我科學家實現植物藥可卡因的從頭生物合成

記者29日從中國科學院昆明植物所獲悉，該所在植物藥可卡因的生物合成研究方面取得重要進展。相關研究成果以封面文章形式發表在國際期刊《美國化學學會雜誌》上。

托品烷生物鹼是一類具有吡咯環和哌啶環駢合而成的托品烷基本骨架的生物鹼，其代表性成員莨菪鹼和可卡因具有悠久的藥用歷史，而且是目前仍在臨床上廣泛應用的重要天然藥物，由於其不可替代性被FDA批准為口腔和鼻腔外科手術的局麻藥。

近年來，昆明植物研究所黃勝雄研究員帶領的天然産物生物合成及藥用植物資源攻關團隊，長期聚焦托品烷生物鹼的生物合成研究，取得了一系列重要突破。今年，研究團隊又從古柯科植物中鑒定了參與可卡因托品烷骨架構建的相關聚酮合酶，並揭示了古柯科和茄科聚酮合酶獨立進化但功能趨同的獨特現象。

近期，研究團隊綜合利用轉錄組分析、分子生物學以及有機化學合成等手段，解決了長期遺留的可卡因托品烷骨架構建的世紀難題，並在煙草中實現了可卡因合成路徑的從頭構建。此項研究，鑒定了負責可卡因托品烷骨架構建的氧化酶和甲基轉移酶相關物質，明確了可卡因托品烷骨架的形成過程，糾正了長期存在但不正確的MPOA先甲基化後再氧化的猜想，也再次闡明瞭經典托品酮化學全合成的倣生合成之美。

在此基礎上，研究人員進一步利用體外酶促實驗表徵了相關氧化酶和甲基轉移酶的底物手性選擇性，解決了可卡因生物合成路徑中如何從消旋的MPOA生成手性托品烷骨架的疑惑，最終利用氧化酶CYP81AN15和甲基轉移酶MT4，以及四個已鑒定的功能酶在煙草中組建最簡生物合成路徑，實現了可卡因的從頭合成，這標誌著一條接近完整的可卡因生物合成途徑已闡明。