【中药资源】西南大学与昆植所合作ACS catal | 解析莨菪碱生物合成最后一环及莨菪碱脱氢酶催化机制

莨菪碱（hyoscyamine）及其消旋体阿托品（atropine）和其衍生物东莨菪碱（scopolamine）均属于托品烷生物碱（Tropane Alkaloids，TAs），为抗胆碱临床基本药物。茄科药用植物是商业化生产TAs的唯一来源，但TAs在植物中含量很低，导致其价格高昂。采用代谢工程技术培育TAs含量高的药用植物或基于合成生物学技术生产TAs成为相关医药行业共同追求的重要目标，而实现这一目标的前提是鉴定TAs生物合成途径基因。国外科学家在著名期刊《 Natural Product Reports 》（天然产物报告）发表题为《Tropane alkaloidbiosynthesis. A century old problem unresolved》的评论（Humphrey & O’Hagan. Natural Product Reports . 2001），认为TAs生物合成是一个世纪以来还没有解决的问题。

图1. 茄科植物托烷生物碱的生物合成途径

近日，西南大学廖志华教授和中国科学院昆明植物所黄胜雄研究员团队，采用多学科研究方法，发现鉴定了莨菪醛脱氢酶（ hyoscyamine dehydrogenase，HDH ），该酶又名莨菪醛还原酶（hyoscyamine aldehyde reductase，HAR）。 HDH 是一个能够催化莨菪醛和莨菪碱双向转化的氧化还原酶，但在生理条件下 HDH 主要发挥将莨菪醛还原为莨菪碱的催化功能；蛋白质晶体研究结果发现HDH仅能够利用[4 R - ² H] NADPH作为还原力，较低的催化活性表明 HDH 是限速酶；在颠茄发根中过表达 HDH 能够大幅度提高TAs产量（图2）。 HD H 的发现标志着以莨菪碱为代表的药用TAs生物合成途径完整解析 ，终结了“Tropane alkaloid biosynthesis. A century oldproblem unresolved”。

图2. HDH还原莨菪醛生成莨菪碱的催化机制

该研究得到NSFC-云南联合基金重点项目、国家转基因重大专项、国家重点研发计划和第四次全国中药资源普查专项等项目的资助，相关成果《 Biochemical and metabolic insights into hyoscyaminedehydrogenase 》于2月18日发表在国际著名期刊《 ACS Catalysis 》（美国化学学会·催化）（影响因子12.35）。西南大学生命科学学院含弘博士后邱飞为该论文的第一作者，昆明植物所颜一军副研究员和西南大学生命科学学院博士生曾俊岚为并列第一作者，廖志华教授和黄胜雄研究员为该论文共同通讯作者。鉴于TAs生物合成基因具有巨大商业价值，西南大学在2019年申请了 HDH 发明专利并于2020年获得授权，该发明专利转让给成都上交致远生物科技有限公司。

致谢：感谢西南大学廖志华老师课题组对本号的支持，感谢该课题组提供本文稿件支持！

转载 自 遇见生物合成 ，版权归原作者所有。请尊重他人的劳动果实，公众号转载请务必注明出处及微信号。

免责声明：药用植物研究前沿尊重并倡导保护知识产权，本文所引述机构或个人的观点、言论、数据及其他信息仅作参考和资讯传播之目的，不代表药用植物研究前沿赞同其观点或证实其描述。如发现违法或不良信息，请发送邮件至[email protected]，我们将及时处理。