引言 /Introduction
在该报告中 Anne 提到，团队使用了自行开发的特殊装置，将植物叶片浸入携带目的基因的农杆菌悬浮液中，并辅以真空设备来施加压力，使叶片气孔打开，方便悬浮液进入细胞间隙，从而有效地让农杆菌接触到叶片细胞并完成基因导入。利用这种方法获得的产物不仅产量极高，无需纯化，且只需在实验室规模操作即可。
丁小然
从天然到合成：三萜类化合物发现的新纪元
尽管天然产物在历史上取得了成功，但近几十年来，大型制药公司探索这些化合物作为药物设计先导物的热情却时起时落。造成这种情况的原因有很多，但主要原因是它们通常具有固有的结构复杂性。这使得许多天然产物难以/无法通过合成获得。这不仅对可持续和实用的大规模生产有前途的候选物构成了问题，而且还阻碍了它们在早期先导开发阶段通过类似物生成进行改进。此外，随着我们对许多疾病状态背后的分子生物学的了解不断加深，潜在药物靶标的范围也不断扩大。为了更具体地针对这些异常过程，药物发现过程中的重点往往集中在特定的蛋白质靶标上，而不是识别对整个系统有积极影响的化合物。在筛选针对已知靶蛋白的活性时，测试包含可通过实际的既定化学方法轻松获得的结构的化合物库或寻找可通过高产率反应组合的具有互补亲和力的片段是有意义的。这样，人们不仅发现具有所需活性的先导化合物，而且还发现已知合成途径的化合物。
一段时间以来，这种热度下降的趋势似乎还会持续下去。天然产物的全合成似乎更多地是对学术界化学家的智力挑战，或作为新反应的试验场，而不是真正实用的药物开发工具。虽然天然产物化学家继续从自然界中发现更复杂的生物活性化合物，但药物化学越来越多地转向高通量筛选合成库，以寻求灵感和更可靠的反应，以实现工程多样性。然而，天然产物的潮流可能再次出现转变。近年来，人们对天然产物的兴趣又重新燃起。这种复兴至少在一定程度上是由基因组测序、生物信息学的进步和异源表达平台的成熟所推动的。天然产物化学已经提供并将继续提供大量有趣的结构。然而，现在也越来越多产生不同化学物质的物种的基因组和转录组可供使用。结合强大而快速的异源表达方法的发展，这使得人们能够探索这些复杂化合物的生物合成，并且实际上，通过应用合成生物学，操纵这些途径来设计新的类似物。因此，合成生物学和天然产物化学之间的新界面正在成为未来药物化学家的潜在强大工具。
三萜是结构最多样化的天然产物家族之一。尽管多样性巨大，但所有三萜醇均来自同一种线性前体 — — 一种称为 2,3-氧化角鲨烯的化合物。氧化角鲨烯环化酶 （OSC） 控制这种底物的差异环化，形成大量不同的基础支架。然后，这些结构通过定制酶进一步修饰，例如但不限于细胞色素 P450 (CYP450s)（图 1）。结果是产生了丰富的结构多样性，但都具有共同的生物起源。鉴于这一化学空间的广度，据报道具有广泛的生物活性也就不足为奇了。然而，这种潜力尚未转化为大量临床使用的药物。事实上，三萜衍生药物在临床中的代表性不足，只有少数例子在临床使用或后期开发中，例如疫苗佐剂 QS-21 和半合成三萜巴多索隆甲基。这两种分子都基于相同的 OSC 产品（β-香树脂素）。QS-21 因其免疫刺激特性而用于疫苗制剂中，以预防带状疱疹，这是一种由带状疱疹病毒引起的疾病。这种疫苗的专利名称为 “Shingrix”，由葛兰素史克公司生产。QS-21 目前是从智利树 Quillaja saponaria 的树皮中分离出来的。美国公司 Reata Pharmaceuticals 目前正在寻求监管部门批准在美国使用巴多索隆甲基治疗慢性肾病。这种化合物的抗炎特性与 III 期临床试验中阿尔波特综合征患者的肾功能显著改善有关。
▲ 所有三萜的结构多样性都具有共同的起源。植物是这种多样性的丰富来源。OSC 和定制酶将 2,3-氧化角鲨烯转化为大量独特的化合物。已知自然界中有数万种三萜。
三萜在自然界中广泛存在，但三萜多样性最丰富的来源是植物界。动物通常只具有一种 OSC，它可以产生胆固醇和类固醇激素等必需代谢物的生物合成中的重要中间体，而植物基因组通常编码超过 10 种 OSC。这反映了植物利用三萜化学来发挥更多样化和专业化作用的程度，例如，生产化合物来抵御昆虫的攻击（图 1）。我们实验室的一个主要重点是应用瞬时植物表达来探索并越来越多地操纵这种化学空间的生物合成。
瞬时植物表达：三萜生物合成的新途径
瞬时植物表达是一种快速确定异源基因功能的策略。目的基因以表达构建体的形式引入植物。宿主细胞机制被劫持，异源基因得到表达，导致宿主细胞产生编码的蛋白质，就像病毒一样。事实上，瞬时表达中使用的许多载体都是基于病毒基因组的。一个非常成功的例子是 CPMV- HT™系统。该载体利用了一种名为豇豆花叶病毒的天然植物叶病原体的元素。目的基因两侧是来自该病毒的非翻译代码区。当载体被引入叶细胞时，5′ 序列的修改会导致高水平的蛋白质产生。事实上，HT 代表 HyperTranslatable™。
与病毒不同，CPMV- HT™ 载体不会复制或编码允许新副本进入邻近细胞的蛋白质。相反，载体通过农杆菌进入叶细胞，这一过程称为农杆菌浸润。在此过程中，携带载体的细菌悬浮液被迫通过叶子下侧的气孔。这通常是通过使用无针注射器施加压力来实现的，注射器嘴在叶子表面形成密封。结果是空气被取代，细胞间隙被悬浮液填充。一旦进入叶子内部，农杆菌就会发挥其自然功能，将遗传信息转移到叶细胞内部，包括来自引入的 CPMV- HT™ 载体的 T-DNA（图 2）。
天然产物在药物研发中的前景再次一片光明。自然界中仍有大量尚未开发的化学多样性等待开发。随着合成生物学和天然产物化学之间的协同作用不断增强，在不久的将来，我们就可以借助植物，利用光合作用和“稀薄空气”生产新药。
