工程化改造芳香异戊烯基转移酶选择性合成新型生物活性大麻素类似物

本研究通过在大肠杆菌中引入真菌芳香异戊烯基转移酶AscC，成功催化C5-C15萜类前体与橄榄酸的偶联反应，分离获得4种新型大麻素类似物。其中含C15法尼基链的化合物4展现出显著抗神经炎症活性（TNF-α IC50=3.06μM）和广谱抗菌作用（EC50 0.87-3.16μM）。通过增加AscC拷贝数和定点突变（L180Y/F）实现化合物4的专一性合成，产量达14.85 mg/L，为拓展大麻素结构多样性提供新策略。

　　

大麻素作为一类独特的混源萜类化合物，自大麻植物中发现以来，其镇痛、抗炎等药理活性备受关注。然而，现有研究多聚焦于C₃位烷基链修饰，对萜烯侧链的结构多样性探索仍属空白。传统化学合成法面临区域选择性差、步骤繁琐等挑战，而天然大麻素中C₅位取代产物更为罕见。这些瓶颈严重制约了基于结构修饰的药物开发进程。

中国科学院昆明植物研究所的研究人员另辟蹊径，将真菌来源的芳香异戊烯基转移酶AscC引入含甲羟戊酸途径的大肠杆菌工程菌，构建了新型大麻素生物合成平台。该研究通过酶促反应成功获得4种萜烯链长度各异的橄榄酸衍生物，其中含C₁₅法尼基的化合物4（2,4-二羟基-5-[(2E,6E)-3,7,11-三甲基-2,6,10-十二碳三烯-1-基]-6-戊基苯甲酸）为首次报道的结构。相关成果发表于《Communications Biology》。

研究采用四大关键技术：1）多拷贝质粒系统增强AscC表达；2）LC-MS/NMR联用鉴定产物结构；3）AlphaFold 2建模结合分子对接预测关键位点；4）BV-2小胶质细胞模型评估抗炎活性。

异源表达芳香异戊烯基转移酶生产大麻素类似物

工程菌成功将C₅（化合物1）、C₁₀（化合物2）和C₁₅（化合物3-4）萜烯链引入橄榄酸，其中AscC对橄榄酸的转化率达70.48%。

显示化合物4为优势产物，其结构经HMBC谱确认C₁₅链特异连接C-5位，打破常规C-3取代模式。

生物活性评价

化合物4对TNF-α和IL-6的抑制活性（IC₅₀ 3.06/4.31μM）显著优于其他衍生物，对金黄色葡萄球菌等革兰阳性菌的EC₅₀达亚微摩尔级（0.87-3.16μM）。

揭示C₁₅链长度与空间构象是活性关键。

产量优化与酶工程改造

通过增加AscC拷贝数使化合物4产量提升2倍（14.85 mg/L）。基于分子对接设计L180Y/F突变体，

显示突变后π-烷基相互作用增强，实现C-5位专一性修饰（产量12.95 mg/L）。

该研究开创性地证明真菌异戊烯基转移酶可突破植物源酶的催化限制，为构建"非天然"大麻素库提供新工具。化合物4独特的C-5法尼基化模式与卓越活性，为开发神经炎症靶向药物奠定基础。通过理性设计实现区域选择性控制，彰显了合成生物学在复杂天然产物结构改造中的优势。未来可进一步探索萜烯环化酶组合，拓展大麻素化学空间。