阿朴菲生物碱是苄基异喹啉生物碱 (BIA) 的一个分支，广泛分布于防己科、木兰科、樟科、马兜铃科、毛茛科等多个科属的植物中，其在对抗代谢综合征、中枢神经系统疾病、癌症等方面具有广泛应用前景。阿朴菲生物碱可以分为两类， Ⅰ 型和 Ⅱ 型。Ⅰ 型是通过底物的直接C-C偶联衍生而来，而 Ⅱ 型是由 (S)-N-methylcoclaurine和 (R)-N-methylcoclaurine转化而来的原阿朴菲经过还原、重排形成 (Shamma and Guinaudeau, 1984)。这在一定程度上解释了两类化合物的构型分布，但是反应的酶学机制尚未阐明。
近日，中国中医科学院中药资源中心黄璐琦院士/郭娟研究员团队和瑞典查尔姆斯理工大学陈云教授团队在JIPB合作发表了题为“Identification of the cytochrome P450s responsible for the biosynthesis of two types of aporphine alkaloids and their de novo biosynthesis in yeast”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13724)。
该研究基于药用植物粉防己的转录组数据，通过体外酶促反应鉴定了催化 Ⅰ 型和 Ⅱ 型阿朴菲骨架形成的CYP80B7、CYP80G6和CYP80Q5，其中CYP80B7立体选择性的催化 (S)-N-methylcoclaurine 的C3′位羟基化形成 Ⅰ 型阿朴菲的前体(S)‐3′‐hydroxyl‐N‐methylcoclaurine，CYP80G6分别催化 (S) -reticuline和 (S) -N-methylcoclaurine形成 Ⅰ 型阿朴菲(S)-corytuberine和原阿朴菲(S)-glaziovine，CYP80Q5分别催化(R)-N-methylcoclaurine和(R)-coclaurine形成原阿朴菲(R)-glaziovine和(R)-crotoflorine。三者催化底物构型的特异性解释了 Ⅰ 型阿朴菲均为 (S) 型， Ⅱ 型阿朴菲为 (R) 型的原因，为两种类型阿朴菲的生物合成途径解析指明了方向。上述结果也证明了毛茛目植物中可以同时存在 Ⅰ 型和 Ⅱ 型阿朴菲生物碱的合成途径。通过将CYP80G6、CYP80Q5以及其他已报道的关键基因整合至酵母底盘细胞中，实现了magnoflorine, (R)-glaziovine和(S)-glaziovine等阿朴菲生物碱在酵母中的从头合成，其中活性化合物magnoflorine的摇瓶产量达到75.8 mg/L。此外，本文也对粉防己CYP719家族基因进行了表征，发现CYP719C3和CYP719C4高效参与阿朴菲A环和D环上亚甲基二氧桥形成过程，并确定二者催化的优先顺序，从而揭示了阿朴菲生物碱重要的药效基团亚甲基二氧桥的形成机制。这也是首次发现CYP719C亚家族具有催化形成亚甲基二氧桥的功能 (图1)。上述研究结果为进一步解析具有药理活性的阿朴菲生物碱奠定了基础，构建的工程化酵母细胞为后续研究提供了平台。
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中国中医科学院中药资源中心黄璐琦院士、郭娟研究员与查尔姆斯理工大学陈云教授为该论文的共同通讯作者，中国药科大学与中国中医科学院联合培养博士生李琦爽、查尔姆斯理工大学博士后焦翔以及课题组已毕业博士生李心怡为该论文共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划 (2020YFA0908000)、国家自然科学基金 (82011530137), (31961133007)、中国中医科学院科技创新项目 (CI2023D002, CI2023E002)、中央本级重大增减支项目“名贵中药资源可持续利用能力建设” (2060302)、瑞典高等教育和研究国际合作基金会 (2018‐06003)等项目资助。Likhitwitayawuid, K., Angerhofer, C.K., Chai, H., Pezzuto, J.M., Cordell, G.A. and Ruangrungsi, N. (1993) Cytotoxic and antimalarial alkaloids from the tubers of Stephania pierrei. J. Nat. Prod. 56: 1468-1478.Menéndez-Perdomo, I.M. and Facchini, P.J. (2023) Elucidation of the (R)-enantiospecific benzylisoquinoline alkaloid biosynthetic pathways in sacred lotus (Nelumbo nucifera). Sci. Rep. 13: 2955.Shamma, M. and Guinaudeau, H. (1984) Biogenetic pathways for the aporphinoid alkaloids. Tetrahedron 40: 4795-4822.Shamma, M. and Slusarchyk, W.A. (1964) The Aporphine Alkaloids. Chemical Reviews 64: 59-79.Li, Q., Jiao, X., Li, X., Shi, W., Ma, Y., Tan, X., Gan, J., Liu, J., Yang, J., Wang, J., et al. (2024). Identification of the cytochrome P450s responsible for the biosynthesis of two types of aporphine alkaloids and their de novo biosynthesis in yeast. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13724JIPB面向全球，刊发整合植物生物学研究的重要创新成果，包括宏观和微观领域有创新性的重要研究论文、综述、简讯、新资源、新技术和评论性文章等。2023年2年SCI_IF: 9.3，位于植物学TOP 3.2%，SCI的Q1区。2023年Scopus数据库中CiteScore: 18.0，位于植物科学领域TOP 2%。JIPB位于中国科学院期刊分区生物学大类1区和植物学小类1区，中国科协《植物科学领域高质量期刊分级目录》T1级，并入选中国科技期刊卓越行动计划。
