我國學者揭示黃酮碳苷化合物通過IL10因子的鎮痛機制

　　近日日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王勇研究組在Communications Biology 雜志在線發表了題為Pathway-specific enzymes from bamboo and crop leaves biosynthesize anti-nociceptive C-glycosylated flavones 的研究論文。該研究揭示了碳苷黃酮在禾本科植物中的分布規律和合成過程，最終在微生物底盤中實現了稀有黃酮碳苷的從頭合成，并揭示了黃酮碳苷化合物異葒草苷獨特的抗炎鎮痛機制。

　　竹子是一種單子葉禾本科植物，具有悠久的藥食兩用歷史，被認為能夠“清熱除煩，生津利尿”。竹葉中的黃酮成分是其主要的藥效物質，但其生物合成和藥理學機制都缺乏深入研究。本研究對竹葉中稀有的碳苷黃酮進行了研究。相比于常見的氧苷黃酮，碳苷黃酮在自然界來源稀少，但其結構更加穩定，也具有更多樣的藥理活性。本文對禾本科植物黃酮碳苷產物譜進行的研究，發現了該類化合物在不同禾本科植物中有其進化上的分布規律。玉米、谷子等PACMAD分支的作物主要生產黃酮單糖碳苷，而BOP分支（水稻、小麥等）主要生產黃酮雙糖碳苷。通過比較基因組分析，研究者在水稻、二穗短柄草、毛竹、小麥、玉米、高粱和谷子的基因組共線性區域中發現了可能參與黃酮碳苷的生物合成的32個呈串聯重復排列的UGT708A家族糖基轉移酶。進一步的進化分析發現這些糖基轉移酶可分成A、B兩個分支。體外功能驗證表明，這些UGT參與了黃酮碳苷途徑中間體2-羥基柚皮素的碳苷糖基化。其中A分支是嚴格的以UDP-葡萄糖為底物的糖基轉移酶，而B分支對糖基供體的識別具有雜泛性，可以同時識別UDP-葡萄糖和UDP-阿拉伯糖。研究者又進一步深入挖掘了禾本科植物中參與稀有碳苷黃酮合成的其他酶。從毛竹基因組中挖掘了兩個未知的黃酮羥化酶，與柚皮素前體合成模塊、碳苷糖基化模塊共同整合至大腸桿菌底盤細胞中后驗證了它們的功能。通過利用不同物種（水稻、玉米、高粱、毛竹、擬南芥）來源的黃烷酮2位羥化酶和黃烷酮3’位羥化酶的正交組合，研究者最終在大腸桿菌系統中成功實現了葒草苷、異葒草苷、牡荊素和異牡荊素等四種稀有黃酮碳苷的從頭合成，在搖瓶中其產量均達到20~30 mg/L水平。

　　研究者又進一步對這些碳苷黃酮單體的活性進行了評價，發現異葒草苷（isoorientin）具有顯著的抑制疼痛活性。其在小鼠福爾馬林致痛實驗I相的鎮痛作用與陽性對照藥物羅通定相當，II相的鎮痛作用與陽性對照藥物阿司匹林相當。進一步的靶標實驗發現，異葒草苷可以抑制福爾馬林誘導的TNF-α的產生，并以劑量依賴的方式增加抗痛覺過敏細胞因子IL-10的產生發揮抗炎鎮痛的作用，通過靶向TRPV1和NR2B信號通路實現神經保護鎮痛。

　　該研究闡明了竹子等禾本科植物中稀有黃酮碳苷的合成途徑，并對這些碳苷單體的抗炎鎮痛作用進行了評價，揭示了其可能的藥理機制。為深入開發禾本科植物資源及其所蘊含的稀有活性成分奠定了基礎。

　　王勇為該論文的通訊作者，天然產物合成生物學研究組助理研究員孫雨偉、博士生陳卓、上海海洋大學食品科學與工程學院副教授楊靖亞共同完成了這一工作。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院先導B及植物分子遺傳國家重點實驗室的資助。