植物天然产物的异源合成研究进展

的抗疟 药等 。此外 ， 因为 人 工 合 成类 药 物 有 明 显 的副作用 ， 而Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 存 在 于 活 体 细胞 中 ， 副作 用
较 小 Ｊ ， 导 致 了 人 们 对 天 然 药 物 的 需 求 日益
增 长 。
不需要大量的植物材料和繁琐 的合成步骤 ， 可以 直接生产大量具有天然构象的 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ ， 低成本 ， 高 效率 引。近 十年 来 ， 这种方法发展迅 速， 已被 用
合成 的方法获得 ， 但均 受到 了资 源、 成 本和 生产技 术 的限制 ， 提 取 或合成 的效 率很低 ， 导致 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 供 需失衡 。
将 植 物 次 生代 谢 途 径 经 过 遗 传 操 作 重 组 进 入 微 生 物 宿 主 茵 中异 源 合 成 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 的 方 法 可 以 弥 补 以上 两 种 方 法
且对该 领 域 的未 来 进行展 望 。
量ｕ ， 但仍 然存 在周 期 长 ， 提取 复杂 ， 效 率低 等 问
重重。
氧化 ， 提高 免疫 力 ， 抑制 癌 症 等 ｌ ４ Ｊ 。Ｐ Ｎ Ｐ ｓ成 为
近 年来 通 过 高通 量筛 选 发 现新 药 的天 然产 物 库Ｌ ６ Ｊ 。大部分 近 代 药 物 也 可 以 说 是来 源 于 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ
及 其化 学合 成 品或 结 构 改 造 物 ， 如对 吗啡 结 构 进 行 改造 获得 的镇 痛 药 、 对 喹 宁 结 构进 行 改 造 获 得
来 合 成 氨基 酸 、 有 机 酸类 、 维生 素 类 、 生 物燃 料 以 及大 量 药 物 １ ３ ， １ ４ ， １ ５ １ 。该 文 总 结 了 利 用 重 组 了植 物次 生代谢 途径 的微 生 物 平 台 成 功合 成 萜 类 、 苯
Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 主要通 过 植 物 提 取 分 离 和 化 学 合 成 两 种途 径 获 取 ， 从 植 物 中分 离 提 取 是 其 主 要 来 源 。 然而 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 在植物体 内含量很低 ， 每 千 克 干 材 料
帮 助植 物 更 好 地 繁 殖 和 进 化 。很 多 研 究 也 发 现 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 具有 多种 多样 的药 理学 或 生物 学活 性 ， 如抗
成功合成 ， 得到的一般是消旋化合物 ， 只有经过拆
分才 能得 到符 合 天 然 构 型 具 有 生 物 活 性 的对 映 体， 这个 过程 至少 要再 损失 ５ ０ ％ 的产 物 。这 使 得化学合成成本高 ， 效率低 ， 在 实 际生 产 中 困 难
现 阶段 急需 一种周 期 短 、 易 提取 分离 、 能 大量 生产 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 的方法 。经过 众 多 研 究学 者 不 懈 的努
力， 利用 微生 物平 台异 源合 成 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 成 为 了可 能 。
通 过遗 传操作 将 植物 次生代 谢途 径 中 的关 键 酶基 因整合 进微 生物 宿 主 中 ， 构 建 得 到 的重 组 菌 作 为 生物反 应器 ， 经高 密度 发酵 获 得高 产 的 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 。这 个 方法 弥补 了传 统 植 物 提 取 和 化学 合 成 的不 足 ，
韩 立敏 ， 周 宏骏
（ 陕西 学前 师 范学 院 生物 科 学与技 术 系， 陕 西 西安 ７ １ ０ １ ０ ０ ）
摘 要： 植 物天然产物 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 具 有多种多样的 生物 学活性 ， 并 以其 广泛的 药用价值 而受 到关注 。近年 来合成
药物 较 大 的 副 作 用使 人 们 转 而使 用 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ ， 其 需 求 量 日益 增 长 。 目前 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 主 要 通 过 直接 提 取 或 化 学合 成 与 半
陕西农业科学 ２ ０ １ ５ ， ６ １ （ ０ ６ ） ： ６ ３—７ １ ， ８ ４
Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ａ ｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ
・
农 艺探讨 ・
植 物 天 然 产 物 的异 源 合 成 研 究 进 展
源将 面 临大规 模 的破 坏 。 因此 ， 人 们 开 发 了 化学 合成 的方 法 以期 替代 前者 。然而 ， Ｐ Ｎ Ｐ ｓ的结 构 复 杂， 存 在 多个手 性 中心 ， 具 有 特定 的对 映体 。化学 合成 时 步骤 繁琐 ， 对合 成 条 件 要 求 很 高 。即 使被
是一 类从 植物 体 内分离 出来 的次 生代谢 产 物 以及 植物 内源 性 具 有 药 理 学 或 生 物 学 活 性 的化 学 物 质 ］ ， 包括 萜类 、 苯 丙 素类 和 生 物 碱 等 ， 其 代谢 过 程如 图 １ Ｌ ２ ］ 。这些 天然 产物 一 般不 参 与植 物 必需 的生 命 活动 ， 而是 发挥 了 防御 和信 号传 导等 功能 ，
的不足。本文总结 了利用微 生物平 台成功合成萜类、 苯 丙素类 和生物碱等 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ的研 究进展 ， 探讨 影响 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 工业化生产的影响 因素和该领域未来的发展趋势 。
关键 词 ： 植 物 天 然产 物 ； 次生代谢 ； 微 生物； 异源合成 ； 工 业化 生 产
植物 天然 产物 （ Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ ， Ｐ Ｎ Ｐ ｓ ）
的含 量 以毫 克 甚 至 微 克 计 算 。且 植 物 生 长 周 期长， 天然产物种类繁 多结构复杂 ， 不 易 分 离 纯
化 。 目前 已有 很 多研究 通过 现代生 物技 术对 植株
或悬浮 细胞进 行遗传 改造 ， 提 高源自文库天 然 产 物 的含
丙素类 和生 物 碱 等 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ的 研究 进 展 ， 对影 响 Ｐ Ｎ Ｐ ｓ 产量 以及 工业化 生产 的因素 进行 了探 讨 ， 并