四虎黄色-四虎黄色片-四虎黄色网址-四虎黄色影院-色五月情-色先峰

海南粗榧。受訪者供圖

三尖杉酯類(lèi)生物堿具有廣譜抗癌作用，在臨床上主要用于急性白血病的治療。然而，能天然產(chǎn)生這類(lèi)生物堿的植物幾乎都已瀕臨滅絕。因此，科學(xué)家試圖找到人工合成三尖杉酯類(lèi)生物堿的方法。

中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)熱科院）熱帶作物品種資源研究所研究員喬飛團(tuán)隊(duì)，首次解析了海南粗榧三尖杉酯類(lèi)生物堿的碳骨架分子的生物合成通路，并明確了多巴胺和4-羥基苯丙醛（4-HDCA）的生物合成途徑，為這一廣譜抗癌藥物的生物合成奠定基礎(chǔ)。相關(guān)研究近日發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》。

瀕臨滅絕的“抗癌奇木”

論文共同第一作者喬飛告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，作為抗癌藥物，三尖杉酯類(lèi)生物堿中的高三尖杉酯堿和三尖杉酯堿已經(jīng)納入我國(guó)藥典，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局也批準(zhǔn)高三尖杉酯堿在臨床使用。

不過(guò)當(dāng)前，三尖杉酯類(lèi)生物堿主要提取自三尖杉科植物。該科植物主要有三尖杉和粗榧，生長(zhǎng)都極其緩慢，生境狹窄，多處于瀕危邊緣。

并且，這類(lèi)植物中的三尖杉酯類(lèi)生物堿含量極低，大量提取非常困難。化學(xué)合成也未能解決其商業(yè)化生產(chǎn)的難題，導(dǎo)致該藥品價(jià)格昂貴，成為其臨床上廣泛使用的主要障礙。

要想解決人工合成三尖杉酯堿的問(wèn)題，還得從其生物合成的分子機(jī)制入手。海南粗榧就這樣進(jìn)入了喬飛團(tuán)隊(duì)的視線(xiàn)。

海南粗榧主要分布在海南島，是我國(guó)特有的瀕危植物。由于海南粗榧是國(guó)內(nèi)含有抑瘤生物堿種類(lèi)最多和含量最高的樹(shù)種，其提煉的藥物對(duì)各類(lèi)腫瘤、白血病和急性淋巴癌有特殊療效，被認(rèn)為是最具潛力的天然抗癌藥源和晚期癌癥的“最后一道防線(xiàn)”，因此被譽(yù)為“抗癌奇木”。

中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所研究員李意德曾撰文，20世紀(jì)70年代，我國(guó)開(kāi)展野生植物抗癌藥物提取篩選研究，中國(guó)林科院熱帶林業(yè)研究所與中國(guó)人民解放軍187醫(yī)院等單位聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，海南粗榧中的三尖杉酯堿和高三尖杉酯堿這兩個(gè)成分具有良好的抑制癌細(xì)胞的作用，且產(chǎn)于海南的海南粗榧藥效比云南產(chǎn)的效果好很多。這項(xiàng)研究成果于1985年獲得了國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

現(xiàn)已證明，海南粗榧樹(shù)體內(nèi)天然合成的酯類(lèi)生物堿種類(lèi)最多，共有11種，尤其是在動(dòng)物及臨床試驗(yàn)上有顯著抑瘤作用的4種酯堿——三尖杉酯堿、高三尖杉酯堿、脫氧三尖杉酯堿和異三尖杉酯堿，在海南粗榧中含量最高，抑瘤效果更顯著，對(duì)各類(lèi)白血病及急性淋巴癌有特殊療效。

然而，海南粗榧生長(zhǎng)緩慢、數(shù)量稀少，零星分布于海南島熱帶雨林之中。喬飛告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，20世紀(jì)70年代，熱科院植物園里種下了兩棵海南粗榧，然而至今樹(shù)干直徑只有20厘米。

“海南粗榧在全海南大約分布有幾千株，已經(jīng)被列為國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物。而且，海南粗榧開(kāi)花成熟需要200多年的生長(zhǎng)期。”已在海南工作12年的喬飛只見(jiàn)過(guò)兩株成年海南粗榧結(jié)果。海南粗榧雌雄異株，那些零星分布的雌樹(shù)，往往由于周?chē)狈π蹣?shù)而無(wú)法受精結(jié)果。

如何在大量獲取抗癌藥物的同時(shí)不破壞野生植物資源？這成為喬飛團(tuán)隊(duì)要解決的難題。

解析碳骨架合成通路

資料顯示，三尖杉酯類(lèi)生物堿屬于苯乙基異喹啉類(lèi)生物堿（PIAs）。PIAs是一類(lèi)重要的天然產(chǎn)物，主要有3種類(lèi)型：秋水仙堿、三尖杉?jí)A和高刺酮堿。該類(lèi)化合物具有相同的碳骨架，但是其碳骨架的生物合成通路一直未能被詳細(xì)勾勒出來(lái)。

論文共同通訊作者、熱科院熱帶作物品種資源研究所助理研究員孫化鵬介紹，為解決三尖杉酯類(lèi)生物堿人工合成的難題，2011年開(kāi)始，他們選擇三尖杉科植物中生物堿含量最高的海南粗榧作為研究對(duì)象，希望解析其合成通路，并找到相關(guān)的關(guān)鍵基因。

然而，作為一種裸子植物，海南粗榧基因組龐大，估計(jì)約有20G大小，目前尚未獲得可供參考的基因組圖譜。而對(duì)三尖杉酯類(lèi)生物堿的生物合成通路的解析，在世界上尚屬空白，沒(méi)有可以參考的資料。這為解析合成通路、尋找關(guān)鍵基因帶來(lái)了巨大的困難。

“三尖杉酯類(lèi)生物堿的生物合成已知分為上中下游三條主要通路。”喬飛介紹，第一步，上游通路合成碳骨架，這種骨架在PIAs中基本相同；第二步，中游通路對(duì)碳骨架進(jìn)行變構(gòu)，把碳骨架“扭”成不同結(jié)構(gòu)，形成母核；第三步，下游通路給母核加上一個(gè)小分子組成的“小尾巴”，使得該結(jié)構(gòu)獲得活性，從而成為不同類(lèi)型的三尖杉酯類(lèi)生物堿。

“我們從上游通路入手，對(duì)關(guān)鍵氨基酸進(jìn)行搜尋、功能注釋、進(jìn)化分析等，推測(cè)其可能屬于病程相關(guān)蛋白家族。”喬飛解釋道，病程相關(guān)蛋白原來(lái)是一類(lèi)作用不明晰的蛋白質(zhì)，往往在植物遭受病害的條件下大量產(chǎn)生，故而得名。

借助全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組，他們對(duì)病程相關(guān)蛋白家族成員進(jìn)行了逐個(gè)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究，他們發(fā)現(xiàn)了PIAs碳骨架形成關(guān)鍵酶PSS。進(jìn)而他們又對(duì)PIAs母核上游生物合成中7步共30個(gè)候選基因進(jìn)行了全部的功能驗(yàn)證，打通了整個(gè)合成通路。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三尖杉酯類(lèi)生物堿碳骨架由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)性化合物4-HDCA和多巴胺縮合而成。

自半個(gè)多世紀(jì)之前發(fā)現(xiàn)多巴胺以來(lái)，人們已經(jīng)逐步明確其在多數(shù)動(dòng)植物中均由酪氨酸衍生而來(lái)。但在能合成生物堿的植物中，人們并沒(méi)有找到合成多巴胺的同源基因。這使得生物堿植物中多巴胺的生物合成成為一個(gè)待解之謎。

孫化鵬介紹，他們經(jīng)過(guò)多輪篩選驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，明確了多酚氧化酶PPO家族承擔(dān)著在生物堿植物中催化合成多巴胺的作用。而4-HDCA由肉桂酸羥基化形成。二者在病程相關(guān)蛋白催化之下，縮合形成了PIAs碳骨架，完成了上游通路。

從三角瓶到工業(yè)發(fā)酵罐

“上游合成通路的解析將極大幫助我們利用生物工程技術(shù)生產(chǎn)三尖杉酯類(lèi)生物堿藥物，不僅可以降低藥物的價(jià)格，還可以減少?gòu)囊巴獠杉参铮瑥亩Ｗo(hù)野生植物。”喬飛說(shuō)。

不過(guò)，喬飛認(rèn)為，由于中游和下游通路尚未解析，距離人工生物合成三尖杉酯類(lèi)生物堿藥物尚遠(yuǎn)。因此，他們準(zhǔn)備效仿美國(guó)和韓國(guó)利用紅豆杉細(xì)胞反應(yīng)器生產(chǎn)紫杉醇的方

法，研發(fā)利用海南粗榧細(xì)胞工程技術(shù)，創(chuàng)建適合液體懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞系，誘導(dǎo)產(chǎn)生三尖杉酯類(lèi)生物堿。據(jù)悉，這一工作已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室階段獲得了進(jìn)展。

“接下來(lái)就是研究如何提高產(chǎn)量。此外，從三角瓶的實(shí)驗(yàn)室研究放大到工業(yè)發(fā)酵罐，其間還有非常多的工藝需要研發(fā)。”喬飛告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，目前，類(lèi)似的發(fā)酵工藝僅被少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握，作為技術(shù)秘密沒(méi)有資料可以參考，他們只能一步步攻克難關(guān)。

這項(xiàng)工作為獲取該類(lèi)生物堿提供了新思路和方法，為保護(hù)和開(kāi)發(fā)海南粗榧奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“我國(guó)熱帶地區(qū)植物資源豐富，蘊(yùn)含著豐富的基因資源。特別是藥用植物方面，很多珍稀基因資源仍有待挖掘。基因資源、代謝通路明確后，即可結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)，通過(guò)基因工程、細(xì)胞工程等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)藥物現(xiàn)代化生產(chǎn)。”喬飛說(shuō)。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2209339120

（原標(biāo)題《瀕危“抗癌奇木”的“煉藥”之路》）