综述：L-天冬酰胺酶的微生物生产及蛋白质工程在肿瘤学和食品安全中的转化应用综述

《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：L-asparaginase: a review of microbial production and protein engineering with translational applications for oncology and food safety

本综述系统阐述了L-天冬酰胺酶(LA)在微生物生产、蛋白质工程领域的最新进展及其在肿瘤治疗（急性淋巴细胞白血病）和食品安全（丙烯酰胺 mitigation）领域的转化应用。文章重点探讨了通过发酵工艺优化、结构修饰和固定化技术提升酶稳定性、底物特异性及疗效的策略，为开发优化应用提供了重要指导。

　　

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L-天冬酰胺酶（LA；EC 3.5.1.1）是一种具有临床和工业重要性的酶，它能将L-天冬酰胺水解为L-天冬氨酸和氨。LA通过消耗白血病细胞生存所必需的氨基酸——L-天冬酰胺，已被证明可作为有效的化疗药物。然而，源自大肠杆菌（Escherichia coli）和菊欧文氏菌（Erwinia chrysanthemi）的FDA批准制剂面临着半衰期短和副作用等挑战，这促使人们持续努力开发更稳定、特异性更高的变体。与此同时，LA在食品加工过程中缓解丙烯酰胺形成的作用也备受关注，这得到了热稳定和高产的真菌和细菌菌株的支持。

这篇综述全面概述了LA的多方面作用，重点介绍了其在治疗急性淋巴细胞白血病（ALL）中的治疗意义，以及在食品加工过程中减少丙烯酰胺的作用。它突出了该领域令人兴奋的发展，从发现新的微生物来源到对酶进行工程化改造以提高性能。此外，综述还探讨了可扩展的生产方法，如液体发酵和固态发酵，这些方法是满足日益增长需求的关键。综述还强调了旨在提高酶稳定性、底物特异性和治疗功效的创新策略，例如结构修饰和固定化技术。通过整合最近的突破性进展和创新方法，本综述展示了LA在医疗保健和工业领域的变革潜力。所提供的见解旨在指导未来的研究和创新，为开发这种关键酶的优化和可持续应用铺平道路。

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（图示内容：展示了L-天冬酰胺酶在肿瘤学（如靶向白血病细胞）和食品安全（如在食品加工中减少丙烯酰胺）领域的应用概览，可能涉及微生物生产、酶工程化以及最终应用场景的示意图。）

（文章后续内容与摘要部分重复，此处不再赘述，以下将基于全文内容进行专业性归纳总结。）

L-天冬酰胺酶作为一种水解酶，其核心功能是催化L-天冬酰胺的水解反应。这一生化特性使其在生命科学和健康医学领域占据了两个至关重要的位置：肿瘤治疗和食品安全生产。

在肿瘤学领域，LA的治疗价值主要体现在对急性淋巴细胞白血病（ALL）的治疗上。癌细胞的快速增殖依赖于外源性天冬酰胺，而LA则能通过消耗血液中的天冬酰胺，选择性“饿死”这些癌细胞。目前临床使用的LA主要来源于微生物，如ⁱEscherichia coli^/i和ⁱErwinia chrysanthemi^/i。然而，这些天然酶制剂存在半衰期短、可能引发免疫反应等局限性。这就驱动了蛋白质工程领域的深入研究，目标是通过定点突变、定向进化等策略，改造LA的分子结构，以期获得半衰期更长、免疫原性更低、催化效率更高的新型酶变体。

在食品安全领域，LA的应用基于其在高温食品加工过程中（如油炸、烘焙）降低丙烯酰胺形成的能力。丙烯酰胺是一种潜在致癌物，由天冬酰胺与还原糖在高温下发生美拉德反应生成。在加工前添加LA，可以预先分解原料中的天冬酰胺，从而从源头上减少丙烯酰胺的生成。这一应用对酶的热稳定性提出了更高要求，因此筛选嗜热微生物来源的LA或通过工程手段增强其热稳定性成为研究热点。

为了满足日益增长的应用需求，高效的微生物生产策略至关重要。综述中重点讨论的液态发酵（Submerged Fermentation, SmF）和固态发酵（Solid-State Fermentation, SSF）是两种主要的规模化生产方法。研究者们不断优化发酵条件，并筛选新的高产菌株，以提高LA的产量并降低生产成本。

除了对酶分子本身进行改造和优化生产流程外，酶的固定化技术也是提升其应用性能的关键策略。通过将LA固定在各种载体材料上，可以显著提高酶的操作稳定性、允许酶的重复使用，并便于从反应体系中分离，这对于工业应用尤其具有吸引力。

综上所述，这篇综述清晰地描绘了L-天冬酰胺酶从基础微生物生产、蛋白质工程优化到最终在肿瘤治疗和食品安全领域实现转化应用的完整路径。未来的研究将继续聚焦于开发性能更优越的LA变体、优化经济高效的生产工艺，以及探索其在其他生物技术领域的潜在应用，充分挖掘这一重要酶的“ transformative potential”。