全 文 ：·综述与专论· 2015, 31(12):42-49
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
脂肪酸（Fatty acid）是由一条长的烃链和一个
末端羧基组成的羧酸，是生物体的重要储能物质和
细胞组分，根据烃链上双键的有无，分为饱和脂肪
酸和不饱和脂肪酸。人体过量摄取饱和脂肪酸，容
易导致心脑血管疾病。而某些不饱和脂肪酸具有保
护血管、预防心血管疾病和糖尿病、促进婴儿脑部
发育等保健功效，如多不饱和脂肪酸二十碳五烯酸
（Eicosapentaenoic acid，EPA，C20∶5）和二十二碳
六烯酸（Docosahexaenoic acid，DHA，C22∶6），这
一类属于超长链多不饱和脂肪酸，这方面的综述已
经较为全面［1］。在不饱和脂肪酸中，超长链单不饱
和脂肪酸（Very long chain monounsaturated fatty acid，
VLCMFA）是主链碳原子数≥ 20 并且只有一个不饱
和键的类别，目前发现的有鳕油酸（Eicosenoic acid，
C20∶1△11c）、芥酸（Erucic acid，C22∶1△13c）、神
经 酸（Nervonic acid，C24∶1△15c） 和 西 门 木 烯 酸
收稿日期 ： 2015-03-24
基金项目 ：国家自然科学基金项目（U1232126）
作者简介 ：田德雨，男，硕士，研究方向 ：代谢工程 ；E-mail ：tdyqust@hotmail.com
通讯作者 ：王家林，男，教授，研究方向 ：发酵工程 ；E-mail ：wangjialin5518@sina.com
李福利，男，研究员，研究方向 ：微生物的生理生化 ；E-mail ：lifl@qibebt.ac.cn
超长链单不饱和脂肪酸的生物合成和代谢工程
田德雨1，2  王士安2  王立昊1  王家林1  李福利2
（1. 青岛科技大学化工学院 发酵工程实验室，青岛 266061 ；2. 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 青岛市单细胞油脂工程实验室，
青岛 266101）
摘 要 ： 超长链单不饱和脂肪酸（Very long chain monounsaturated fatty acid，VLCMFA）是指主碳链上碳原子数大于或等于
20，有且只有一个不饱和双键的脂肪酸。VLCMFA 较多的存在于各种油料植物及少数微藻中，目前发现的有鳕油酸（C20∶1）、
芥酸（C22∶1）、神经酸（C24∶1）和西门木烯酸（C26∶1）。VLCMFA 具有独特的工业用途和潜在药用保健功效。主要综述
VLCMFA 的生物合成和代谢工程研究进展，旨为应用开发提供参考。
关键词 ： 脂肪酸 ；超长链单不饱和脂肪酸 ；芥酸 ；神经酸 ；代谢工程
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.12.006
The Biosynthesis and Metabolic Engineering of Very Long-chain
Monounsaturated Fatty Acid
Tian Deyu1，2 Wang Shian2 Wang Lihao1 Wang Jialin1 Li Fuli2
（1. Laboratory of Fermentation Engineering，College of Chemical Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao
266061 ；2. Qingdao Engineering Laboratory of Single Cell Oil，Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology，Chinese Academy
of Sciences，Qingdao 26601）
Abstract: Very long-chain monounsaturated fatty acids（VLCMFA）are fatty acids with aliphatic tail of ≥ 20 carbons and a sole
unsaturated double bond. VLCMFA has been discovered in a variety of plants and a few of microalgae. Up to now, four VLCMFAs have been
identified, they are gadoleic acid（C20∶1）, erucic acid（C22∶1）, nervonic acid（C24∶1）, and ximenic acid（C26∶1）. VLCMFA
shows great potentials in pharmaceutical and chemical industries. This review focuses on the research progress on biosynthesis and metabolic
engineering of VLCMFA, which aims at providing the reference for its applications.
Key words: fatty acid ；very long-chain monounsaturated fatty acid ；erucic acid ；nervonic acid ；metabolic engineering
2015,31(12) 43田德雨等：超长链单不饱和脂肪酸的生物合成和代谢工程
（Ximenic acid，C26 ：1 △ 17c）（图 1）。与多不饱和
脂肪酸相比，虽然 VLCMFA 受到的关注较少，但是
这类不饱和脂肪酸具有独特的药效、保健功效和工
业用途。本文主要综述 VLCMFA 的生物合成和代谢
工程进展，以期为其应用研发提供参考。
定剂、油漆干性剂、表面涂料树脂，以及加工山萮酸、
芥酸酰胺等。芥酸及其甘油酯可应用于食品工业或
化妆品制造业，还可用于生产表面活性剂（洗涤剂）。
鉴于在食用和工业上的不同要求，芥酸基因工程改
造有两个不同的方向——对于用于食用植物油的作
物的改造方向是降低芥酸含量，而用于工业品应用
的作物的改造方向是提高芥酸含量。
神经酸是另一种重要的单不饱和脂肪酸。1927
年由 Tsujimoto 等在软骨鱼（Elasmobranch fishe）的
脂 肪 中 发 现。 碎 米 芥（Cardamine hirsuta L.）、 遏
蓝菜（Thlaspi caerulescens）、蒜头果（Malania oleif-
era）、元宝枫（Acer truncatum Bunge）等植物和微藻
（Mychonastes afer）中神经酸含量较高［5］。对于神经
酸的研究由来已久，早在 20 世纪，英国神经学教授
Sinclar 等研究发现，鲨鱼脑组织在受到重创后的短
时期内能够自行修复，该现象被证明是因为鲨鱼脑
组织中的神经酸在修复大脑神经信息传递通道——
神经纤维上发挥作用，这一发现随即引起世界多国
科学家的高度重视［6］。Yumazaki 等［7］在对日本 40
岁男性进行大量调查后发现，神经酸在血浆中的含
量比例与血液磷脂水平和代谢综合症有十分密切的
联系。
神经酸是大脑神经纤维和神经细胞的核心天然
成分。随着年龄的增长，身体中的神经酸缺乏将会
引起脑中风后遗症、老年痴呆、脑瘫、脑萎缩、记
忆力减退及失眠健忘等脑疾病［8］。因此，近年来
神经酸受到制药、营养等行业的关注。在国内，对
于神经酸的保健功能开发还有待提升。另外，日本
等国科学家研究证明，神经酸对艾滋病逆转录酶有
很强的抑制作用［9］。这一研究成果为帮助寻找抗
艾滋病的有效药物开辟了一条新的途径，展示了
VLCMFA 广阔的应用前景。
2 超长链单不饱和脂肪酸的生物合成途径
脂肪酸生物合成途径是生物体基础的新陈代谢
途径之一。其中，VLCMFA 的生物合成是很重要的
一个分支。“超长链”和“单不饱和”是 VLCMFA
具有的两个性质，这也决定了它们的合成过程有别
于超长链饱和脂肪酸。以植物 VLCMFA 的合成为例，
从时间和逻辑上可以分为 3 个阶段 ：（1）脂肪酸链
13
A
9
15
22
20
17
C
24
C
O
OH
B
26
D
C
O
OH
C
O
OH
C
O
OH
A ：芥 酸（Erucic acid，C22∶1△13C）；B ：鳕 油 酸（Eicosenoic acid，C20∶
1△11C）；C ：神经酸（Nervonic acid，C24∶1△15C）；D ：西门木烯酸（Ximenic
acid，C26∶1△17C）
图 1 超长链单不饱和脂肪酸的分子结构
1 超长链单不饱和脂肪酸的生理功能和应用
在超长链不饱和脂肪酸中，芥酸（22∶1△13c）
和神经酸（24∶1△15c）与人类健康和生活关系密切
（表 1）。芥酸在十字花科植物种子有丰富积累，其
中在油菜籽油中芥酸的含量能够占到总油量的 30%-
60%，旱金莲属（Tropaeolum）植物中，芥酸的含量
甚至能达到 80%。这种大量的脂肪酸已经证实对一
些哺乳动物的心血管会造成较为严重的损害［2，3］。
虽然现在仍然没有直接证据证明芥酸对人体的极大
害处，但据推测因为芥酸不能够被人体有效的代
谢，可使肾、肝等中毒，造成结缔组织出现裂缝，
冠状血管纤维化。世界卫生组织（WHO）规定作
为食用菜油的芥酸含量必须低于 5%，2003 年，澳
大利亚食品标准设定人体每天摄入的芥酸的上限是
500 mg/d［4］。
虽然摄取一定量芥酸存在健康风险，但芥酸在
工业生产中具有重要用途，它是一种重要化工原料，
通常用于制备人造纤维、聚酯类纺织助剂、PVC 稳
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.1244
的基本合成（在质体基质进行）；（2）油酸的形成（发
生在内质网）；（3）单不饱和脂肪酸链的延长（发生
在内质网）。
形成单不饱和脂肪酸的前提是 C18 链的脂酰
胺链（主碳链）的从头合成。在动物和酵母中，该
反应主要在细胞质中完成，而植物细胞脂肪酸合成
主要发生在质体的基质当中［14］，由脂肪酸合酶复
合体催化，脂肪酸合酶复合体（Fatty acid synthase
complex，FAS）包含有 7 种酶活性和一个酰基载体
蛋白（ACP）。植物在质体中合成的脂肪酸要通过转
运机制将其运输到细胞的其他部位。乙酰 -CoA 是
脂肪酸生物合成的前体，在脂酰链的延伸过程中，
首先由 ACP 转移酶催化下实现将乙酰 -CoA 的乙酰
基转移到 ACP 上，形成乙酰 -ACP。随后，在丙二
酸单酰 -CoA-ACP 转酰酶的催化下，合成丙二酸单
酰 -ACP。有了这两个底物之后，在可溶性的脂肪
酸合成酶复合体的作用下进行（图 2）4 步循环反
应［15］。调节脂肪酸合成的途径可以分成两类 ：脂肪
酸的合成是由一个多功能蛋白质起催化作用的，称
为 I 型合成 ；如果是由 4 个单独的单功能蛋白质催
化合成，则称为 II 型合成。一般的植物脂肪酸合成
是 II 型合成。一般植物的饱和脂肪酸的合成在 C18
以 下 时 分 为 3 个 不 同 的 阶 段 ：C2-C4 ；C4-C16 ；
C16-C18。之所以这样将其分成 3 个阶段，是由于
催化这 3 个阶段的 3-酮脂酰 -ACP 合酶（3-ketoacyl-
ACP synthase，KCS）不同，分别为 KCSI 型、KCSII
型 和 KCSIII 型［16］。KCSIII 负 责 将 乙 酰 -CoA 和 甲
酯 酰 -CoA 缩 合 成 为 4 碳 单 位 ；接 着 KCSI 负 责 将
① - ⑤分别代表丙二酰 -ACP、乙酰乙酰 -ACP、D-β-羟丁酰 -ACP、α-β-反式 - 丁烯酰 -ACP 和丁酰 -ACP。从乙酰酰 -ACP 到
丁酰 -ACP，在碳链上增加了 2 个碳原子，然后按照这个顺序进行循环，直到合成 C16 脂肪酸。其中灰色椭圆代表参加反应
的脂肪酸合酶复合体，它们分别是 ：Acetyl-CoA carboxylase（乙酰辅酶 A 羧化酶）、Acetyl transacylase（乙酰转酰酶）、Malonyl
transacylase（丙二酰转酰酶）、b-ketoacyl-ACP synthase（b-酮脂酰 -ACP 合酶）、b-ketoacyl-ACP reductase（b-酮脂酰 -ACP 还原酶）、
b-hydroxyacyl-ACP-dehydratase（b-羟酯酰 -ACP 脱水酶）和 Enoyl-ACP reductase（羟酯酰 -ACP 还原酶）
图 2 脂肪酸合成代谢途径
表 1 植物果实总油量及芥酸、神经酸含量
VLCMFA 种名 拉丁学名 总油量 /% 含量 /%
芥酸
甘蓝型油菜 B. napus 45 55［10］
海甘蓝 C. abyssinica 40 60［11］
金莲花 T. majus 8 78［12］
神经酸
天蓝遏蓝菜 T. caerulescens 25.1 3.66［13］
元宝枫 M. adenantha 60.3 55.9［12］
蒜头果 M. oleifera 50.3 66.9［12］
2015,31(12) 45田德雨等：超长链单不饱和脂肪酸的生物合成和代谢工程
4 碳单位延长到 C16 ；最后 KCSII 负责将 C16 延长
到 C18。
植物中大多数的脂肪酸为 C16 和 C18 脂肪酸。
其中 C18∶1，C18∶2，C18∶3，C16∶0，C18∶0 这
5 种脂肪酸几乎构成了植物膜上甘油酯类的 90%。
油酸合成发生在内质网，是通过脂肪酸去饱和酶
（Fatty acid desaturatase）的催化，以硬脂酸（C18∶0）
为底物氧化形成的，此过程需要以 O2 为电子受体，
NADPH 为电子供体，通过定向酶促反应合成［17］。
VLCMFA 的合成是以细胞溶液中的单不饱和
脂肪酸（主链碳原子数小于 C20）为底物，通过多
酶复合体系进行脂肪酸链的延长而合成的［18］。在
超长链脂肪酸延长的过程中，植物和酵母有很多相
似之处。大量研究表明，超长链脂肪酸的延长与原
始的合成是完全不同的两种方式［19］。在原始合成
过程中，延长酶是利用丙二酰 -CoA 和乙酰 -CoA 作
为底物［20］，利用 NADPH 作为还原力［21］。而第三
阶段的 VLCMFA（>C20）的合成是以第一阶段的
油酸为底物，通过超长链脂肪酸链延长循环（Very
long chain fatty acid elongation cycle） 进 行 碳 链 的 延
长，每次循环能够使原有脂肪酸的碳链延长两个碳
原子，从而相继形成 ：鳕油酸（20∶1△9c），芥酸
（22∶1△13c），神经酸（24∶1△15c）。这个延长过程
受 4 个酶形成的酶复合体的组合催化和调控，它们
分别是（图 3）：① 3-酮酯酰 -CoA 合酶（3-ketoacyl-
CoA synthase），② 3-酮酯酰 -CoA 还原酶（3-ketoacyl-
CoA reductase），③ 3-羟酯酰 -CoA 脱水酶（3-hydro-
xyacyl-CoA dehydrase） 和 ④ 羟 酯 酰 -CoA 还 原 酶
（enoyl-CoA reductase）。最终形成比之前多两个 C 原
子的脂肪酸链。
3 超长链单不饱和脂肪酸延长循环的关键酶
参与 VLCMFA 延长循环反应主要包括 4 个酶复
合体，都是膜蛋白，均在细胞的内质网（ER）［22，23］。
其 中 对 3-酮 脂 酰 -CoA 合 酶（3-ketoacyl-CoA synth-
ase，KCS）和 3-酮脂酰 -CoA 还原酶（3-ketoacyl-CoA
reductase，KCR）的研究较为深入，目前被认为是
关键催化步骤。
3.1 3-酮脂酰-CoA合酶
3-酮 脂 酰 -CoA 合 酶（KCS） 属 于 转 移 酶
（Transferase），在整个超长链脂肪酸延长酶复合体
（Very long fatty acid elongase complex）中起到了极其
重要的作用，是限速酶［12］。通常，KCS 氨基酸序
列有一个“组氨酸 box”属于保守序列，N 端存在
两个膜结合位点［24］。在 Vitis vinifera、C. graeca、L.
annua 等植物中都已经发现了 KCS，并克隆了相关
基因，进行了外源表达。拟南芥中的 KCS 基因与查
尔酮合酶、葡萄芪合成酶以及酮乙酰 -ACP 合酶 II
都有一定的同源性［25］。Ketoacyl-ACP 合成酶 III、多
肽合成酶和 KCSs 这 3 种酶被认为拥有同样的 3 步
催化反应。
随着研究的深入，研究者们发现，在拟南芥中
存在 3 种不同的 KCS-like 基因家族 ：FAE-like 家族 ；
ELO-like 家族和 CER2-like 家族。其中 FAE 是第一
个被发现，并且只在种子中特异催化的缩合酶，在
C20 和 C22 脂肪酸的合成中起作用。另外，CER6
也是 FAE-like 家族成员，被认为是 C24 脂肪酸合成
所必须的 KCS［26］。除了 FAE 和 CER6 之外，其他
的 FAE-like 家族成员的功能尚不清楚。ELO-like 家
族由 4 个成员组成（AtELO1、AtELO2、AtELO3 和
AtELO4），其中，AtELO1、AtELO3 和 AtELO4 特异
的在叶片的内质网中表达，而 AtELO2 几乎在拟南
芥所有组织器官中皆有表达［27］。AtELO4 能够使敲
虚线方框内表示起始底物，经过①缩合反应、②还原反应、③水解反应和
④还原反应四步反应后得到了主链增加 2 个碳原子的超长链脂肪酸（实线方
框）。KCS ：3-ketoacyl-CoA synthase ；KCR ：3-ketoacyl-CoA reductase ；HCD ：
3-hydroacyl-CoA dehydratase ；ECR ：enoyl-CoA reductase
图 3 超长链脂肪酸的延长循环机制
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.1246
除了 ELO2 和 ELO3 基因的酵母仍能生长，而且敲
除了 AtELO4 基因的拟南芥，C26 脂肪酸含量明显下
降，C22 和 C24 脂肪酸含量明显增加，说明 AtELO4
在 C26 脂肪酸的延长中起到了重要作用［28］。2013
年，Pascal 等［29］发现了 CER2-like 家族，能够参与
拟南芥的大于 C28 脂肪酸的延长，但是根据序列的
同源性，它应属于乙酰 CoA 依赖型的乙酰转移酶蛋
白家族（BAHD），这与其在脂肪酸延长中表现出的
活性完全不同。
KCS 基因的表达调节与十字花科（Brassicaceae）
植物产芥酸存在直接关联。2013 年，Sun 等［30］发现，
FAE1 基因的表达调节差异而不是序列变异导致了不
同植物芥酸的产量不同。他们发现在高和低芥酸产
量的十字花科植物中，FAE1 基因保守的 4 个组氨酸
残基和 6 个半胱氨酸的保守位点都存在，说明并非
是保守位点的异同导致芥酸的高低。
3.2 3-酮脂酰-CoA还原酶
3-酮 脂 酰 -CoA 还 原 酶（3-ketoacyl-CoA reduct-
ase）催化 3-酮脂酰 -CoA 还原成 3-羟脂酰 -CoA。
植物与酵母在脂肪酸合成方面存在不少相同点。
在拟南芥中发现的 3-酮脂酰 -CoA 还原酶 1（KCR1）
与酵母的 YBR159 有较高的同源性。虽然在拟南芥
当中还有另外一个 KCR2 基因（与 KCR1 具有 45%
的相似性），但是酵母表达验证表明，只有 KCR1 在
拟南芥的脂肪酸延长当中起作用［31，32］。不过这种
现象并不普遍，在玉米（Zea mays）中也存在两个
KCR 同源基因（GL8A 和 GL8B），其不仅相似性达
到了 97%，而且两者都在超长链脂肪酸的合成当中
起作用［33］。虽然，KCS 被认为是整个 VLCMFA 合
成复合酶的限速酶，但是，Puyaubert 等［34］的研究
发现，KCR 基因同 FAE1 的共表达（co-expression）
在“高芥酸油菜籽”和“低芥酸油菜籽”中存在着
明显的不同，说明 KCR 基因同 KCS 基因有着直接
或者间接的联系。
4 芥酸和神经酸的代谢工程
在油料作物的育种方面，降低芥酸在总油中的
含量，可以提高食用油的质量。同时由于芥酸是很
多工业产品的必不可少的原料，所以近些年关于芥
酸的生物合成和生物工程改造也越来越多（表 2）。
倘若植物种子芥酸的含量能够提高到总油脂的 90%，
那么就可以直接用于化工产业中［35］。
Mietkiewska 等［36］克隆得到 T. majus 的脂肪酸
表 2 芥酸和神经酸的代谢工程
目的 目标生物 关键基因（来源） 结果 文献
提高芥酸含量 A.thaliana FAE1 gene（T.majus） 芥酸含量提高 8 倍 ［24］
FAE1 基因的高效表达 A.thaliana FAE1 promoter（A.thaliana） FAE1 基因得到了高效表达 ［25］
抑制 FAD 基因，提高芥酸产量 B.carinata FAD1、FAD2 gene（B.carinata） 减少 C18 ：1 去饱和，芥酸提高 ［26］
提高神经酸含量 B.carinaca KCS gene（L.annua） 神经酸提高 30% ［31］
提高神经酸含量 B.carinaca KCS gene（C.graeca） 神经酸提高 44% ［32］
延长酶 1（Fatty acid elongase 1，FAE1）发现，FAE1
对于 C20∶1 延长合成 C22∶1 具有较高的酶学特异
性。将 FAE1 基因分别导入到酵母、烟草和拟南芥
中进行异源表达，使得拟南芥的芥酸产量提高了 8
倍，并发现 C20∶1 所占比例明显的下降（18% 下
降到 8%）。Rossak 等［37］注意到，拟南芥中的 FAE1
基因的转录水平在其胚芽中最高，且在胚芽生长 4 d
后即开始表达，14 d 后，FAE1 的表达量达到最高值。
据此，研究者们发现 FAE1 所特有的启动子在植物
体外和体内的实验效果都比普通的 napin 启动子好，
且 FAE1 的转录高峰期与油脂的积累在时间上十分
吻合，从而给利用 FAE1 作为目的基因进行代谢工
程改造的工作提供了很好的参考。
Jadhav 等［38］的研究从另外一种思路提高芥酸
含量 ：他们发现，在伊索比亚芥（B. carinata）中，
芥酸合成的一个重要限制因素是 C18∶1 的含量不
足，而油酸去饱和酶，FAD2 和 FAD3 是以 C18∶1
为底物的脂肪酸脱饱和酶，使得 C18∶1 发生氧化形
成 C18∶2 和 C18∶3，消耗超长链脂肪酸延长酶特
异底物 C18∶1，导致芥酸的合成量较少。因此，他
2015,31(12) 47田德雨等：超长链单不饱和脂肪酸的生物合成和代谢工程
们利用共抑制法（Co-suppressed）和反义抑制法对
于 FAD2 基因进行抑制，从而减少 C18 ：1 的去饱
和，相应的 C22∶1 所占比例也有了较为明显的提高
（提高 27%），同时总产油量也有提高（12%）。Li 等
在此基础上，结合 Cao 等［39］的研究得出溶血磷脂
酸乙酰转移酶（Lysophosphatidic acid acyltransferase，
LPAAT）在植物中的功能失活很可能是油料植物合
成 C22∶1 的又一个重要限制因素，（LPAAT 能够将
芥酸装配到三酰基甘油的 sn-2 位置，从而能够完成
一次脂肪酸的延长）并进行了一系列的油料植物的
基因工程。将 LPAAT 和 BnFAE1（BnFAE1 是来自
B. napus 的 3-酮脂酰 -CoA 合酶，主要负责将 C18∶1
延长形成 C20∶1［40］）两个基因进行了过表达，并
下调了 FAD2 基因，从而使得油料植物 C. abyssinica
的产芥酸量从野生型的 28% 提高到了 73%［41］。
在 确 定 C. abyssinica 是 一 种 理 想 的 产 芥 酸 植
物之后，Li 等［42］ 开发出一套高效的转化和检测
方法，利用潮霉素（10 mg/L）作为筛选标记，并
对 Southern 和 qRT-PCR 分 析 方 法 进 行 改 进， 更
好 的 适 合 转 化 后 C. abyssinica 的 分 析。 甘 油 二 酯
（Diacylglycerol，DAG）在甘油三酯（TAG）和膜结
合脂类（Membrane lipids）起到了重要的分支点作用
（Branch point）［43］。同位素标记技术已经证实在大
豆的磷脂和甘油三酯合成过程中，DAG 起到了不同
的动力学作用［44］。据此，2014 年，Guan 等［45］发
现 DAG 和 PC（卵磷脂）之间较低的相互作用是 C.
abyssinica 产芥酸的主要瓶颈。神经酸的化学合成自
20 世纪 30 年代就已实现，但这种方法得率低且难
提纯，无法进行工业生产，因此亟待发掘更成熟和
安全有效的方法。
虽然很多研究表明 KCS 基因对于底物没有很强
的选择特异性，但是有研究发现，当 KCS 利用的底
物为 C22∶1 时，神经酸的产量比其他底物高数倍。
例如，Guo 等［12］ 的研究表明，将 L. annua 的 KCS
基因导入到拟南芥（富含 C20∶1）和 B. carinaca（富
含 C22∶1）之中，经过异源表达，B. carinaca 所产
神经酸量远高于拟南芥，使最高的神经酸含量达到
了 30%，但同时芥酸的含量仍然维持在 25% 的高水
平。随后他们又进行了深入研究 ：从含有高达 54%
神经酸的 C. graeca 中克隆得到其 KCS 基因，在酵母
中对基因功能进行验证，得到神经酸，并将其在“种
子特异启动子”的调控下，在产油植物 B. carinaca
中异源表达，最终使得神经酸产量达总油脂的 44%，
并将其芥酸含量降低到了 6%［46］，这对后续利用代
谢工程手段改造神经酸生产菌株提供了重要的思路
及参考。
总之，目前对芥酸和神经酸的代谢工程研究
已经取得了一些进展，包括找到了延长酶体系，基
本了解延长机制，并对关键基因进行了克隆和异源
表达。但是目前的认识还不满足理性设计提升产量
的要求，主要存在以下问题 ：（1）虽现在当前认为
KCS 基因是延长循环过程的关键基因，但是，单一
KCS 基因对整个过程的调控机制尚不清楚 ；（2）还
没有找到特别好的目标载体，对其进行高效、系统
和有目的的改造。
5 展望
VLCMFA 具有独特的药效、保健功效和工业用
途。目前，VLCMFA 的生物合成路径已基本清楚，
但是，对催化碳链延长的关键酶及其调控机制的认
识还不足，如 KCS、KCR 的底物选择性、协同作用
等。应用代谢工程方法提高植物的芥酸或神经酸含
量已有尝试，但是产量有待提高。除植物组织，产
油微生物是开发 VLCMFA 的潜在细胞工厂，如产油
酵母 Y. lipolytica 具有产油量高、易培养、繁殖快等
特点，并且该酵母属于 “生物安全性第一级微生物
（Biosafety class 1 microorganism）”［47］。 美 国 杜 邦 公
司已经将 Y. lipolytica 产超长链多不饱和脂肪酸 EPA
产业化［48］。当前，芥酸和神经酸的代谢工程改造还
没有达到工业化生产的要求，VLCMFA 生物合成的
深入研究将推动相关的应用开发。
参 考 文 献
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（责任编辑 狄艳红）