0月19日，《細(xì)胞》雜志子刊《Cell Chemical Biology》在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所王成樹(shù)研究組的最新研究成果：“Fungal cordycepin biosynthesis is coupled with the production of the safeguard molecule pentostatin（蟲(chóng)草素伴隨保護(hù)分子噴司他丁的生物合成）”。

蛹蟲(chóng)草中的基因簇同時(shí)合成蟲(chóng)草素(Cordycepin, COR)和噴司他丁Pentostatin, PTN), 后者可以抑制蟲(chóng)草素降解為3'-脫氧肌苷 (3'-deoxyinosine，3'-dI )。研究首次發(fā)現(xiàn)，蛹蟲(chóng)草能夠合成具有抗癌活性的藥物噴司他丁，并由同一基因簇共同合成蟲(chóng)草素及噴司他丁。噴司他丁(pentostatin)最早于1974年在細(xì)菌中被鑒定，是腺苷脫氨酶的強(qiáng)抑制劑，1991年獲FDA批準(zhǔn)，成為抗毛細(xì)胞白血病(hairy cell leukemia)的商業(yè)藥物（Nipent）。 

蟲(chóng)草素及噴司他丁均具有抗癌活性

自然界中能夠感染殺蟲(chóng)的廣義蟲(chóng)草菌達(dá)1000多種，這些真菌在昆蟲(chóng)種群的自然調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用。其中以冬蟲(chóng)夏草、蛹蟲(chóng)草和蟬花等為代表的蟲(chóng)草菌感染昆蟲(chóng)后形成的菌蟲(chóng)復(fù)合體—蟲(chóng)草具有悠久的食藥用歷史，具有抗癌、提高免疫、抗菌及抗疲勞等多種生物活性，但相關(guān)的活性成分多不清楚。腺苷類系物蟲(chóng)草素(cordycepin)最早于1950年在蛹蟲(chóng)草中被發(fā)現(xiàn)鑒定，具有抗菌、抗蟲(chóng)及抗癌等生物活性，但合成機(jī)理未知，導(dǎo)致學(xué)界及企業(yè)界爭(zhēng)論不休，認(rèn)為冬蟲(chóng)夏草等不同蟲(chóng)草菌具有合成蟲(chóng)草素的能力。噴司他丁(pentostatin)最早于1974年在細(xì)菌中被鑒定，是腺苷脫氨酶的強(qiáng)抑制劑，1991年獲FDA批準(zhǔn)，成為抗毛細(xì)胞白血病(hairy cell leukemia)的商業(yè)藥物（Nipent）。 

該研究完整解析了蟲(chóng)草素在蛹蟲(chóng)草(Cordyceps militaris)中的生物合成機(jī)理，另外首次發(fā)現(xiàn)蛹蟲(chóng)草能夠合成抗癌藥物—噴司他丁，該化合物被用來(lái)保護(hù)所合成蟲(chóng)草素的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。王成樹(shù)研究組在完成蛹蟲(chóng)草基因組研究 (Genome Biology, 2011)的基礎(chǔ)上，通過(guò)生物信息分析及基因功能研究，完整地解析了蟲(chóng)草素生物合成的分子機(jī)理。他們的研究還首次發(fā)現(xiàn)，蛹蟲(chóng)草能夠合成具有抗癌活性的噴司他丁，并由同一基因簇共同合成蟲(chóng)草素及噴司他丁。 

對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，也不宜攝入過(guò)量的蟲(chóng)草素

這兩種腺苷類分子在功能上扮演著 “保護(hù)者—被保護(hù)者”的作用，也就是說(shuō)，蟲(chóng)草素在被合成的同時(shí)，蛹蟲(chóng)草會(huì)合成一個(gè)保護(hù)其穩(wěn)定性的分子。 

研究還發(fā)現(xiàn)，蛹蟲(chóng)草只有在蠶蛹上生長(zhǎng)而非液體發(fā)酵培養(yǎng)時(shí)，才會(huì)合成高水平的蟲(chóng)草素。但蟲(chóng)草素含量過(guò)高時(shí)能引起細(xì)胞毒性，真菌從而會(huì)啟動(dòng)解毒機(jī)制，將蟲(chóng)草素脫氨生成3'-脫氧肌苷 (3'-deoxyinosine)。暗示著對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，也不宜攝入過(guò)量的蟲(chóng)草素。在獲得了蟲(chóng)草素合成基因的基礎(chǔ)上，結(jié)合色譜驗(yàn)證分析，他們的研究證明冬蟲(chóng)夏草和蟬花等其他種類的蟲(chóng)草菌不能合成蟲(chóng)草素及噴司他丁。利用獲得的合成基因，異源表達(dá)可以實(shí)現(xiàn)由酵母菌合成蟲(chóng)草素；而通過(guò)內(nèi)源基因高表達(dá)，可以在蛹蟲(chóng)草中高水平地合成蟲(chóng)草素和噴司他丁，為這種兩種活性成分的高效利用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

 據(jù)介紹，該研究成果的意義包括：1. 為蛹蟲(chóng)草的抗癌活性提供了分子證據(jù)；2. 從基因及化合物水平證明，冬蟲(chóng)夏草和蟬花等其他蟲(chóng)草菌不能夠合成蟲(chóng)草素，也不能合成噴司他丁；3. 為蛹蟲(chóng)草的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供了新的分子指標(biāo)—噴司他丁；4. 為通過(guò)合成生物學(xué)技術(shù)高水平合成蟲(chóng)草素和噴司他丁提供了基因資源。 

該研究由研究生夏永亮和羅飛飛作為共同第一作者等完成，該項(xiàng)工作得到了基金委重點(diǎn)項(xiàng)目及中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)B項(xiàng)目的資助。 

來(lái)源|澎湃新聞