北中医科研团队在Nature Communications发表濒危中药药效物质生物合成创新成果

近日，我校北京中医药研究院中药现代研究中心刘晓研究员、史社坡研究员、李军研究员团队围绕濒危中药肉苁蓉药效物质生物合成方向的研究论文Complete pathway elucidation of echinacoside in Cistanche tubulosa and de novo biosynthesis of phenylethanoid glycosides在Nature杂志子刊、自然指数期刊Nature Communications发表。文章首次报道了管花肉苁蓉中结构最为复杂的苯乙醇苷类成分——松果菊苷的全生物合成途径，并实现了23个苯乙醇苷类化合物在烟草中的异源从头合成。

肉苁蓉为一味著名的珍稀名贵补益中药，始载于《神农本草经》，具有补肾阳、益精血、润肠通便、延缓衰老等功效，被誉为“沙漠人参”。肉苁蓉为沙生寄生植物，野生资源濒临枯竭，被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约（CITES）》附录Ⅱ。以松果菊苷 (echinacoside) 为代表的苯乙醇苷类化合物 (phenylethanoid glycosides，PhGs) 为肉苁蓉的特征性成分，也是《中国药典》中肉苁蓉药材质控的指标性成分。具有改善性功能、提高学习记忆能力、防治神经退行性疾病等生物活性。

近年来，利用合成生物学策略实现活性天然产物生物合成途径的异源重构，构建细胞工厂实现关键活性成分的异源合成，成为突破珍稀濒危中药材关键活性成分来源难题的有效途径。“支持珍稀濒危中药材替代品的研究和开发利用”已明确写入《中共中央国务院关于促进中医药传承创新发展的意见》中。目前，以松果菊苷为代表的肉苁蓉苯乙醇苷类化合物的生物合成通路尚未被完全解析。

该研究以松果菊苷为目标，成功完成了14条相关基因的克隆鉴定，首次揭示了由酪氨酸起始至松果菊苷的全生物合成途径。明晰了肉苁蓉中两条与酪醇生物合成相关的路径，并鉴定了酪醇后修饰阶段装配生成松果菊苷相关的糖基转移酶、酰基转移酶及P450羟化酶。进一步在烟草中重构该合成途径，在不添加任何外源前体的情况下，成功实现了红景天苷、桂叶苷A、桂叶苷B、syringalide A，syringalide A-3′-rhamnoside 等5个已知和18个新颖苯乙醇苷的异源从头合成。

此项研究为其它苯乙醇苷类化合物生物合成途径的解析提供了重要启示，亦为复杂结构苯乙醇苷类化合物的异源合成提供了理想的基因元件，还为肉苁蓉优良品种选育及苯乙醇苷类创新药物研发奠定了坚实的基础，具有重要的科学价值和应用前景。