抗癌药物榄香烯的合成途径中关键酶在酵母细胞中的高表达研究
摘要：从植物分离提取beta;-榄香烯，存在成本高、纯度低以及化学全合成步骤繁琐、要求条件苛刻等缺点，限制了beta;-榄香烯的广泛应用。因此，寻找beta;-榄香烯的新的经济可行的大规模制备技术对于beta;-榄香烯药物的推广应用将具有重要意义。吉马烯A是一种倍半萜烯类化合物，IPP和DMAPP是所有萜类化合物合成的共同中心前体。吉马烯A合成酶（germacrene A synthase，GAS）催化吉马烯A的生物合成，用合成生物学技术，构建一条beta;-榄香烯前体-吉马烯A的大肠杆菌异源合成途径，并对获得的菌株进行诱导条件优化，提高beta;-榄香烯的产品质量。
关键词：beta;-榄香烯； 吉马烯A； 大肠杆菌；酵母
一、文献综述
榄香烯(elemene)是从中药温莪术根茎中分离提取出来的有效活性单体，其化学名称为：1-甲基-1-乙烯基-2，4-二异丙基环己烷，是国家批准的植物源性抗肿瘤药物。目前，榄香烯被广泛应用于临床，作为广谱抗肿瘤药物。既往有文献报道，beta;－榄香烯对恶性脑胶质瘤、宫颈癌、黑色素瘤、食管癌、胃癌、肝癌、肺癌及卵巢癌等肿瘤有明显的肿瘤抑制作用。既往研究发现，榄香烯可以通过多种机制发挥抗肿瘤作用，包括抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡及抑制肿瘤组织血管新生等;同时，beta;－榄香烯还能够抑制肿瘤的远处转移，发挥直接及间接的抗肿瘤机制。榄香烯作为天然中草药提取的有效成分，具有来源丰富、价格相对低廉、毒副作用较小等优良特性，在抗肿瘤治疗中具有广泛的前景[1]。
图1榄香烯结构式
从植物中分离提取beta;-榄香烯，因为温郁金的产量，会受到种植地域、季节、病虫害、环境污染等问题限制[2]，导致提取成本高、纯度低，加上化学全合成步骤繁琐、要求条件苛刻等缺点，限制了beta;-榄香烯的广泛应用。因此，寻找新的经济可行的大规模制备beta;-榄香烯的技术，对于beta;-榄香烯药物的推广应用将具有重要意义。
吉马烯A合成酶（germacrene A synthase，GAS）催化吉马烯A的生物合成，吉马烯A是倍半萜内酯 （sesquiterpene lactones，STLs）的重要前体物质，而STLs是萜类化合物中的一种，它作为引诱剂、阻碍剂、拒食剂和植保素在植物与昆虫、微生物之间的相互作用上扮演着重要的生态角色。另外，它还是许多香精油中的重要组成成分，在香料和化妆品生产上具有很高的商业价值。研究表明STLs在许多菊科植物以及一些其他植物中均来源于相同的吉马烯前体即吉马烯A。GAS催化FPP生成吉马烯A，随后吉马烯A经过一系列的步骤被氧化为吉马烯A羧酸，吉马烯A羧酸再进一步氧化生成内酯环，最后通过功能化或环化生成相应的愈创木内酯、桉烷内酯和吉马烯内酯等STLs。作为STLs生物合成的一个关键酶，GAS被广泛的研究[3]。
随着参与青蒿素生物合成的各种酶基因不断得到克隆，通过转基因手段在植物体内促进其生物合成、或在微生物中 重建其代谢途径的工作取得了较大的进展。1996年Vergauwe等建立了黄花蒿的根癌农杆菌高效转化体系，不仅使黄花蒿的遗传转化成为可能，也将其在植物中的干重含量提高到0.17%。1998年陈大华等也建立了发根农杆菌的转化体系，并开始尝试将一些参与萜类代谢的基因转入黄花蒿的发根。景福远等通过在黄花蒿中过表达其自身的CYP71AV1，将植株中的青蒿素含量提高了约2.4倍。随着越来越多的基因得到鉴定，在微生物中合成青蒿素的可能性也日渐提升[4]。
