《Science》：转基因烟草助力抗癌药依托泊苷的生产

依托泊苷（etoposide）是一种细胞周期特异性的抗肿瘤药。主要是抑制中期分裂细胞，抗癌谱较广。其抗癌作用机制是抑制核苷转移，抑制DNA、RNA及蛋白质的合成。目前，依托泊苷的合成主要从天然产物鬼臼毒素（podophyllotoxin）半合成而来，鬼臼毒素最早从Himalayan mayapple植物（桃儿七、小叶莲）中分离得到，拉丁名为Podophyllum hexandrum。

Podophyllum hexandrum。图片来源：commons.wikimedia.org

然而，Podophyllum并不是一种容易栽培和种植的植物，想要可持续地种植这种植物以便获取足够多的鬼臼毒素是一个相当大的挑战。如果能使用常见的更容易获取的植物或有机体来生产依托泊苷前体将避免这些困难。

斯坦福大学的Elizabeth S. Sattely研究团队发现了一种生产依托泊苷前体的生物合成途径，提供了可能的解决方案。这一结果发表在《Science》上（Science 2015, DOI: 10.1126/science.aac7202）。

Sattely和她的研究生Warren Lau在受伤的盾叶鬼臼（mayapple）中发现了一些基因，它们能产生去氧鬼臼毒素（deoxypodophyllotoxin），这是一种鬼臼毒素的前体，只有在植物受伤后才会产生。该团队将待选的29种基因转入一种野生的烟草植物Nicotiana benthamiana中进行筛选，这种植物比起盾叶鬼臼要容易生长得多。

Nicotiana benthamiana。图片来源：www.bio-protocol.org

研究人员最终找到了六种酶，其中的两个酶能将去氧鬼臼毒素转化成依托泊苷苷元，与依托泊苷相比仅仅少了一个二糖基。同时，该苷元是更好的依托泊苷前体，与鬼臼毒素相比，需要更少的步骤就可以半合成得到依托泊苷。加上之前已知的四种酶，研究人员构建了完整了依托泊苷苷元生物合成途径，并得到了基因改造的烟草植株，可以生成依托泊苷苷元。

但到目前为止，这种基因改造的烟草植物只能产生纳克级的依托泊苷前体。Sattely计划将这种途径导入酵母中，这是一种更多产的微生物，能极大地提高效率。这项工作极具挑战性。

这项工作非常有趣，但要从烟草中获得足够多的前体药物还有很长的路要走，华盛顿州立大学的植物代谢工程专家Norman G. Lewis说。“目前的产量很低，要想在产业化应用，无论是烟草或酵母，都需要克服巨大的技术障碍，”他说。“他们所面临的问题，其实每个代谢工程和合成生物学领域的人都在面对。”

1. http://www.sciencemag.org/content/349/6253/1224    

2. http://cen.acs.org/articles/93/i36/Modified-Tobacco-Plant-Helps-Make.html