研究實現稀有人參皂苷CK的生物合成

　　3月7日，國際學術期刊Cell Research在線發表了關于酵母從單糖合成稀有人參皂苷compound K (CK)的最新研究成果Production of bioactive ginsenoside compound K in metabolically engineered yeast。該研究發現與鑒定了一個來源于人參的UDP-糖基轉移酶(UGTPg1)，它特異性催化達瑪型四環三萜化合物中的C-20S羥基糖基化，在酵母底盤細胞中將其與人工構建的原人參二醇合成途徑共表達，實現了從單糖到稀有人參皂苷CK的生物合成。

　　人參號稱“百草之王”，在中國、韓國和日本用于強身、保健、防病以及抗衰老已有上千年的歷史了。人參皂苷是人參中的主要有效成份，屬于三萜類化合物，目前已經從人參中分離出了至少60種人參皂苷。稀有人參皂苷CK是口服人參或人參總皂苷后在血液中檢測到的主要活性成分，被認為是人參在體內代謝后被吸收到血液并發揮作用的主要活性分子。CK被報道具有抗癌、保肝、抗炎癥和治療糖尿病等多種潛在藥用價值，由于其在防治關節炎方面的效果已完成臨床前實驗，2013年國家食品藥品監督管理總局批準開展相關臨床實驗。

　　由于CK始終沒有在人參總皂苷中檢測到，目前主要是通過對原人參二醇型皂苷進行糖基水解來獲取它。這類制備方法依賴于人參皂苷資源的供給。由于野生的人參資源已基本耗竭，而人參的人工栽培又面臨生長周期長、病蟲害和連作障礙等問題，人參皂苷資源的供給、品質及安全性都面臨挑戰。

　　利用合成生物學合成人參皂苷近年來受到極大的關注，2011年韓國科學家在克隆與鑒定原人參二醇合成途徑關鍵酶的基礎上構建了可以生產原人參二醇的酵母細胞，2012年他們又鑒定了催化原人參二醇產生原人參三醇的細胞色素P450(CYP716A53v2)。今年1月底中國科學院天津工業生物技術研究所研究員張學禮課題組和中國中醫科學院中藥資源中心黃璐琦研究員課題組合作構建了同時產齊墩果酸、原人參二醇和原人參三醇的“人參酵母”細胞工廠。上述工作提供的酵母合成皂苷元的技術，為在真正意義上實現合成人參皂苷奠定了基礎。

　　該研究首次構建了可以生產‘非天然人參皂苷’的酵母細胞工廠，實現了人參皂苷的生物合成。并基于重組酵母細胞中一種新化合物(20S-O- β-(D-glucosyl)-dammarenediol II)的發現與鑒定，證實了在重組酵母細胞中存在著兩條合成CK的代謝途徑，這暗示著人參中也存在著類似的兩條平行的人參皂苷合成途徑。該研究是 “973”項目“新功能人造生物器件的構建及集成”的重要組成部分，項目的組織者是中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所趙國屏院士。研究工作由中科院合成生物學重點實驗室周志華研究組和中科院上海藥物研究所岳建民研究組合作完成，同時還獲得了中科院知識創新工程重要方向的資助。