昆明植物所關于喜樹堿C9位后修飾酶的研究取得進展

喜樹堿是一類單萜吲哚生物堿，存在于喜樹、青脆枝和短小蛇根草等植物中。喜樹堿可以選擇性地結合DNA拓撲異構酶I并抑制其活性，從而發揮抗腫瘤活性。國內外學者研究了喜樹堿類似物的化學半合成和全合成，并積累了喜樹堿衍生物的構效關系數據。例如，在喜樹堿C-9位或C-10位引入羥基、硝基和氨基等活性基團，可提高喜樹堿的抗腫瘤活性和水溶性。在自然界中，其他C-9位修飾的喜樹堿類似物展現出良好的抗腫瘤活性。C-9位修飾的喜樹堿類似物在新型喜樹堿抗體偶聯藥物的設計和創制等方面具有潛在的應用價值。然而，喜樹堿完整的生物合成途徑未被完全解析，喜樹堿C-9位的羥基化和甲基化等后修飾酶也未被發現。

中國科學院昆明植物研究所植物化學與天然藥物重點實驗室天然藥物化學前沿交叉團隊聚焦于重要藥用生物堿的生物合成和調控機制解析，并取得了一系列成果。近期，該研究組以生產喜樹堿的云南省特色植物毛假柴龍樹為研究對象，結合代謝組和轉錄組數據分析，通過體外酶活驗證、煙草瞬時表達和酵母體內功能驗證等手段，在毛假柴龍樹中鑒定了4條喜樹堿C-9位后修飾酶相關基因。其中，1條細胞色素CYP450（NtCPT9H），負責喜樹堿C-9位的羥化；2條O-甲基轉移酶（NtOMT1/2），可催化9-羥基喜樹堿的氧甲基化；1條UDP-糖基轉移酶（NtUGT5），負責9-羥基喜樹堿的糖基化。分子對接和定點突變實驗闡明了NtCPT9H行使區域選擇性氧化功能的3個關鍵氨基酸殘基。研究通過亞細胞定位實驗證明，NtCPT9H定位于內質網上，而NtOMT1/2和NtUGT5定位于胞質中。上述研究為利用代謝工程等手段異源合成喜樹堿及其衍生物奠定了遺傳基礎，并有望加速新型C-9修飾喜樹堿衍生物的創制。

相關研究成果以Identification and characterization of camptothecin tailoring enzymes in?Nothapodytes tomentosa為題，發表在《植物學報（英文版）》（Journal of Integrative Plant Biology）上。研究工作得到國家自然科學基金和云南省“興滇英才支持計劃”等的支持。

論文鏈接

喜樹堿后修飾酶體內和體外功能驗證