天然产物白藜芦醇代谢工程研发进展
杨顺楷 四川 成都
研发背景
近期湖南科技厅召开了“白藜芦醇合成生物学制造技术”项目成果鉴定会。该项目通过在解脂亚洛酵母中合成基因筛选、莽草酸途径强化、中心碳代谢流重塑、关键基因表达优化、多拷贝整合工具构建、高产菌株高通量筛选等研究，构建了高效的白藜芦醇合成细胞工厂，为植物次生代谢产物的高效合成奠定了底盘技术基础。30吨发酵罐规模白藜芦醇产量、转化率和生产强度均达到最高国际水平，并实现了发酵法生产白藜芦醇的分离与高纯度提取。
白藜芦醇简介
白藜芦醇是一种植物天然产物或次生代谢产物，其小分子及其聚合物一类物质的总称称为芪类化合物。它具有均二苯乙烯的结构。该物质在植物界正常组织中含量低，单和二酚羟基芪类化合物主要存在于植物组织木质部的薄壁细胞中。当植物受到病菌感染或外界刺激时，收到刺激部位的芪类化合物的总含量显著增加，它是植物体内的应激产物。
从天然药物化学评估，芪类化合物具有抗神经变性活性。例如存在于红葡萄和红酒中的白藜芦醇，具有显著的抗肿瘤活性，其它在降血脂、防止心血管疾病、抗氧化、及延缓衰老等作用比较显著，被誉为是继紫杉醇后又一个抗癌药物。1998年被列入美国100种《抗衰老圣典》最热门有效的抗衰物质之一。
近年欧美市场上市的白藜芦醇高端制剂产品已经有1000余种，使用者达到2亿人，并以每年5000万人递增。2019年估计，未来的8年内将达到5-8亿美元。业内人士认为，制剂市场的上升，将进一步推动原料产品需求的增长，形成一个白藜芦醇巨大的全球医保产业市场。
白藜芦醇生物合成途径
植物的苯丙素及其乙酸代谢途径中，苯丙氨酸或酪氨酸经由苯丙氨酸解氨酶（PAL）或酪氨酸解氨酶（TAL）作用下，裂解生成肉桂酸或对-香豆酸；肉桂酸经由CA-4 羟基化酶（C4H）的作用，生物催化形成香豆酸；再经香豆酰连接酶（4CL）酶促生成香豆醛-CoA；1个分子的香豆酰-COA和3分子的丙二酰-CoA，在芪类化合物合成酶（RS）作用下，合成了白藜芦醇目标产物。
此外，多种真菌和酵母也能合成香豆素。
微生物转化法生产白藜芦醇
该法以中药虎杖为原料，借助筛选出的高效曲霉菌株，生物转化虎杖中含有的白藜芦醇苷作为底物，酶法水解底物，积累目标小分子产物白藜芦醇。转化产物后处理，经由大孔吸附树脂和聚酰胺层析，获得纯度96%的白藜芦醇。该方法制白藜芦醇，转化率达105%，纯化总收得率69.8%。同常规的植物提取工艺比较，白藜芦醇的产量提高了3.3倍，同时还可回收得到纯度84.2%的大黄素。此法工艺简便，成本低廉，白藜芦醇产品容易商品化，具有较好的工业化应用前景。
化学法工艺生产白藜芦醇
天然药物化学将白藜芦醇列入具有C6-C3-C6的黄酮类化合物，即两个苯环通过中央三碳链相互联结而成的一系列化合物，化学合成产品是反式-白藜芦醇；问题该方法涉及环保、高能耗，并不是21世纪绿色化工追求的目标。
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