近日,《細胞生物化學》在線發表了中國科學院上海植物生理生態研究所王成樹研究組的最新研究成果:蟲草素伴隨保護分子噴司他丁的生物合成。該研究完整解析了蟲草素在蛹蟲草中的生物合成機理,并首次發現蛹蟲草能夠合成抗癌藥物——噴司他丁,該化合物被用來保護所合成蟲草素的結構穩定性。

自然界中,能夠感染殺蟲的廣義蟲草菌有1000多種,它們在昆蟲種群的自然調控中發揮著重要作用。其中,以冬蟲夏草、蛹蟲草和蟬花等為代表的蟲草具有悠久的食藥用歷史,具有抗癌、提高免疫力、抗菌及抗疲勞等多種生物活性。然而長久以來,其相關活性成分多數并未研究清楚。

其中,腺苷類系物蟲草素最早于1950年在蛹蟲草中被發現鑒定,具有抗菌、抗蟲及抗癌等生物活性,但合成機理未知。噴司他丁則最早于1974年在細菌中被鑒定,是腺苷脫氨酶的強抑制劑,1991年獲美國食品藥品管理局(FDA)批準,成為抗毛細胞白血病的商業藥物。

王成樹研究組在完成蛹蟲草基因組研究的基礎上,通過生物信息分析及基因功能研究,完整解析了蟲草素生物合成的分子機理,并首次發現,蛹蟲草能夠由同一基因簇共同合成蟲草素及噴司他丁。這兩種腺苷類分子在功能上扮演著“保護者—被保護者”的作用,也就是說,蟲草素在被合成的同時,蛹蟲草會合成一個保護其穩定性的分子。

此外,研究組還發現,蛹蟲草只有在蠶蛹上生長時,才會合成高水平的蟲草素。但蟲草素含量過高時,能引起細胞毒性,真菌會相應啟動解毒機制。這暗示著對于人類來說,也不易攝入過量的蟲草素。

在此基礎上,他們結合色譜驗證分析研究證明,冬蟲夏草和蟬花等其他種類的蟲草菌不能合成蟲草素及噴司他丁。但利用獲得的合成基因,異源表達可以實現由酵母菌合成蟲草素,并在蛹蟲草中高水平地合成蟲草素和噴司他丁,為這兩種活性成分的高效利用奠定了技術基礎。

據悉,該研究成果為蛹蟲草的抗癌活性提供了分子證據,并證明了冬蟲夏草等其他蟲草菌不能合成蟲草素,也不能合成噴司他丁,這為以生物學技術高水平合成蟲草素和噴司他丁提供了基因資源。