全 文 ：林业科学研究 2009, 22( 3): 439~ 445
Forest Resea rch
文章编号: 100121498( 2009) 0320439207
木本药用植物红豆杉研究的新进展
邱德有 1* , 吴小红 2, 黄璐琦 3
( 1.中国林业科学研究院林业研究所, 国家林业局林木培育重点实验室, 北京 100091; 2. 中国中医科学院广安门医院,
北京 100053; 3. 中国中医科学院中药研究所,北京 100700 )
摘要:红豆杉是当今十分重要的一种木本药用植物, 从中提取出的二萜类抗癌化合物紫杉醇在全世界已广泛应用于
卵巢癌、乳腺癌、非小细胞肺癌等癌症的临床治疗,效果显著。近年来, 人们还发现紫杉醇在其它疾病的治疗中也具
有很好的作用。本文综述了近年来国内外在红豆杉人工栽培、紫杉醇化学半合成、红豆杉细胞培养、产紫杉醇内生
真菌培养、代谢工程方面的最新研究进展, 对当前工作中存在的问题进行了探讨,并对有关研究的发展前景进行了
展望。
关键词:红豆杉;人工栽培;紫杉醇;化学半合成;细胞培养;内生真菌;代谢工程
中图分类号: S795. 7 文献标识码: A
收稿日期: 2008212208
基金项目: 国家高技术研究发展计划 ( 863计划 ) ( 2007AA10Z182),国家自然科学基金 ( 30671698 ),中央级公益性科研院所基本科研业
务费专项资金 ( 2007201)
作者简介: 邱德有 ( 1967) ),男,福建上杭人,研究员,从事专业为植物生物化学与功能基因组学.
* 通讯作者 E2mai:l q iudy@ ca.f ac. cn
R ecen t Advances in R esearch of theW oodyM ed icina l P lan t Taxu s
QI UDe2you1, WUX ia o2hong2, HUANGLu2qi3
( 1. Research Inst itu te of Forestry, CAF; KeyLaboratory ofT ree Breed ing and Cu lt ivat ion, State ForestryAdm in is tration, Beijing 100091, Ch ina;
2. GuangAnMen Hosp ita,l Ch ina A cademy of Ch ineseMed ical Sciences, Beij ing 100053, Ch ina;
3. In stitute of Ch ineseMeteriaM edica, Ch ina A cademy of Ch ineseMed ical Sciences, Bei jing 100700, Ch ina)
Abstr act: Taxus is an important medic inal plan.t Taxol ( generic nam e paclitaxel), a comp lex d iterpene am ide
derived firstly from the Pacific yew (Taxus brevifolia ) tree, has been approved as an important pharmaceut ica l drug.
Th is ant itumor and antileukem ic agen t is effective against several cancers such as ovarian and breast carc inomas.
More recently, taxol has shown prom ising resu lts in drug2e lut ing coronary artery stents used in the treatment of
diseased vasculature. In th is paper, the recent research progresses in Taxus cultivat ion, T axol chem ica l sem i2
synthesis, Taxus ce ll culture, endophytic fungus culture and Taxolm etabolic engineering are surveyed. The prob lem s
and future perspectives for these research areas are discussed.
K ey word s: Taxus; cu ltivation; taxo;l chem ical sem i2syn thesis; ce ll cu lture; endophytic fungus; metabolic engineering
红豆杉 (Taxus sp. )为红豆杉科 ( Taxaceae)红豆
属 (Taxus)的木本植物。红豆杉属植物全世界共有
11种, 分布于北半球的温带至亚热带地区, 其中我
国有 4种和 1个变种。Wall等 [ 1]在 1971年从短叶
红豆杉 (Taxus brevifolia Nut.t ) )树皮中分离得到二
萜类抗癌化合物紫杉醇。紫杉醇抗癌的作用机制是
与细胞微管蛋白结合, 并促进其聚合,从而抑制癌细
胞的有丝分裂,有效地阻止癌细胞的增殖。 1992年
12月美国 FDA批准紫杉醇作为治疗转移性卵巢癌
的药物,之后又批准可用于治疗转移性乳腺癌。国
产紫杉醇注射液 /紫素 0于 1995年 10月开始生产。
紫杉醇是一种广谱抗肿瘤药,它已用于治疗卵巢癌、
林 业 科 学 研 究 第 22卷
乳腺癌、非小细胞肺癌、食管癌、胃癌、头颈部肿瘤、
黑色素瘤、结肠癌等, 新的研究成果还在不断延伸红
豆杉和紫杉醇的治疗范围。据估计, 全世界紫杉醇
的年需求量至少在 1 000 kg以上。
令人遗憾的是红豆杉的生长缓慢, 资源量有限,
特别是其紫杉醇含量低,仅占树皮干质量的 0. 01%
~ 0. 02% [ 2] ,所以,资源与开发矛盾相当突出。近年
来,受利益的驱使, 红豆杉的野生资源受到严重破
坏,供求矛盾日趋尖锐。为了解决紫杉醇的长期供
应问题,人们在人工栽培、紫杉醇化学合成 (包括半
合成和全合成 )、内生真菌、细胞培养和基因工程等
领域进行了探索,取得了不少进展 [ 3- 6]。其中, 人工
栽培、紫杉醇的化学半合成已应用于生产, 细胞培
养、基因工程也取得了一些进展;而紫杉醇的化学全
合成需近 30步反应,尚无商业开发价值。近年来,
有关方面的研究又取得了一些新进展。下面就红豆
杉人工栽培、紫杉醇化学半合成、内生真菌培养、红
豆杉细胞培养和代谢工程研究的最新进展作一简要
的介绍和评述。
1 红豆杉的人工栽培
目前,我国广大地区已广泛开展了东北红豆杉
(Taxus cuspida ta Sieb. et Zucc )、中国红豆杉 (T.
chinensis ( P ilg. ) Rehd )、南方红豆杉 (T. ch inensis
var. mairei Cheng etL. K. Fu)、西藏红豆杉 (T. wa lli2
ch iana Zucc. )和云南红豆杉 (T. yunnanensis Cheng
et L. K. Fu)的人工栽培, 有的面积多达 500 ~ 600
hm2 )。我国产东北红豆杉、中国红豆杉、南方红豆
杉、西藏红豆杉和云南红豆杉的枝叶中紫杉醇的含
量比树皮中紫杉醇的含量至少低一个数量级, 通常
仅为枝叶干质量的十万分之一左右;因此, 红豆杉人
工种植中, 面临枝叶紫杉醇含量普遍偏低的问题。
我国于 1996年从国外引种了东北红豆杉和欧洲红
豆杉的天然杂交种曼地亚红豆杉 (T. @med ia Reh2
der)。曼地亚红豆杉的枝叶具有较高的紫杉醇含
量。实际上,曼地亚红豆杉有数十个品系,其中, 有
一些品系如曼地亚红豆杉中的 Taxus@med ia H icksii
品系紫杉醇的含量稍高,可占枝叶干质量的万分之
4左右, 而其他一些品系的紫杉醇含量也不高, 应该
加以区分。目前,我国广大地区人工栽植的红豆杉
良种化程度很低,只要是红豆杉苗就栽,不分是否是
优良种苗,所以, 制定我国红豆杉种苗的标准、选择
优良种苗进行栽培就显得很有必要。
人工种植需占大量土地,周期长,而且由于色素
等干扰,使得从人工种植的红豆杉枝叶中提取紫杉
醇及其半合成前体的难度要比从树皮中提取的难度
大得多,得率要低,成本很高,所以,今后大规模栽培
提取紫杉醇的红豆杉人工林时, 必须选择生长快、紫
杉醇含量高的红豆杉良种和优良苗木。对于那些未
采用红豆杉良种、有种苗就栽的基地,除了生产紫杉
醇外,还要利用其枝叶生产巴卡亭 III( baccat in III),
102去乙酰巴卡亭 III( 102deacetylbaccat in III)等, 用
这些副产品 (半合成前体 )来补偿经济上的损失。
此外,还应加强对红豆杉人工栽培技术的研究 [ 7] , 如
深入研究不同人工施肥方法和菌根等对植株生长速
度、紫杉醇和相关成分含量的影响,制定红豆杉人工
栽培的技术规程, 为红豆杉药材 GAP基地的建设提
供技术保障。
2 紫杉醇的化学半合成
美国 BMS( Bristol2Myers Squ ibb)等公司利用从
欧州红豆杉 (T. bacca ta L. )等枝叶中提取分离巴卡
亭 III ( baccatin III)和 102去乙酰巴卡亭 III ( 102
deacetylbaccat in III), 将 102去乙酰巴卡亭 III转化为
巴卡亭 III后,经过化学半合成法生产紫杉醇, 但其
合成原料巴卡亭 III还须从红豆杉树皮或枝叶中提
取,成本仍然较高。紫杉醇半合成法的关键是前体
巴可亭 III的获得和生产。除了继续从红豆杉枝叶
中提取外,目前的发展趋势是利用工程微生物和酶
法进行 baccatin III的生产。美国密执根洲立大学
Walker实验室利用表达 102去乙酰巴卡亭 III2102O2
乙酰基转移酶基因的大肠杆菌将 10 - 去乙酰巴卡
亭 III转变成了巴卡亭 III[ 8]。德国 Zocher实验室利
用中空纤维膜生物反应器培养含 10 - 去乙酰巴卡
亭 III2102O2乙酰基转移酶重组基因的大肠杆菌, 以
102去乙酰巴卡亭 III为底物,发现 1周可生产 1. 6~
2. 4 g的巴卡亭 III,相当于 500mg# L- 1# d- 1的产
量 [ 9- 10 ]。
另外一个趋势是利用红豆杉树皮和枝叶提取紫
杉醇时的副产品 72木糖 2102去乙酰紫杉醇。广西桂
林市晖昂生化药业公司于 2004年完成了 72木糖 2102
去乙酰紫杉醇半合成紫杉醇的生产工艺的研究, 达
到了一次投含 20% 72木糖2102去乙酰紫杉醇料 150
kg,经过三步反应生产出了 10 kg紫杉醇的规模, 这
种技术已申请了专利 [ 11]。以天然紫杉醇作对照, 中
国医学科学院药物研究所对这一半合成紫杉醇进行
440
第 3期 邱德有等:木本药用植物红豆杉研究的新进展
了化学结构、质量以及抗肿瘤活性的全面检测,结果
证明是一致的, 符合美国药典半合成紫杉醇的质量
标准。 2005年 1月广西壮族自治区科技厅组织专
家对该成果进行了鉴定,获得了很高的评价。
3 红豆杉细胞培养
植物细胞培养由于不受气候和土壤的限制, 所
以植物细胞培养技术在 20世纪 60年代就开始尝试
作为生产植物有用次生代谢物质的工具。在 20世
纪 80年代,日本的科学家利用植物细胞培养技术成
功进行了紫草素和人参皂甙的工业化生产。自 1989
年 Christen首次报道利用红豆杉细胞悬浮培养技术
生产紫杉醇后, 国内外学者进行了大量红豆杉愈伤
组织培养和细胞悬浮培养的研究, 研究的植物几乎
包括短叶红豆杉、欧洲红豆杉、东北红豆杉、中国红
豆杉、加拿大红豆杉 (T. canadensisMarsh)、云南红
豆杉和曼地亚红豆杉等主要的红豆杉, 其中大部分
已证实能够产生紫杉醇,但大多存在细胞易褐化、培
养物生物量小,培养规模小、紫杉醇产率较低和生产
稳定性差等问题, 离紫杉醇工业化生产还有距
离 [ 12]。在选择高产细胞系的同时, 通过利用真菌诱
导子、La3+、变温处理、乙烯抑制剂 STS( silver thio2
su lfate)和茉莉酸甲酯 (M eJA)等因子或方法可以使
培养细胞的紫杉醇产量得到提高, 其中最有效的是
MeJA[ 12- 14 ]。
早在 1992年, 美国 ESCA genetics公司在 NCI
主持的第 2次紫杉醇研讨会上就宣布他们用细胞培
养法所得产物紫杉醇含量为树皮的 2~ 5倍。目前,
国际上至少有 2~ 3个公司开始利用大型生物反应
器生产紫杉醇。一个是韩国的 Samyang Genex公司
( Tae jon, Korea), 1997年韩国就批准该公司利用红
豆杉细胞生物反应器生产出的紫杉醇 ) Genexol上
市。另一个公司是 Phyton (NY, USA), 该公司从
1993年开始就与 Bristol2Myers Squibb合作进行红豆
杉细胞的研究, 在 2002年 Phyton与 Bristol2Myers
Squibb签订了长期提供紫杉醇的合作协议。目前该
公司最大的生物反应器已达 75 000 L的规模。由于
采用酶法半合成和利用红豆杉细胞生物反应器生产
紫杉醇, Bristol2Myers Squ ibbU. S. 在 2004年因此获
得了美国环境保护机构 ( EPA)颁发的总统绿色化学
挑战奖 [ 15]。第 3个是日本的 Mitsu i化学公司, 该公
司建立了红豆杉细胞大规模培养系统, 他们利用二
步培养结合高密度培养法使红豆杉细胞紫杉醇产量
达到 295 mg # L- 1, 并发现在 200 L的生物反应器
中,曼地亚红豆杉 18批试验中紫杉醇的产量都表现
得较稳定,产量保持在 140 mg# L- 1到 295 mg# L- 1
之间,每天紫杉醇的产率为 21. 1 mg# L- 1[ 13]。这是
目前唯一公开的对大规模生物反应器培养紫杉醇稳
定性的报道。
我国在红豆杉细胞方面的研究也取得了一定的
进展。早在 1997年, 甘烦远等 [ 16]发现云南红豆杉
细胞在发酵罐中生长速率达到 12 g# L- 1,紫杉醇含
量为 1. 19 g# kg- 1, 大约是成年树树皮含量的 12
倍,为栽培植株的 40倍 。近年来, 广东梅雁生物工
程研究所也进行了红豆杉细胞不锈钢生物反应器的
中试,产量达到了 100 mg# L- 1以上,该单位下一步
的计划是进行大规模生物反应器培养试验。
虽然国际上已有少数几个公司已经开始利用大
型生物反应器生产紫杉醇, 但这些都是在投入巨额
研发经费的条件下取得的。在生物反应器中, 植物
细胞比微生物生长慢, 而且生产时需要有大型专用
生物反应器, 所以,生产成本将成为该技术工业化应
用时必须认真考虑的问题, 同时还急需解决大规模
生物反应器培养时紫杉醇生产的稳定性难题 [ 17]。
如果红豆杉培养细胞中紫杉醇产量的稳定性难题能
够得到有效地解决,那么植物细胞培养技术生产紫
杉醇将有可能成为一种具有竞争力的方法 [ 18]。
4 产紫杉醇内生真菌的培养
1993年,美国蒙太拿州立大学的 St ierle等 [ 5]从
太平洋红豆杉的韧皮部分离到 1株产紫杉醇的内生
真菌 (Taxomyces andreanae),发现该菌的发酵液含紫
杉醇 24~ 50 ng# L- 1。随后, 该实验室又从西藏红
豆杉枝条上分离到 1株小孢拟盘多毛孢 (P esta lotiop2
sism icrospora ),紫杉醇的产量比 Taxomyces andreanae
高很多, 发酵液的紫杉醇含量高达 60 ~ 70 L g#
L- 1 [ 19]。随后人们在落叶松、松树Wollem ia nob ili和
秃柏中分离出产紫杉醇的内生真菌 [ 20]。特别值得
一提的是美国俄勒冈州波特兰大学的化学家安杰拉
# 霍夫曼等 [ 21 ]发现榛子树的叶、枝和果实中均含有
紫杉醇,含量为红豆杉的 10%, 同时还发现生长在
榛子树上的真菌也可产生紫杉醇。除红豆杉外, 榛
子树是第 2种能产紫杉醇的植物, 而且其内生真菌
也能产紫杉醇。我国自 1994年北京大学邱德有
等 [ 22 ]人首先从云南红豆杉的树皮中分离出可产紫
杉醇的内生真菌之后, 黑龙江大学、厦门大学、上海
441
林 业 科 学 研 究 第 22卷
交通大学、天津大学和华中科技大学、中国中医科学
院等单位先后进行了产紫杉醇内生真菌的分离和培
养的工作。国内外已报道的产紫杉醇真菌种类已超
过 30种,这些真菌绝大多数是子囊菌或半知菌, 而
且大都是红豆杉内共生菌 [ 20]。产紫杉醇真菌的筛
选除了采用形态学和化学的方法外, 目前人们已开
始用 PCR进行有关菌株的快速筛选和鉴定 [ 23- 24]。
产紫杉醇的内生菌选育和发酵培养的研发尚未取得
实质性进展,因为内生真菌每升培养物仅有微克级
紫杉醇,产量很低。紫杉醇真菌的筛选只是第 1步,
关键是提高真菌发酵时紫杉醇的产量。赵凯等 [ 25]
成功通过原生质体诱变技术提高了真菌中的紫杉醇
产量, 高达 418 Lg# L- 1。最近, 他们通过 genome
shuffling的方法,进一步提高了树状多节孢 (Nodulis2
porium sylviform ) F4226紫杉醇的产量, 达到 516. 37
Lg# L- 1 [ 26]。尽管已经取得了很大的进展, 但要实
现工业化生产, 还必须获得毫克级水平的紫杉醇产
率。今后的研究重点应该是菌株的改造。至今还不
清楚真菌中紫杉醇生物合成的途径,到目前,还没有
一个真菌紫杉醇合成基因克隆的报道, 开展真菌紫
杉醇合成基因克隆甚至基因组学的研究工作很有必
要。弄清紫杉醇生物合成和调控的分子机理等过
程,是改造菌株的前提, 它将使有目的地、精确地改
造产紫杉醇真菌菌株成为可能。笔者正与美国俄勒
冈州波特兰大学的化学系的安杰拉 #霍夫曼拟合作
开展产紫杉醇真菌分子生物学的研究工作。可以相
信,随着有关研究工作的深入,利用产紫杉醇真菌进
行大规模发酵生产这一重要药物将很可能成为
现实。
5 代谢工程的研究进展
5. 1 红豆杉细胞紫杉醇代谢工程
培养细胞中紫杉醇的产量一般都不高, 即使偶
尔获得较高的产量也都存在着紫杉醇产量不稳定的
问题, 所以要利用基因工程的方法对紫杉醇生物合
成与分支途径中有关基因进行调控, 以提高红豆杉
培养细胞中紫杉醇产量及其稳定性就成为近年来红
豆杉细胞代谢工程研究的重点 [ 27- 28]。至今,已确定
红豆杉细胞从 FPP和 IPP开始到紫杉醇是由 20个
蛋白所催化完成的。它们分别是 GGPP合成酶 (图 1
A)、紫杉 24( 5), 11( 12) 2二烯合成酶 (图 1 B)、紫杉
烷 5A2羟基化酶 (图 1 C)、紫杉烷 5A2O2乙酰基转移
酶 (图 1 D)、紫杉烷 10B2羟基化酶 (图 1 E )、紫杉烷
1A2羟基化酶 (图 1 F)、紫杉烷 2A2羟基化酶 (图 1
G)、紫杉烷 7A2羟基化酶 (图 1 H )、紫杉烷 9A2羟基
化酶 (图 1 I)、紫杉烷 13A2羟基化酶 (图 1 J)、紫杉
烷 2A2O2苯甲酰基转移酶 (图 1K)、紫杉烷 10B2O2乙
酰基转移酶 (图 1 L)、紫杉醇侧链 N2苯甲酰基转移
酶 (图 1M )、紫杉烷 C2132O2苯丙烷侧链乙酰 CoA
酰基转移酶 (图 1N)、B2苯丙氨酸变位酶 (图 1 O)、
乙酰 CoA连接酶 (图 1 P)、B2苯丙氨酸水解酶 (图 1
Q)、9A2羟基氧化酶 (图 1 R )、4, 20环氧化酶 (图 1
S)、环氧乙烷环氧四环变位酶 (图 1 T)。Croteau实
验室已经完成了其中 14个基因的克隆。 2003年,
该实验室又成功地克隆了处于包括紫杉醇在内的各
种 C213氧取代的紫杉烷生物合成的分支途径中紫
杉烷 14B2羟基化酶基因 ( 14OH) (图 1) [ 29- 30 ]。紫杉
醇的生物合成涉及 20个基因,目前还没有找到有效
的增产办法。和其它受多基因控制的化合物一样,
通过操作紫杉醇生物合成途径中的单个基因或某些
转录因子有望提高其产量。国内外不少实验正在进
行这方面的研究, 但还没有成功的报道。
作者认为对于紫杉醇生物合成调控而言, 处在
紫杉醇生物合成竞争的分支途径中的基因也很重
要。因为除了可以通过促进紫杉醇合成途径中有关
基因的表达, 还可通过抑制其分支途径中有关基因
的表达,甚至可以通过既促进合成途径中基因的表
达,同时又能通过抑制其分支途径中基因的表达来
实现有关目的。红豆杉植株中含有大量的 C214氧
取代的紫杉烷, 如 TaxuyunnanineC [ 2A, 5A, 10B,
14B2四乙酰氧基 24 ( 20), 112紫杉二烯 ]及其类似物
2A, 5A, 10B2三乙酰氧基 214B2( 2c2甲基23c2羟基 ) 2丁
酰氧基 24( 20), 112紫杉二烯、2A, 5A, 10B2三乙酰氧
基 214B2丙酰氧基2 4 ( 20), 112紫杉二烯和 2A, 5A,
10B2三乙酰氧基 214B2( 2c2甲基 ) 2丁酰氧基 2紫杉二
烯等。红豆杉离体培养的细胞在产生极少量的紫杉
醇时,也产生大量 C214氧取代的紫杉烷, 后者的总
含量可达细胞干质量的 3. 4% , 占红豆杉离体培养
细胞所产生的紫杉烷总量的 85%之多, 而包括紫杉
醇在内的各种 C213氧取代的紫杉烷占总量的
8. 2%,其中, 紫杉醇仅为 1% [ 31]。
体外酶促反应试验时,紫杉烷 14B2羟基化酶与
负责紫杉醇合成的 13B2羟基化酶竞争共同的底物
紫杉24( 20), 11 ( 12 )2二烯25A, 10B2二醇。Ketchum
等 [ 32 ]发现添加茉莉酸甲酯后, 红豆杉细胞中 C214
氧取代的紫杉烷的总含量由 5%减少到 2%, 而含 C2
442
第 3期 邱德有等:木本药用植物红豆杉研究的新进展 443
林 业 科 学 研 究 第 22卷
13氧取代的紫杉烷 (紫杉醇, 巴可亭 III和 102脱乙
酰基巴可亭 III)则大大增加, 分别增加了 4. 72、] 和
4. 12倍。因此,紫杉烷 14B2羟基化酶是紫杉醇生物
合成调控的十分重要的靶标。对红豆杉细胞该基因
表达进行抑制后,很可能阻断中间产物流向 C214氧
取代的紫杉烷这个分支途径, 使其向紫杉醇等 C213
氧取代紫杉烷的途径转变, 从而大幅度地提高后者
的产量。 Ketchum 等 [ 33]利用代谢组学 (M etabolo2
m ics)技术及同位素示踪技术, 进一步证实了紫杉烷
14B2羟基化酶和紫杉烷 13A2羟基化酶所催化的反应
在紫杉醇生物合成中所起的关键调控作用。本文作
者最近利用反义 RNA ( ant isense RNA) 和 RNA干
扰 (RNAi)技术已成功地抑制了曼地亚红豆杉 TM3
细胞系中的 14B2羟基化酶基因的表达, 显著降低了
yunnanxane、sinenxanA、sinenxan C 3种主要的 C214
氧取代的紫杉烷总量, 实现了对紫杉烷 14B2羟基化
酶基因的调控,下一步将对紫杉烷 13A2羟基化酶基
因等紫杉醇生物合成途径中的关键基因和分支途径
中的基因 ) 紫杉烷 14B2羟基化酶基因进行共调控,
即通过抑制紫杉烷 14B2羟基化酶基因的表达, 以阻
断此分支途径,并通过使紫杉烷 13A2羟基化酶基因
等关键基因的过量表达来进一步增加紫杉醇等 C2
13氧取代紫杉烷的含量。希望通过这种方法来获
得能显著提高紫杉醇产量的细胞系, 克服世界上目
前红豆杉细胞培养中紫杉醇产量低的难题。
5. 2 利用微生物代谢工程生产紫杉醇及其前体
利用微生物表达红豆杉紫杉醇生物基因来生产
紫杉醇的前体是近年来的一个有益探索。 DeJong
等 [ 34]利用 3个质粒成功地把紫杉醇生物合成途径
中的 8个基因在酵母 (Saccharomyces cerevisia e)中得
到表达。Enge ls等 [ 35]利用代谢工程的方法使中国
红豆杉紫杉二烯合成酶 ( taxad iene synthase )在酵母
得到高水平地表达, 紫杉二烯的水平提高到 40倍,
达到 8. 7 ? 0. 85 mg# L- 1。中国医学科学院协和医
科大学药物研究所天然药物生物合成室也已克隆了
中国红豆杉参与紫杉醇生物合成的 10个酶的基因,
在此基础上,应用大肠杆菌及酵母表达系统,也已成
功地合成了紫杉烷二萜化合物的母核 ) ) ) 紫杉
烯 [ 36]。目前正用代谢途径工程方法合成不同氧取
代的紫杉烯,企望为紫杉醇及其衍生物的合成提供
必要的中间体。
利用微生物表达红豆杉紫杉醇生物基因来生产
紫杉醇的前体已经成功,但由于紫杉醇生物合成涉及
到 20个步骤,所以用微生物表达所有红豆杉紫杉醇
生物基因生产紫杉醇的难度很大。近年来,合成生物
学技术的迅速发展, 有的关键技术 (如基因乃至基因
组的人工精准合成 )正有望取得突破,今后利用微生
物代谢工程的方法直接生产紫杉醇不是不可能的。
6 小结
近年来, 国内外在红豆杉人工栽培、紫杉醇化学
半合成、红豆杉细胞培养、产紫杉醇内生真菌培养、
代谢工程方面的研究取得了很大进展, 使紫杉醇的
供需矛盾得到了一定程度的缓解,但远未真正、彻底
解决红豆杉资源的供应与紫杉醇需求之间的矛盾。
要解决这个矛盾, 需要全社会的共同努力,需要有多
条技术途径, 需要对人工栽培、紫杉醇化学半合成、
红豆杉细胞培养、产紫杉醇内生真菌培养、代谢工程
方面的关键技术继续进行深入的研究, 并力争在规
模和生产成本方面取得突破。随着红豆杉和产紫杉
醇内生真菌基因组学研究工作的开展, 红豆杉和有
关内生真菌产紫杉醇的秘密及其调控机制将会逐渐
被揭开,有目地的培育红豆杉高产细胞系、优良个体
和优良真菌株系将成为可能。到那时红豆杉资源利
用与保护的矛盾将很可能不再是人们关注的焦点。
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