金盏菊抗炎三萜化合物的生物合成机制与STAT3通路调控作用解析

本研究针对金盏菊(Calendula officinalis)传统药用价值的分子基础，通过整合代谢组学与合成生物学技术，揭示了C16羟基化三萜类化合物（如faradiol）通过抑制STAT3磷酸化发挥抗炎作用的分子机制。研究人员鉴定了关键的Ψ-塔拉萨醇合成酶(TXSS)及其进化起源，解析了CYP716A家族羟化酶与酰基转移酶的底物特异性，并在本氏烟草中重建了faradiol棕榈酸酯生物合成途径，为植物源抗炎药物的开发提供了新靶点。论文发表于《Nature Communications》，为天然产物生物合成与功能研究提供了范式。

　　

在传统医学中，金盏菊(Calendula officinalis)因其显著的抗炎特性被沿用数千年，但其活性成分和作用机制始终未能明确。现代研究发现其提取物能抑制IL-6、TNF-α等促炎因子释放，但究竟是哪些分子发挥作用、如何合成这些分子等问题长期困扰着学界。更令人困惑的是，不同研究甚至得出相互矛盾的结论——有报道称金盏菊三萜能抑制NF-κB，也有实验显示其反而增强NF-κB活性。这种认知混乱严重阻碍了金盏菊药用价值的深度开发。

来自英国约翰英纳斯中心(John Innes Centre)的研究团队通过多学科交叉研究，首次证实金盏菊花瓣中富含的faradiol脂肪酸酯（特别是棕榈酸酯和肉豆蔻酸酯）是核心抗炎成分。通过构建1.3Gb的金盏菊基因组和花器官转录组，研究人员发现这些活性分子源自一条独特的Ψ-塔拉萨醇(Ψ-taraxasterol)修饰途径。实验显示20μM faradiol可使LPS诱导的人单核细胞THP-1中IL-6分泌降低59%，其作用机制不同于常规的NF-κB抑制，而是通过阻断STAT3转录因子的磷酸化实现抗炎效果。

研究采用的关键技术包括：PacBio HiFi结合10X linked-reads的全基因组测序、GC-MS/LC-MS代谢组学分析、THP-1细胞炎症模型ELISA检测、AlphaFold2蛋白结构预测与分子对接、本氏烟草瞬时表达系统等。

抗炎活性与C₁₆羟基化三萜的关系
通过系统分析金盏菊不同组织的代谢谱，发现花器官（特别是舌状花）特异性积累Ψ-塔拉萨醇衍生物，其中faradiol棕榈酸酯含量高达12.46 mg/g干重。体外实验证实，含faradiol酯的提取物组分能显著抑制IL-6分泌（56%），而纯化的faradiol和其结构类似物arnidiol抑制效果更强。Western blot揭示faradiol选择性抑制STAT3而非NF-κB p65的磷酸化，这解释了为何其对TNF-α的抑制作用弱于IL-6。

TXSS的进化起源与功能分化
研究人员鉴定了27个氧化角鲨烯环化酶(OSC)，发现Ψ-塔拉萨醇合成酶(CoTXSS)起源于菊科植物特有的混合型香树脂醇合成酶(MAS)基因复制事件。通过比较蛋白结构模型，锁定I367M/E371D双突变可将MAS改造为TXSS。有趣的是，不同菊科植物的TXSS产物比例存在显著差异：蒲公英等菊苣亚科植物主要生成塔拉萨醇，而金盏菊等菊亚科植物则以Ψ-塔拉萨醇为主。正向选择分析发现D385/H492等位点控制这种底物偏好性。

CYP716A羟化酶与酰基转移酶的特征
从9个候选细胞色素P450中鉴定出CoCYP716A392/393能特异性催化Ψ-塔拉萨醇C₁₆位羟基化。分子对接显示A285V/A357L突变可改变其对β-香树脂醇的催化效率。13个酰基转移酶中，CoACT1/2对faradiol酯化活性最强，其表达高峰与花发育阶段中faradiol酯的积累动态一致。

生物合成途径重建
在本氏烟草中成功组装了从2,3-氧化角鲨烯到faradiol棕榈酸酯的完整途径，产量达2.34 μg/mg干重，是天然金盏菊的9.4倍。该体系为规模化生产这些高价值抗炎分子奠定了基础。

这项研究不仅阐明了金盏菊抗炎活性的分子基础，更揭示了STAT3通路在植物源抗炎剂中的作用新机制。发现的TXSS进化规律为设计三萜骨架合成酶提供了理论依据，而重建的生物合成途径则展示了合成生物学在天然药物开发中的巨大潜力。特别值得注意的是，研究解决了长期存在的学术争议——金盏菊提取物在不同实验体系中表现出的矛盾效应，实际上反映了其活性成分对STAT3和NF-κB通路的选择性调控。这些发现为开发靶向STAT3的新型抗炎药物开辟了道路，也为其他传统药用植物的活性成分研究提供了方法论参考。