综述：真菌生物发光通路的进展与应用

这篇综述系统阐述了真菌生物发光通路（FBP）的研究进展与多领域应用，重点介绍了其基于内源性底物（如咖啡酸循环）的自发光特性、酶工程优化（HispS/NPGA/Luz等）策略，以及在自发光植物开发、生物报告系统（BRET/PPI检测）中的创新应用。文章指出FBP克服了传统荧光素酶（如FLuc）依赖外源底物的局限，为活体生物照明和分子检测提供了新范式。

　　

真菌生物发光通路的革命性突破

1. 引言
生物发光（BL）作为自然界广泛存在的现象，其核心机制依赖于酶-底物催化反应。真菌生物发光通路（FBP）的发现彻底改变了传统生物发光技术依赖外源底物（如萤火虫荧光素酶系统）的局限。该通路源自担子菌Neonothopanus nambi
，包含四个关键酶：HispS（hispidin合成酶）、H3H（3-羟基hispidin水解酶）、Luz（荧光素酶）和CPH（咖啡酰丙酮酸水解酶），形成以咖啡酸为起点的自主循环系统（λ_max
～520 nm）。通过NPGA（非核糖体肽合成酶型谷胱甘肽S-转移酶）对HispS的翻译后修饰，可显著提升发光强度，使其成为植物工程化发光的理想平台。

2. FBP自发光植物的开发
在烟草（Nicotiana tabacum
）等植物中，FBP实现了肉眼可见的发光强度，其亮度超越传统细菌系统10倍。代谢研究发现咖啡酸、hispidin水平与发光强度呈正相关。通过引入Aspergillus nidulans
的NPGA酶优化HispS活性，以及Brassica napus
的4-香豆酰莽草酸3′-羟化酶增强咖啡酸供应，研究者成功培育出发光强度提升4倍的eFBP2烟草品系。定向进化获得的nnLuz_v4（含I3S/N4T等7个突变）和Mycena citricolor
来源的mcitHispS，进一步将系统稳定性与亮度提高一个数量级。

3. FBP生物追踪工具
FBP在分子互作研究中展现出独特优势：

• 转录调控分析：通过将Luz基因置于目标启动子下游，成功捕捉OsDREB1C与OsRBCS3启动子的动态结合，发光强度与互作强度直接相关。
• 多报告系统：真菌荧光素酶（hLuz）与NanoLuc、FLuc2组成的三重系统，可同步监测NF-κB、p53和PIK3CA启动子活性，避免传统双荧光素酶的信号交叉。
• 蛋白互作示踪：基于nnLuz与tdTomato的BRET系统，实时观测到FRB-FKBP12在雷帕霉素诱导下的二聚化，灵敏度达纳摩尔级。

4. 挑战与前景
尽管存在基因簇庞大（>13.9 kDa）、热稳定性不足等挑战，AI驱动的蛋白设计（如LuxSit荧光素酶）正突破这些瓶颈。未来，FBP将在环境监测（如土壤污染物传感）、医疗诊断（多参数活体成像）及"阿凡达花园"等创意应用中大放异彩。其内源性底物循环机制，更为可持续生物照明提供了颠覆性解决方案。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持内容）