VeA通过调控腺苷酸琥珀酸裂解酶(PurB)介导植物内生菌镰刀菌(AICAR)合成及其抗肿瘤活性研究

本研究针对Acadesine (AICAR)生物合成途径不明确的问题，通过分子调控机制解析，发现VeA基因过表达虽下调purB但通过同源基因上调补偿，显著增强AICAR合成及菌株提取物对非小细胞肺癌A549的抑制活性，为抗肿瘤药物研发提供新策略。

　　

在肿瘤治疗领域，天然产物始终是创新药物研发的重要源泉。Acadesine (AICAR)作为一种颇具潜力的核苷类似物，已进入III期临床试验阶段，但其生物合成途径尤其是微生物体内的调控机制尚不明确。这直接限制了通过生物工程手段高效制备AICAR及其相关抗肿瘤化合物的可能性。与此同时，植物内生真菌因其能产生结构新颖、活性多样的次级代谢产物而备受关注，其中镰刀菌属(Fusarium)真菌更是众所周知的“生化工厂”。然而，如何精准调控其代谢网络，定向增强目标活性化合物的产量，一直是微生物药学领域的核心挑战。

此前的研究发现，从植物内生菌中分离的一株镰刀菌(Fusarium solani) HB1-J1，在其全局调控因子VeA基因过表达后，不仅产量显著提高，其提取物的抗肿瘤活性也明显增强。这一现象提示，VeA可能深度参与了AICAR的生物合成调控，但其具体作用靶点与分子机制犹如一个“黑箱”，亟待破解。为了揭开这一谜团，来自贵州大学药学院的研究团队开展了一项多组学整合研究，相关成果发表在《Canadian Journal of Microbiology》上。

研究人员综合运用了转录组学(Transcriptome)和代谢组学(Metabolome)分析、基因过表达(如构建FsveA^OE14工程菌株)、体外肿瘤细胞抑制实验（以非小细胞肺癌A549细胞系为模型）以及靶向代谢物检测等关键技术方法，所有菌株样本均来源于实验室前期分离保存的内生真菌Fusarium solani HB1-J1。

研究结果主要分为以下几个部分：

1. 解析AICAR的10步生物合成途径并锁定关键酶

通过对VeA过表达菌株FsveA^OE14进行多组学分析，研究团队成功勾勒出AICAR在该真菌体内完整的10步生物合成路线。其中，腺苷酸琥珀酸裂解酶（Adenylosuccinate lyase, 由purB基因编码）被确定为该通路中的关键催化酶。

2. 揭示VeA对purB的反常调控与同源基因的代偿机制

一个引人深思的矛盾现象随之浮现：在VeA高表达的FsveA^OE14菌株中，核心基因purB的表达反而被下调，但AICAR的产量却显著上升。进一步探究发现，purB的两个同源基因——pro06469与pro10879的表达水平被显著上调。这表明，在VeA的调控下，虽然purB本身表达受抑，但其同源基因的功能性上调剂足以弥补这一缺陷，甚至超额完成AICAR的生物合成任务。

3. 证实PurB同源基因功能上调增强体外抗肿瘤效果

功能实验证实，直接过表达purB基因能显著增强菌株提取物对非小细胞肺癌细胞系A549的抑制活性。更重要的是，在VeA过表达的背景下，即便purB被抑制，提取物的抗肿瘤效果依然强劲，这从表型上印证了同源基因代偿的有效性。

4. 发现VeA调控拓宽了抗肿瘤代谢物的谱系

研究还显示，VeA的过表达不仅提升了AICAR的产量，还同步提高了其他具有抗肿瘤潜力的代谢物水平，例如3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine)和牛磺酸(Taurine)等。这表明VeA作为一个全局调控因子，其功能可能广泛影响多条次级代谢通路，从而协同增强提取物的整体药效。

综上所述，本研究得出结论：VeA通过调控腺苷酸琥珀酸裂解酶（PurB）及其同源基因的表达，介导了内生镰刀菌中AICAR的生物合成，并同时提升其他抗肿瘤化合物的代谢水平，最终显著增强菌株提取物的抗肿瘤活性。这一发现不仅解开了VeA正向调控AICAR合成却反向抑制purB表达的表观矛盾，揭示了同源基因功能代偿这一新颖的分子机制，更重要的是，它为利用合成生物学策略重构和优化真菌次级代谢网络、定向开发高效微生物抗癌药物提供了关键的理论依据和可行的工程策略。