葫芦二烯醇的异源高效合成研究

李守连　王冬　刘怡　林庭庭　唐金磊　花尔并　张学礼　戴住波　黄璐琦

[摘要] 葫芦二烯醇具有抑制炎症和抗癌活性，同时为罗汉果甜苷和葫芦素等重要中药有效成分生物合成途径中的基本前体。为获得高效生产葫芦二烯醇的酿酒酵母细胞工厂，该研究首先从罗汉果中克隆到葫芦二烯醇合酶（CBS）基因，通过在三萜化合物底盘菌WD2091中异源表达和发酵后，产物经过GCMS鉴定获得产量为27.44 mg·L-1工程菌。再进一步调控工程菌中葫芦二烯醇合酶基因表达，最终成功获得葫芦二烯醇提高202.07%，产量为82.89 mg·L-1，高密度发酵达到1 724.10 mg·L-1的酿酒酵母细胞工厂313SLCB。该研究为推动葫芦烷型四环三萜生物合成途径解析及高效细胞工厂创建提供了基础。

[关键词] 三萜； 葫芦二烯醇； 合成生物学； 酿酒酵母

Study of heterologous efficient synthesis of cucurbitadienol

LI Shoulian1，2，3， WANG Dong2，3， LIU Yi2，3， LIN Tingting4， TANG Jinlei2，3，HUA Erbing1， ZHANG Xueli2，3 *， DAI Zhubo2，3*， HUANG Luqi4

（1.College of Biotechnology， Tianjin University of Science & Technology， Tianjin 310018， China；

2.Tianjin Institute of Industrial Biotechnology， Chinese Academy of Sciences， Tianjin 300308， China；

3.Key Laboratory of Systems Microbial Biotechnology， Chinese Academy of Sciences， Tianjin 300308， China；

4.State Key Laboratory Breeding Base of Daodi Herbs， National Resource Center for Chinese Materia

Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China）

[Abstract] Cucurbitadienol has antiinflammation， anticancer activities， and acts as a precursor of traditional Chinese medicine active ingredients mogroside and cucurbitacine. For construction of a Sacchromyces cerevisiae cell factory for production of cucurbitadienol， we firstly cloned a cucurbitadienol synthase （CBS） gene from Siraitia grosvenorii. Then， through heterologous expression of CBS in the triterpenoid chassis strain WD2091， the engineered strain could produced 27.44 mg·L-1 cucurbitadienol， which was determined by GCMS. Further regulation of CBS expression led to cucurbitadienol′s titer increasing by 202.07% and reaching 82.89 mg·L-1 in the shake flask fermentation and 1 724.10 mg·L-1 in the high cell density fermentation. Our research promotes the cucurbitanetype tetracyclic triterpenoids synthesis pathway analysis progress and provides the basis for further obtaining cell factories for production of cucurbitadienol tetracyclic triterpenoids.

[Key words] triterpenoids； cucurbitadienol； synthetic biology； Sacchromy cescerevisiae

葫蘆二烯醇（cucurbitadienol）是从罗汉果、栝楼、西瓜、冬瓜和苦瓜等多种葫芦科植物中分离获得的葫芦烷型四环三萜类化合物的基本前体，其在生物体内能被进一步被酶修饰形成罗汉果甜苷和葫芦素等化合物[1]。其中罗汉果甜苷Ⅴ是罗汉果果实甜味的主要成分，甜度是蔗糖的250倍，是糖尿病患者和肥胖者食品的良好添加剂[2]；另外，葫芦素等苦味成分具有广泛的生物活性，如护肝，抗炎，抗菌，驱虫以及对中枢神经系统和心血管具有保护作用[3]；一些葫芦素还可以作为蜕皮类固醇受体激动剂和拮抗剂[4]。

运用合成生物学策略实现中药有效成分生物合成途径的异源重建及产物的生产，能够积极促进生物合成途径解析和利用，如丹参酮[5]，吗啡[6]和人参皂苷[7]等成分的生物合成途径的研究。在生产方面，Keasling团队耗时10年，将黄花蒿中青蒿酸的合成途径完全解析，并在酿酒酵母中完成了抗疟药物前体—青蒿酸的异源合成工作，青蒿酸的产量达25 g·L-1[8]。endprint