2024年3月19日，中国医学科学院药物研究所孔建强研究员团队在国际期刊Green Chemistry正式发表题为 “Green acetyl modification of puerarin to form puerarin 6′′-O-acetate using engineered Escherichia coli with favorable pathways and elevated acetyl-CoA supply”的研究论文，报道了利用合成生物学技术在工程化大肠杆菌细胞工厂中绿色、可持续性生产葛根素-6″-O-乙酸酯（puerarin 6′′-O-acetate，P6″A）的最新进展。

葛根素（puerarin）是分离自中药葛根的异黄酮类活性化合物，具有扩张冠状动脉和脑血管，退热，镇静和降血压等多种药理活性。弱脂溶性和低渗透性限制了葛根素在医药和食品中的广泛应用。乙酰化修饰可以改善葛根素的生物利用度。研究团队前期从大肠杆菌中挖掘到一种麦芽糖-O-乙酰基转移酶（maltose O-acetyltransferase，MAT），能够催化葛根素乙酰化生成葛根素-6″-O-乙酸酯。体外酶法合成葛根素-6″-O-乙酸酯面临供体乙酰辅酶A不易得、纯酶制备工艺复杂繁琐等问题，导致规模化制备难以实现。通过合成生物学技术构建细胞工厂可为解决这一难题提供新的策略。

研究团队首先对细胞内影响乙酰辅酶A含量的三条途径进行比较，发现过表达乙酰辅酶A合酶（ACS）和丙酮酸脱氢酶复合物（PDH）能显著提高乙酰辅酶A的含量。协同表达ACS和PDH，构建高产乙酰辅酶A的大肠杆菌底盘细胞；然后往底盘细胞中导入MAT突变体MATE125N，获得能合成葛根素-6″-O-乙酸酯的细胞工厂Q15。经过一系列条件优化，Q15在6-L补料发酵中能产生2.02 g/L的葛根素-6″-O-乙酸酯（图1）。酶法合成的葛根素-6″-O-乙酸酯在人与小鼠血浆中具有较高的稳定性，无明显种属差异，对HepG2细胞具有剂量依赖型细胞毒性，且脂溶性有所改善。本研究为葛根素单酯的绿色合成提供了可行性方法，并为葛根素-6″-O-乙酸酯的成药性研究奠定基础。

图1 在高产乙酰辅酶A的工程化大肠杆菌中生物合成葛根素-6″-O-乙酸酯

本研究得到了国家重点研发计划项目(No. 2020YFA0908000)、北京自然科学基金(7212183)和中国医学科学院医学与健康科技创新工程(CIFMS) (2021-I2M-1-029)的资助。博士生王雪凝为第一作者，药物研究所孔建强研究员为论文通讯作者。药物研究所盛莉研究员，孙华研究员及研究生郭馨怡在药物代谢和活性评价等方面做出了重要贡献。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/gc/d3gc04474b