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JIPB | 北京大学叶敏团队联合深圳基因组所王丽团队:揭示UGT93家族糖基转移酶对异戊烯基酚的催化偏好性

2026-05-08 21:08:58

异戊烯基酚具有良好的药理活性, 在治疗和预防糖尿病、肥胖和心血管疾病方面有广阔的应用前景。然而, 异戊烯基化在提高酚类物质药理活性的同时也降低了它们的生物利用度。糖基化修饰能够提高异戊烯基酚的成药性, 但能够高效催化异戊烯基酚类化合物糖基化的UDP-糖基转移酶 (UGT) 报道较少。

近日, JIPB在线发表了北京大学叶敏团队联合深圳基因组所王丽团队题为“Functional characterization of plant UGT93s producing prenylated phenolic glycoside”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70202)。该研究从药用植物紫花前胡中鉴定了催化紫花前胡苷元等异戊烯基酚的UGT93家族糖基转移酶, 并阐释了该家族对异戊烯基酚的催化偏好性, 为异戊烯基酚糖苷的绿色高效合成提供了新方法。

1.紫花前胡中UGT家族分类与候选UGT筛选

该研究对紫花前胡进行转录组测序与分析, 共提取得到145个编码UGT的转录本。其中, 18条来自UGT93家族的糖基转移酶在根部具有较高的表达水平, 与紫花前胡苷在不同器官的分布情况相符 (图1)。因此, 作者着重对UGT93家族糖基转移酶的催化功能进行研究。

图1 紫花前胡的候选UGT筛选

2. 催化紫花前胡苷元的UGT功能表征

通过对上述UGT93家族糖基转移酶中的15条进行大肠杆菌异源表达与体外酶促反应分析, 发现其中14条UGT能够催化紫花前胡苷元转化为紫花前胡苷。有四条 (g12439_i0, g10426_i0, g16556_i0和g19098_i1) 的催化效率较高 (图2)。

图2 催化紫花前胡苷元的UGT功能表征

3. UGT93家族糖基转移酶对异戊烯基酚具有催化偏好性

该研究选取紫花前胡中四条催化效率较高的UGT93家族糖基转移酶 (g12439_i0, g10426_i0, g16556_i0和g19098_i1) 和已报道的防风中的SdUGT1与SdUGT2为代表, 对UGT93家族糖基转移酶的底物杂泛性进行研究。发现上述糖基转移酶在催化异戊烯基酚类底物时具有较高的催化效率, 而在催化酚类前体和萜类化合物时活性极弱 (图3)。

图3 6条UGT93家族糖基转移酶的底物偏好性

4. 对异戊烯基酚的催化偏好性在伞形科UGT93中普遍存在

为了进一步探究UGT93催化偏好性的普遍性, 该研究提取了9种代表性的伞形科物种 (紫花前胡、防风、川芎、当归、芹菜、胡萝卜、香菜和北柴胡) 中的UGT93糖基转移酶, 并对其中31条进行功能表征。这些糖基转移酶均能催化至少一种类型的异戊烯基酚类底物。随后, 该研究利用9个物种中的所有UGT93糖基转移酶与6条相对原始的UGT93糖基转移酶 (UGT93X1, UGT93W1, UGT93B2, UGT93B4, UGT93B6, UGT93B7) 构建系统发育树, 并重构祖先序列N0。通过底物谱考察以及酶促反应动力学实验, 发现N0同样对异戊烯基酚类化合物具有催化偏好性 (图4)。

图4 UGT93家族糖基转移酶及其祖先酶的进化与催化功能

5. UGT93偏好异戊烯基酚类底物的结构基础

为了探究UGT93家族糖基转移酶偏好异戊烯基酚类底物的机制, 该研究模拟了祖先酶N0与三个异戊烯基酚底物 (紫花前胡苷元、去甲软木花椒素、羌活醇) 的复合物结构。通过结构分析与定点突变实验, 发现活性口袋周围的疏水氨基酸L140, V162, L201和I204对异戊烯基侧链的结合起到关键作用, 芳香氨基酸H160, Y170, F196和F200则可能通过π-堆积或π键稳定异戊烯基酚的芳香基团 (图5)。

图5 UGT93催化偏好性的结构基础

综上, 该研究从药用植物紫花前胡中鉴定了多条UGT93家族的糖基转移酶, 其对异戊烯基酚类底物具有催化偏好性。通过结构分析与定点突变, 发现活性口袋周围丰富的疏水氨基酸和芳香氨基酸是造成UGT93催化偏好性的重要原因。该研究为异戊烯基酚糖苷类化合物的绿色合成提供了高效的酶学工具。

北京大学药学院天然药物及仿生药物全国重点实验室叶敏教授和中国农业科学院深圳基因组研究所王丽研究员为论文的通讯作者。北京大学药学院2021级直博生李鸿晔、2020级长学制学生邹建霖和中国农业科学院深圳基因组研究所聂宝副研究员为论文的共同第一作者。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、北京市自然科学基金项目、深圳市科技计划项目的支持。

文章引用：

Li, H., Zou, J., Nie, B., Wang, Z., Zhang, M., Zhao, C., Yang, Y., Zhang, X., Zhan, X., Wang, L., et al. (2026). Functional characterization of plant UGT93s producing prenylated phenolic glycosides. J. Integr. Plant Biol.https://doi.org/10.1111/jipb.70202

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