青蒿素生物合成的研究进展(1)

讲座与综述

一－－－……●………．－＿－－＿……一青蒿素生物合成的研究进展

卢文婕

（广州中医药大学热带医学研究所，广东广州５１０４０５）

硎”＿≯钞牟詹ＩＩ：爹隧学诼

关键词青蒿素前体；生物合成；青蒿酸中图分类号：Ｒ２８４

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７１－０２５８（２００９）０２－００６９－０２

青蒿素（ａｒｔｅｍｉｓｉｎｉｎ）是我国自主开发的强效、低毒、无抗性抗疟特效药，尤其是治疗脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的特效药。青蒿中的青蒿素含量在０．４％一１．０％之间，从天然青蒿中提取青蒿素难以满足市场需求，而青蒿素化学合成的工艺复杂、成本高、毒性大、产率低，至今未能实现工业化生产。目前，青蒿素的生物合成研究正方兴未艾［－｜．利用青蒿素前体进行生物合成青蒿素的技术极有可能成为大规模生产青蒿素的重要手段。本文对青蒿素前体、青蒿素生

物合成路径、青蒿素生物合成的研究概况等方面做

一综述。

１青蒿素前体的研究

与青蒿素生物合成有关的中间体有十几种，其中最重要的是青蒿酸、青蒿素Ｂ、青蒿烯、二氢青蒿

素等。

１．１青蒿酸

青蒿酸在黄花蒿中含量高，具有适宜的化学构

象，是合成青蒿素及其衍生物的手性合成单体及前

体。１９８３年许杏祥等［２］最先研究了从青蒿酸前体到青蒿素的半合成，并于１９８６年报道了以Ｒ一（＋）一２香草醛为原料．经１４步合成青蒿素的合成途径。１９８３年ＳｅｈｍｉｄＧ等［３］应用烯醇醚５在低温下光氧化反应中引进过氧基，完成了青蒿素的全合成。１９８８年。汪猷等［４］以青蒿酸为前体，用黄花蒿匀浆体系进行了青蒿素及青蒿素Ｂ的生物合成。实验过程中在匀浆中加入放射标记的青蒿酸，结果在青蒿素和青蒿素Ｂ中检测到放射性标记，故认为在由（２一－４Ｃ）一３’５一二羟基一３一甲基戊酸一８一内酯［（２＿１４Ｃ）一ＭＶＡ］合成青蒿素和青蒿素Ｂ的过程中，青蒿酸是一种重要的中间产物。有研究报道，利用１４Ｃ标记的青蒿酸和甲羟戊酸（Ｍｅｖａｌｏｎａｔｅ，ＭＶＡ）进行了青蒿素体内和体外的生物合成研究。得到了相似结论【５－６］。Ｊｕｎｇ

Ｍ

等【７］的研究表明．青蒿酸在青蒿中的含量几乎为青蒿素的１０倍，而且显示出同样的抗疟活性，由此进

［作者简介］卢文婕，女，在读硕士。从事中药生物工程研究

［收稿日期］２００８—１２—１０

２００９盆Ｆ－第１０卷第２期

一步证实了青蒿酸是青蒿素合成过程的一种重要中

间体。１９９０年黄敬坚等【８］应用幼苗水插法和顶株扦

插法，在黄花蒿体内以（２－１＾Ｃ）一ＭＶＡ为前体，成功地合成了青蒿酸。１９９１年夏志强等【９ｊ报道青蒿酸甲酯经溴化产生溴化物，再经氘解生成（１５—２Ｈ）一青蒿酸甲酯，再经水解生成（１５—２Ｈ）一青蒿酸，之后他们

又用同样方法合成了（１５—３Ｈ）一青蒿酸。１９９４年

ＷｅａｔｈｅｒＰＪ等［ｍ］在青蒿毛状根中检测到青蒿酸、青

蒿素Ｂ以及青蒿烯，故而认为青蒿酸、青蒿素Ｂ和

青蒿烯为青蒿素合成过程的中间体。２００３年ＡｂｄｉｎＭｚ等…］亦证明了青蒿酸是青蒿素合成的中间体。

１．２青蒿素Ｂ

１９８７年ＡｋｉｈｉｌａＡ等［６］报道了（３Ｈ．?４Ｃ一２２）标记３ＲＳ—ＭＶＡ到青蒿素和青蒿素Ｂ的转化。ＶｅｒｇａｕｗｅＡ等［１２］认为利用基因工程手段得到的黄花蒿转基因植株．可通过刺激合成途径中某个关键酶的过量表达和抑制消耗青蒿素合成前体的其他代谢途径中的

关键酶来达到青蒿素稳定高产的目的。１９９６年ＢｒｏｗｎＧＤｅ¨］从青蒿的地上生长部分中分离出了新

颖的开环杜松烷和二羟基杜松交酯．用１Ｈ和ＢＣＣ—ＮＭＲ光谱学鉴定了其结构。并提出了由青蒿素Ｂ和

青蒿酸通过二羟基杜松交酯和４．５开环杜松烷的醇

烯互变体生物合成青蒿素的机理。青蒿素和青蒿素Ｂ均来源于青蒿酸，这与ＪｕｎｇＭ和汪猷等得到的结

论一致。

１．３青蒿烯

１

９９４年Ｗｅａｔｈｅｒ

Ｐ

Ｊ等［ｉｏ］在发根农杆菌ＡＴＣＣ

１５

８３４诱导的黄花蒿发根培养产物中检测到了青蒿烯。同年Ｂｒｏｗｎ

Ｇ

Ｄ［１３Ｊ在研究由青蒿酸转化为青蒿素的

过程中，从青蒿中获得杜松烯，并推测经杜松烯合成脱氢青蒿素并最终合成青蒿素的生物合成途径。１．４二氢青蒿素

近年来，出现了以二氢青蒿素为前体原料的两种设计合成路线的方法，一种是将二氢青蒿素与三

氟乙酸酐反应制得三氟乙酰基二氢青蒿素，不经分

＿，桫牟詹ＩＩ爹阮学诼?刑垤ｕ讲座与综述２００９Ｖ（Ｊ１．１０Ｎｏ．２

离直接与酚类反应；另一种是将二氢青蒿素与乙酸酐反应制得乙酰基二氢青蒿素后再与酚类反应。

２青蒿素的生物合成路径

青蒿素生物合成途径属于植物类异戊二烯代谢途径，可分为３步：由乙酸形成ＦＰＰ，合成倍半萜，再经内酯化形成青蒿素。ＷａｌｌｗａａｒｔＴＥ等…］将青蒿素的生物合成途径概括为：ＦＰＰ＿＋４．１ｌ一二烯倍半萜＿＋青蒿酸＿＋二氢青蒿酸＿二氢青蒿酸过氧化物＿青蒿素。植物类异戊烯生物合成存在甲羟戊酸和丙酮Ｐ磷酸甘油醛两条途径，青蒿素等倍半萜类的生物合成途径在细胞质中进行，属于甲羟戊酸途径。１９８７年ＡｋｈｉｌａＡ等［６】通过放射性同位素跟踪法发现青蒿素的生物合成途径为：ＦＰＰ＿青蒿酸－＋二氢青蒿酸＿青蒿素。

３青蒿素生物合成的研究

３．１青蒿素的生物合成过程中生理生态因子的影响青蒿素生物合成过程中各种生理生态因子可在一定程度上影响青蒿素产量．这些因子主要有外源激素、芽分化及其他因素。

３．１．１外源激素影响ＨｅｒｍａｎＪ等［１５］在培养时加入外源激素，如水解酪蛋白或Ｎａｆｔｉｎｅ。发现它们均能提高青蒿素产量。

３．１．２芽分化影响有研究报道在农杆菌诱导的发根芽培养时发现．未分化的黄花蒿培养产物青蒿素含量很低，而分化后含量却很高。这说明培养时一定程度的分化是青蒿素合成的先决条件。

３．１．３其他因素龚苏晓等［惦１检测了处于生长期的不同产地的黄花蒿中青蒿素及其生物合成前体青蒿酸及二氢青蒿酸、倍半萜类的含量。证实了压力可促使二氢青蒿酸转变为青蒿素的假说。

３．２青蒿素生物合成的关键酶及其基因调控ＷａｌｌｗａａｒｔＴＥ等［１４］在生物合成途径中分离出了３种关键酶：３一羟基一３一甲基戊二酰ＣｏＡ还原酶、法呢基焦磷酸合酶（ＦＤＰＳ）、倍半萜合酶（环化酶）。杨水平等［１７ｊ深入研究了青蒿素的合成途径及关键酶，获得了以下信息：①青蒿素生物合成的分子代谢调控，可通过添加生化合成前体，或控制关键酶，或激活对关键酶控制的基因．或关键酶基冈转化等．大幅度提高青蒿素含量：②利用基因工程手段改变关键酶基因，可增强控制酶的效率。因此，在青蒿素合成过程中通过体外调节。使细胞代谢向合成青蒿素的方向移动，可提高植物细胞培养生产青蒿素的产量ｍ］。

４结语

目前，青蒿素的化学合成尚未实现工业化生产，组织培养细胞中的青蒿素含量甚微，没有很大的产业化潜力。如果将青蒿素合成途径从植物“搬到”微生物体内。通过大规模发酵培养实现青蒿素的工业化生产，就能达到高产，从而达到大规模生产青蒿素的目的。

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