解析太子参中环肽奥秘：关键环化酶助力新发现

研究针对太子参中环肽研究难题，鉴定出 PhPCY3，发现新环肽，为其开发提供策略。

　　太子参，这种在中国传统医学中占据重要地位的植物，其根部被广泛用于治疗多种病症，像脾胃虚弱、食欲不振、病后体虚等，还为众多商业药品贡献了关键价值。而从太子参中提取的异叶环肽 B（heterophyllin B，HB）更是备受关注，它不仅能改善认知功能，缓解记忆缺陷，还在治疗 2 型糖尿病方面展现出潜力。

环肽类药物以其稳定的结构、强大的亲和力和高口服利用率等优势，在医药领域大放异彩，像用于治疗肥胖症和代谢疾病的药物，就创造了巨大的经济价值。太子参中的轨道肽（orbitides）属于植物环肽，这类环肽是核糖体合成并经过翻译后修饰的肽（RiPPs），具有多样的生物活性，可能具备抗癌或抗肿瘤特性 。然而，轨道肽的研究困难重重。一方面，传统的植物化学方法难以发现低含量的新型轨道肽；另一方面，参与植物环肽生物合成的酶不保守，太子参中轨道肽生物合成的关键酶至今未知，这严重阻碍了对轨道肽的深入研究和开发利用。

为了突破这些困境，中国农业科学院深圳农业基因组研究所、福建农林大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Plant Communications》上，为太子参环肽研究开辟了新方向。

研究人员运用了多种关键技术方法。通过 RNA 测序，全面分析不同组织的基因表达情况，挖掘潜在的前体肽基因和环化酶基因。利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术，在植物体内验证基因功能。借助异源表达平台，将外源基因导入本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中表达，从而鉴定和合成新的轨道肽。还运用分子对接和多序列比对技术，确定关键酶的活性位点。

在研究结果方面，研究人员首先发现轨道肽在太子参不同组织中的积累存在显著差异，根部的 HB 和假太子参菌素 E/F/G（pseudostellarin E/F/G，PE/PF/PG）含量明显高于其他组织。通过对多个组学数据的挖掘和分析，研究人员鉴定出 100 多个前体肽基因，并发现 PhPCY1/2/3 基因和 PhOLP1/2 基因与环肽含量高度正相关。系统发育分析显示，PhPCY3 与已知的植物环化酶 SvPCY1 进化关系密切，更有可能参与轨道肽的生物合成。

接着，研究人员利用本氏烟草异源表达平台，发现 PhPCYs 模块包含 HB 生物合成途径的核心基因，其中 PhPCY3 能将线性前体肽催化为 HB，且无需 PhOLPs 的协助，还能将 PrePE、PrePF 和 PrePG 分别环化为 PE、PF 和 PG。体外酶活性实验也证实，PhPCY3 可切割 HB [14 - 35] 的 C 末端区域并环化形成 HB，但无法直接催化较短底物 HB [14 - 21] 转化为 HB，这表明 PhPCY3 在轨道肽生物合成中起主导作用。

为进一步验证 PhPCY3 的功能，研究人员利用 VIGS 技术沉默太子参中的 PhPCY3 基因。结果显示，PhPCY3 基因表达显著下调，同时 HB、PE 和 PG 的含量也大幅下降，这充分证明 PhPCY3 是植物体内轨道肽环化的核心基因。

通过分子对接和多序列比对，研究人员确定 N500 和 S502 是 PhPCY3 的关键催化位点。对这些位点进行突变后发现，突变酶的催化活性明显降低，这表明这些位点对 PhPCY3 的催化活性至关重要。

最后，研究人员通过挖掘转录组数据，利用异源表达平台成功鉴定出 4 种新型轨道肽，即 cyclo - [LDGPPPYF]、cyclo - [WGSSTPHT]、cyclo - [GLPIGAPWG] 和 cyclo - [FGDVGPVI]，为轨道肽家族增添了新成员。

在研究结论与讨论部分，此次研究采用反向遗传学策略，结合多组学数据和异源表达平台，成功鉴定出太子参中轨道肽生物合成的关键肽环化酶 PhPCY3，还发现了多个新型轨道肽。这一成果不仅克服了轨道肽天然稀缺的问题，为从植物中挖掘和生物合成新型轨道肽提供了有效策略，还为环肽类药物的研发提供了潜在靶点。不过，虽然 PhPCY3 在太子参轨道肽发现中表现出色，但它在其他物种中的作用还需进一步研究证实。未来，随着研究的深入，有望揭示更多植物环肽的奥秘，推动环肽类药物的开发和应用，为人类健康事业带来新的突破。