近日，国际植物科学顶级期刊Molecular Plant在线发表了药物所贾美荣团队题为“A minimal four-enzyme suite enables biosynthesis of the C₂₀ diterpenoid alkaloid atisinium”（四酶体系实现C₂₀二萜生物碱atisinium的生物合成）的研究论文。该研究以藏药露蕊乌头（Aconitum gymnandrum）为材料，完整解析了C₂₀型二萜生物碱atisinium的组装途径，发现仅需三个CYP450酶（CYP701A216、CYP71FH3、CYP729G3）和一个非典型短链脱氢酶/还原酶（AgDAS）的协同作用，即可完成从二萜前体ent-atiserene到目标生物碱分子atisinium的精准构建，填补了二萜生物碱生物合成研究中的关键空白。

图. Atisinium的生物合成路径示意图

二萜生物碱是乌头属等毛茛科植物中一类结构复杂且具显著药理活性的天然产物，临床镇痛药物高乌甲素、抗心律失常药关附甲素均属此类，但其二萜前体向含氮母核转化的生物合成组装机制数十年来未被阐明。研究团队以C₂₀型二萜生物碱atisinium为研究对象，首先通过同位素示踪确认其二萜前体为ent-atiserene、氮源来自乙醇胺，进一步从露蕊乌头中筛选出两个关键CYP450酶—CYP701A216与CYP71FH3。二者完成接力催化反应：CYP71FH3先氧化ent-atiserene C20位生成醇，CYP701A216继而对C19位氧化并环化生成半缩醛，最后CYP71FH3将半缩醛氧化为关键中间体ent-atiseren-19,20-dial。该二醛可与乙醇胺自发缩合，随后由非典型短链脱氢酶/还原酶AgDAS催化还原，生成atisine骨架。第三个CYP450酶CYP729G3催化C15位羟基化，生成最终产物atisinium。病毒诱导基因沉默实验证实CYP701A216和AgDAS在atisinium途径中的关键作用。保守性分析显示，毛茛科多种乌头属及翠雀属植物中均存在该四酶系统的功能同源蛋白。另外，本研究团队进一步在烟草和酿酒酵母底盘中成功实现了atisinium的异源重构，为利用合成生物学合成该类药用成分奠定了基础。

药物所研究生谢军为论文第一作者，贾美荣研究员为论文通讯作者。成都中医药大学陈士林院士为本工作提供了重要指导，日本北海道大学Naoki Kitaoka教授参与了部分工作。该研究得到协和新星人才专项（2025-I2M-XHXX-082）、国家自然科学基金项目（22477142）及中国医学科学院基科费（2021-RC350-003）的资助。感谢青海大学张寿德教授、北京大学徐正仁教授、药物所石建功研究员、朱平研究员、戴均贵研究员、张培成研究员、杨立成研究员、许述研究员和巩婷研究员、中科院天津工业生物技术研究所侯安伟研究员及河北师范大学刘勇兵教授为工作提供的大力支持和帮助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.07.004