着三萜皂苷生物合成途径及其关 CoA)，随后在 HMG—CoA合成酶(HMGS)化下继续与一 分子乙酰辅酶A缩合形成 3一羟基-3一甲基戊二酰辅酶A 键酶的研究不断取得进展，为通过次生代谢工程手段 (HMG—CoA)，上述反应需要Fe 和质体醌(quinone)的 生产稀有人参皂苷奠定了基础。深入揭示人参皂苷的 协助完成 (图1)。在NADPH的协助下，3．羟基．3．甲 生物合成途径，构建适宜的微生物表达体系，对大规模工 基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)催化HMG—CoA生成 业化生产人参皂苷具有重要意义，鉴于缺乏相关报道，本 6碳中间体 甲羟戊酸 (mevalonate，MVA)，这一步是 文综述了人参皂苷生物合成途径及其关键酶基因研究的 MVA途径中的第一个关键步骤 。在ATP的存在下，甲 必威体育精装版进展，并探讨了人参皂苷生物合成的前景。 羟戊酸激酶 (MVK)和磷酸甲羟戊酸激酶(PMK)依次 1 人参皂苷的生物合成途径 催化 MVA生成磷酸 甲羟戊酸 (mevalonatephosphate， MVAP)