北京協(xié)和醫(yī)學院在職研究生自然出版集團旗下子刊《Nature Communications》雜志全文在線發(fā)表了藥物研究所天然藥物活性物質(zhì)與功能國家重點實驗室朱平研究員研究團隊完成的題為“Improving 10-deacetylbaccatin III-10-β-O-acetyltransferase catalytic fitness for Taxol produ-ction”(提高10-去乙酰巴卡亭-III-10-β-O-乙酰轉移酶底物適配性酶法合成紫杉醇)的研究論文，報道了通過蛋白質(zhì)工程改善10-去乙酰巴卡亭III-10-β-O-乙酰轉移酶對非天然底物10-去乙酰紫杉醇的適配性，實現(xiàn)以廢棄物7-木糖-10-去乙酰紫杉醇為原料、中間經(jīng)過10-去乙酰紫杉醇全酶法高效合成紫杉醇抗腫瘤藥物。北京協(xié)和醫(yī)學院已畢業(yè)博士研究生李炳娟為論文第一作者，朱平研究員為通訊作者。該研究先后獲得國家自然科學基金(31270796，30770229)、國家“十二五”科技重大專項“綜合性新藥研究開發(fā)技術大平臺”(2012ZX09301002-001-005)和北京協(xié)和醫(yī)學院青年科研基金(3332015137)等項目資助。

　　紫杉醇是一個具有確切抗癌療效的二萜化合物，自上市以來一直是銷量最大的植物抗腫瘤藥物，隨著其適應癥的增加和新劑型的開發(fā)，它的臨床應用范圍也隨之擴大，國內(nèi)外醫(yī)藥市場對紫杉醇的需求量仍舊有增無減，但其天然含量低微。在紫杉醇生物合成途徑中，10-去乙酰巴卡亭 III-10-β-O-乙酰轉移酶(簡稱乙酰轉移酶，DBAT)是關鍵酶之一，天然底物為10-去乙酰巴卡亭III，產(chǎn)物為紫杉醇合成的中間體巴卡亭III。10-去乙酰紫杉醇(DT)不是紫杉醇生物合成的中間體，但結構十分相似，只要在其C-10位羥基乙�；�即成為紫杉醇(Taxol)。紫杉醇的另一結構類似物7-木糖-10-去乙酰紫杉醇(XDT)與10-去乙酰紫杉醇相比又在其C7位多了一個木糖基(見下圖)，該產(chǎn)物在紅豆杉，尤其是在中國紅豆杉和西藏紅豆杉等植物中含量十分豐富，最高可達0.5%，是紫杉醇的十余倍到數(shù)十倍，在提取紫杉醇時一般作為廢棄物處理，既污染環(huán)境又造成資源浪費。

　　該研究證實，上述乙酰轉移酶也能夠乙�；�非天然底物DT為紫杉醇，但效率非常低下。研究團隊通過蛋白質(zhì)工程將其對DT的催化效率提高了近6倍。在前期研究中，研究團隊已通過自主發(fā)現(xiàn)的來自香菇的新型β-木糖苷酶(代號LXYL-P1-2)能夠高效地水解去除XDT的木糖基生成DT。在此次報道中，他們把優(yōu)化后的乙酰轉移酶和該β-木糖苷酶進行一鍋法體外酶促反應，即在同一個反應體系中，經(jīng)過兩酶的“通力”合作直接將XDT轉變?yōu)樽仙即?Taxol)(見下圖)。這種離體合成生物學(in vitro synthetic biology)方法實現(xiàn)了廢棄物XDT由“垃圾”變“財寶”的華麗轉身。

　　上述研究力求將含量數(shù)十倍于紫杉醇的結構類似物轉變成紫杉醇，不僅具有潛在的經(jīng)濟價值和社會意義，而且具有重要的環(huán)保意義。