蛇足石杉聚酮合酶与石杉碱甲的生物合成相关性研究及其在组合合成中的应用
植物聚酮合酶是植物中广泛存在的一大类能够催化合成植物多酚类成分的酶的总称,催化起始底物(酰基辅酶A）与丙二酰辅酶A反复地缩合形成链状聚酮中间体,再经过Claisen、Aldol等环化方式生成查耳酮、二苯乙烯、间苯三酚等结构多样的天然产物和非天然小分子.而起始底物、缩合丙二酰辅酶A分子数以及环化机制的不同,使其可以生成结构多样的”非天然的天然产物”.因此筛选新颖的植物聚酮合酶并且发掘其生物学功能,对于组合合成或仿生合成结构新颖多样的复杂非天然的天然产物库具有重要意义.石杉碱甲是一种石松属类生物碱，最早从蛇足石杉Huperzia serrata中分离得到，后因发现其是一种高效、可逆、高选择性的乙酰胆碱酯酶抑制剂而备受关注。目前石杉碱甲主要来自于野生资源，但因植物体内含量低、植株生长缓慢而难以满足需求；有机全合成步骤多、产量低。近来同位素研究推测石榴碱是石杉碱甲生物合成途径中的一个重要中间体，在一种酶的催化作用下可以和4PAACoA缩合生成石松属生物碱的重要前体phlegmarine（Fig.1a）。根据植物聚酮合酶催化机制，其有可能参与了该步偶合反应生成重要前体的步骤（Fig.1b）。因此，从蛇足石杉中筛选新颖植物聚酮合酶挖掘其催化机制，不仅有利于阐明石杉碱甲生物合成机制，也可以以此为工具酶开展组合合成，构建结构新颖多样的非天然小分子库进行活性先导化合物的筛选，为活性小分子的发现提供新的思路。目前，从蛇足石杉中成功获得三个基因。其中HsPKS3兼具多种功能，可催化合成简单喹诺酮生物碱、苄基丙酮、姜黄素类等成分。更为特别的是，HsPKS3能接受两个完全不同的底物并催化其发生“头碰头”缩合，生成C-2位取代喹诺酮生物碱和1,3-二酮类分子。目前，具备如此多样催化功能的PKS尚属首次发现。以HsPKS3作为工具酶，含有芳香环、杂环、饱和脂肪链等结构多样的辅酶A硫酯为起始底物，丙二酰辅酶A、非天然的延长单位如β-酮酸和β-酮酸的NAC硫酯等为链延长单位，开展了初步的组合合成研究，得到了系列喹诺酮及1,3-二酮类成分，并发现部分分子具有显著的抗炎活性。研究成果为酶催化构建非天然小分子化合物库并用于先导化合物的发现提供了参考。
蛇足石杉 聚酮合酶 石杉碱甲 生物合成 生物学功能
王娟
北京中医药大学
国内会议
北京
中文
1-2,1-24
2016-12-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）