红景天苷生物、化学和生物催化合成的分子理论及应用

红景天苷是红景天属植物的主要活性成分之一,研究红景天苷的高效合成具有重要的科研和应用价值。本文全面概述近年来合成红景天苷的研究状况,主要包括生物合成途径、化学合成途径、生物催化合成途径。对生物合成途径中红景天苷的代谢合成途径、关键酶及基因、实践现状进行了分析;总结了以Koenigs-Knorr法为理论基础的化学合成的研究进展;对具有广泛发展前景的体外生物催化合成状况进行了理论与实践的概述。通过对这些合成方法的展望,为人们了解合成红景天苷的研究现状、进一步深入研究提供参考。     

微生物法合成红景天苷

红景天苷是红景天属植物的主要有效成分之一,具有耐缺氧、抗辐射、抗疲劳、抗肿瘤、降血糖、提高免疫力等多重功效。随着其需求量的日益增加和植物资源的不断减少,微生物法合成红景天苷因具有周期短和易调控等优势而倍受关注。目前微生物法合成红景天苷尚处于基础研发阶段,为了方便相关领域研究者系统了解其研究现状和探讨其未来发展方向,文中对红景天苷生物合成途径、糖基转移酶、野生菌/天然酶资源和工程菌/重组酶体系进行了综述。     

红景天甙生物合成途径：酪醇合成的起始反应及其糖基化

红景天甙(Salidroside)生源途径分子机制的解析是利用基因工程、代谢工程技术合成目标化合物的基础。糖基化是红景天甙生物合成的最后一步反应。在前期工作中,本课题组率先报道了与红景天甙生物合成相关的3个尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶(UGTs)基因,在体外酶学性质研究的基础上,利用根癌农杆菌和发根农杆菌介导分别建立了相关转基因体系,鉴别了红景天甙生物合成最适UGT及植物和毛状根生物反应器系统合成红景天甙的效率差异;酪醇(Tyrosol)是红景天甙糖基化反应的甙元底物分子,其具体的代谢通路及其调控机制仍不明确。针对酪醇生物合成来源主要存在两种观点:一是酪醇可能来自于苯丙烷代谢途径产生的4-香豆酸,该途径起源于苯丙氨酸;二是生物碱代谢途径的中间产物酪胺可能是酪醇生物合成的前体,该途径则起源于酪氨酸。在后续工作中,否定了酪醇来源于苯丙烷代谢途径的可能性,进一步的工作证实酪氨酸脱羧酶(TyrDC)在酪醇生物合成的起始反应中担负着重要功能,酪醇作为一种苯乙烷类化合物衍生物,其生物合成来源于生物碱代谢途径。     

红景天甙的生物合成及其关键代谢酶研究

红景天甙是红景天属植物的主要药效成分,是一种很有前途的环境适应药物,具有抗疲劳、抗衰老、抗微波辐射、抗病毒及抗肿瘤等特异功效,尤其在军事、航天、运动及保健医学上具重要应用价值,近年来备受关注。本文在介绍了红景天属植物的开发利用价值及资源现状的基础上,重点探索了红景天甙生物合成的可能途径。认为其甙元酪醇是经由莽草酸途径合成,再由UDP葡萄糖基转移酶（Glucosyltransferase）催化葡萄糖和酪醇合成红景天甙,而红景天甙又可能在β-D-葡萄糖苷酶作用下降解为甙元酪醇和葡萄糖。文章阐述了参与红景天甙代谢的上述两个关键酶的研究现状及前景。     

红景天苷对运动后自由基和能量代谢改变的影响

目的:探讨红景天苷在运动过程中对自由基和能量代谢相关指标的作用,从抗氧化系统、能量代谢系统等方面研究红景天苷抗运动性疲劳的机制。方法:本研究采用小鼠运动模型,40只雄性小鼠随机取分为4组(n=10):红景天苷运动组,红景天苷安静组,运动对照组,安静对照组。红景天苷运动组和安静组两组以150 mg/(kg.d)的红景天苷灌胃给药,运动和安静对照组两组以同样体积蒸馏水灌胃,连续给药2周;末次灌胃30 min后,运动组进行无负重游泳120 min,然后测定与运动性疲劳相关的生化指标。结果:研究结果表明,红景天苷能够提高运动小鼠肝脏内超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等抗氧化酶活性,降低丙二醛(MDA)含量;红景天苷具有稳定运动小鼠血糖,增加肝、肌糖原储备,防止长时间运动后血糖和肝、肌糖原水平降低的作用;红景天苷可提高运动小鼠血浆总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)及游离脂肪酸(FFA)的水平,有影响不同状态下的脂肪代谢,促进脂肪利用的作用。结论:红景天苷对运动过程中自由基和能量代谢改变的影响是其抗运动性疲劳的机制之一。     

罗汉果甜苷降糖机制及生物合成研究进展

甜苷是罗汉果中具有降糖作用的葫芦烷三萜类化合物,其血糖调节机制复杂,迄今尚未完全阐明。此外,甜苷含量低,通过对甜苷合成代谢中关键酶的克隆与功能表征有效增加其产量。本文综述了罗汉果甜苷的降糖机制及分子合成途径,探讨了当前研究所面临的问题,以期为甜苷的药物开发和生物合成研究提供参考。     

红景天苷通过调节p38和JNK信号通路抑制BV-2细胞分泌炎性因子

红景天苷是传统中药红景天的主要成分,已有研究显示红景天苷具有一定的抗炎性作用。本研究旨在探讨红景天苷对BV-2细胞炎性反应的调节作用及可能机制。实验分为对照组、脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)组、红景天苷组、红景天苷预处理+LPS组,用100μg/L LPS和/或10 mg/L红景天苷处理BV-2细胞,收集细胞培养基上清(条件培养基),采用real-time PCR方法检测细胞IL-6和TNF-αm RNA表达水平,ELSIA方法检测培养基IL-6和TNF-α含量,条件培养基处理PC12细胞24 h后,Hoechst 33258染色检测细胞核形态学改变,cell counting kit 8(CCK-8)试剂盒检测细胞活力,免疫印迹方法检测BV-2细胞p38和JNK的磷酸化水平。结果表明100μg/L LPS处理可显著提高BV-2细胞内IL-6和TNF-α的表达水平(P0.05)。红景天苷可显著下调LPS诱导的BV-2细胞IL-6和TNF-α表达量(P0.05),下调p38和JNK的磷酸化水平(P0.05)。SB202190和SP600125可降低LPS引起的IL-6和TNF-α表达,与红景天苷共处理后可拮抗LPS的诱导效应。与LPS组相比,红景天苷预处理+LPS组的条件培养基处理后,PC12细胞的细胞活力显著升高(P0.05),同时细胞核固缩和聚集情况减少(P0.05)。以上结果提示,红景天苷可在一定程度上抑制小胶质细胞活动,通过调节p38和JNK信号通路减少炎性因子释放,从而降低PC12细胞的损伤。     

HPLC法测定红景天居群中红景天苷的分布式样

本文以HPLC法作为测定红景天苷的方法,调查红景天苷在红景天不同种、不同居群中的分布式样。实验中采集不同种、同种不同居群、同居群不同个体的红景天样品,进行红景天苷的含量测定。结果表明红景天苷在不同红景天中分布差异较大,同种不同居群间多型性、居群内及个体间多态性显著。HPLC比法简便、快速、准确、重复性好,适用于研究红景天苷在药用红景天居群中的分布。     

利用糖基转移酶UGT73B6在大肠杆菌中生物催化酚苷类天然产物

植物红景天来源的糖基转移酶UGT73B6,具有底物宽泛性,能糖基化多种天然化合物。旨在实现在大肠杆菌中生物催化合成酚苷类化合物。利用糖基转移酶UGT73B6的催化活性,在大肠杆菌BL21(DE3)中饲喂7种不同酚类化合物,通过生物转化的方法,首次实现利用糖基转移酶UGT73B6催化8种糖苷化合物的合成,进一步探索了糖基转移酶UGT73B6的底物宽泛性。在此基础上,提供了一种通过微生物转化实现生物合成酚苷类化合物的方法,具有较大的应用价值。     

高等植物二氢黄酮醇4-还原酶基因研究进展

花青素苷是影响植物花瓣呈色的重要色素,而花色是决定花卉观赏价值和商业价值的一个重要因素。在花青素苷的生物合成过程中,二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是花青素苷生物合成下游途径中的第一个关键的酶。因此,DFR在高等植物花色的形成过程中发挥极其重要的作用,是形成花青素苷的一个非常重要的调控点。DFR对3种二氢黄酮醇底物具有选择特异性,但决定DFR底物特异性的分子机制目前仍不十分清楚。该文简单概述了花青素苷生物合成途径及其转录调控机制,并结合作者的工作重点综述了DFR的底物特异性以及克隆的DFR基因在植物基因工程中的应用。     

植物花青素苷生物合成及调控的研究进展

花青素苷( anthocyanin)是植物新陈代谢过程中产生的类黄酮物质,决定被子植物花、果实、种皮、茎、叶和根等的颜色,具有重要的营养价值和药理作用.近年来关于花青素生物合成途径的研究已取得突破,综述了植物花青素苷基因研究现状和发展趋势,包括植物花青素生物合成途径、参与生物合成途径中相关的结构基因和调控基因及功能研究以及影响花青素苷生物合成的环境因素等的研究进展.     

代谢工程在芳香化合物生物合成研究中的应用

生物技术和代谢工程的发展促进了生物合成研究。概述了近年来利用微生物莽草酸途径进行芳香化合物生物合成研究的现况、代谢工程在提高天然芳香化合物产量和扩大合成非天然产生的芳香化合物范围的应用的进展 ,特别是整体代谢工程对提高第二代工程菌产量的作用。指出了生物合成法是生产氨基酸及其它生物小分子如奎尼酸、维生素和抗生素等的未来趋势 ,在工业化生产中有着广阔的应用前景。     

氮素营养水平对高山红景天生长和红景天苷含量的影响

在温室中采用砂培法以4种氮素营养水平(1．75、3．50、7．00和14．00mmol／L)培养移栽的高山红景天,50d后测定了生长状况和根的红景天苷含量。株高、全株生物量、地上部分生物量随氮水平的增加而增加,而根生物量、根冠比则随着氮水平的增加而降低。在氮水平为7mmol／L左右时,高山红景天根中红景天苷的含量和产量最高,而低氮水平和高氮水平均不利于红景天苷的积累。     

表观遗传修饰影响花青苷合成研究进展

花青苷是广泛存在于植物中的一类重要的类黄酮化合物,对植物生长、代谢、应激等方面具有重要作用。在植物生长发育过程中,花青苷使植物的花和果实呈现出丰富色彩的颜色,从而吸引昆虫传粉和动物采食,便于结种和传播;在植物代谢应激反应中,花青苷使植物具有抵御低温、干旱、真菌感染,防御紫外线伤害、虫害等能力。花青苷生物合成通路受相关结构基因和转录因子的调控机制已被解析得十分清楚,近几年研究发现,植物花青苷生物合成相关基因受到表观调控,从而影响花青素苷的合成。表观遗传学是目前生命科学领域研究的热点之一,本文结合最新的植物花青苷合成表观遗传学研究进展,综述了花青苷合成过程中的表观遗传修饰以及基因编辑技术在表观遗传学研究中的应用,以期利用表观遗传手段为花色育种改良提供新思路。     

穿心莲内酯类成分积累与生物合成的调控研究进展

穿心莲是我国重要的南药之一,其主要活性成分穿心莲内酯类成分具有清热解毒、抗菌消炎等功效,在抗HIV病毒、抗血栓、保肝等方面具有显著效果。由于其人工合成困难,通过栽培调控或育种方法增强穿心莲体内内酯类成分的生物合成对提升穿心莲药材质量具有重要意义。为给相关研究提供参考,该文综述了穿心莲内酯类成分积累与植物发育的关系,栽培措施和环境因子对穿心莲内酯类成分积累的影响,以及近十年来国内外在穿心莲内酯类成分的生物合成及其分子调控机制等方面取得的研究进展,并提出了未来在以增强穿心莲内酯类成分生物合成和提高穿心莲内酯类成分积累为目标的研究中需重点关注的3个方面:(1)深入解析穿心莲内酯的生物合成通路及关键基因的功能,从分子水平上阐明穿心莲内酯类成分积累的机制;(2)结合分子生物学方法和作物栽培学理论深入研究穿心莲生长发育与产量和质量形成的规律及相互关系;(3)揭示穿心莲内酯生物合成的信号调控网络。     

微小RNAs的3'端尿苷化和腺苷化

miRNA是转录后基因表达调节的重要分子,但目前对它们自身的调节机制还知之甚少.最近的研究发现,在很多生物中,miRNA的3'末端都可以无需模板的添加尿苷酸(尿苷化)或腺苷酸(腺苷化),这种修饰可以发生在miRNA的前体上,也可以发生在成熟的miRNA上,其作用不仅可以影响miRNA的生物合成,稳定性,靶向靶标mRNAs的效率,而且还可以作为损伤miRNA的质量控制机制,及其形成mRNAs的异构体,以提高miRNA的作用范围或更精细的发挥基因表达调节作用.越来越多的研究揭示:这种修饰具有miRNA、组织、生物发育阶段和疾病状况等特异性,而且还涉及很多人类的发病机制,如癌症.本文综述了miRNA的3'末端尿苷化或腺苷化的研究进展,并对这种机制的应用前景进行了展望.     

代谢工程方法改造大肠杆菌生产胸苷

胸苷是抗艾滋病药物司他夫定(3′-脱氧-2′,3′-双脱氢胸苷)和叠氮胸苷的重要前体物质。应用代谢工程方法对大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)生物合成胸苷进行了研究。通过敲除E.coli BL21嘧啶回补途径的deo A、tdk和udp三个基因,BS03工程菌株能够积累21.6 mg/L胸苷。为了增加合成胸苷前体物核糖-5-磷酸和NADPH的供给,进一步敲除pgi和pyr L使工程菌BS05胸苷的产量提高到90.5 mg/L。而通过过表达胸苷合成途径的ush A、thy A、dut、ndk、nrd A和nrd B六个基因,菌株BS08胸苷的产量能达到272 mg/L。通过分批补料发酵,BS08最终可以积累1 248.8 mg/L的胸苷。本研究结果表明经过代谢工程改造的E.coli BL21具有良好的胸苷合成能力和应用潜力。     

植物芪类合成途径相关酶、基因和调控机制研究进展

植物芪类化合物,是一类具有抗菌植保作用的次生代谢产物,因具有抑菌、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性而越来越受到重视。本文对植物芪类生物合成途径中涉及到的相关酶、基因和代谢调控机制的研究现状和应用系统生物学研究芪类生物合成途径的相关酶、基因的方法进行综述,并讨论了芪类生物合成相关酶、基因研究的重要意义和应用,以期为调节芪类产量、满足药用保健需求及植物防御、作物品质改良提供帮助。     

藏药洮河红景天trnS-G基因与红景天苷含量变异的相关性研究

本研究采集不同地区的洮河红景天植株,采用改良CTAB法提取总DNA。采用PCR方法扩增trn S-G基因片段,对扩增产物进行序列测定,分析红景天trn S-G基因多态性。同时,采用高效液相色谱法(HPLC)测定不同洮河红景天红景天苷含量,分析红景天苷含量差异。结果表明:不同洮河红景天trnS-G基因序列存在多样性。扩增得到的目的序列长度在597~600 bp之间。8个洮河红景天样品中,trnS-G基因片段可分为5个单倍型,其中:H1、H2、H3单倍型对应的样品均未检测到红景天苷的存在,H4、H5单倍型样品中检测到红景天苷的积累,H4单倍型样品的平均含量为0.18%,H5号单倍型仅有1个样品,含量为0.2%。洮河红景天trnS-G基因多态性与地理来源有一定的相关性,trnS-G单倍型与红景天苷含量具有相关性。     

西藏红景天提取物延长线虫寿命和抗氧化活性探索

探讨红景天苷和西藏红景天粗提物对延长线虫寿命的影响及其体外抗氧化活性的比较。以红景天苷、红景天粗提物为研究对象、以Vc为阳性对照,分别检测以上三种物质对自由基的清除作用。结果表明红景天能够显著延长秀丽隐杆线虫的寿命;在相同浓度下,红景天苷清除DPPH自由基的EC50约为1291.53μg/mL,红景天提取物溶液约为489.76μg/mL;红景天苷清除羟自由基的EC50约为1120.94μg/mL,红景天提取物约为1068.37μg/mL;红景天苷清除超氧阴离子自由基的EC50约为55.57μg/mL,红景天提取物溶液约为40.49μg/mL。中药红景天中含有显著延长线虫寿命的抗氧化物质,而这种成分并非是红景天苷。