明升体育中医药创新研究院/交叉学科研究院黎胜红/刘燕团队在中药荠菜多功能二倍半萜合酶及其产物抗肝纤维化潜力研究方面取得新进展，相关成果以“From monocyclization to pentacyclization: a versatile plant cyclase produces diverse sesterterpenes with anti-liver fibrosis potential”为题，于2025年1月10日发表在Advanced Science杂志（中科院一区，TOP期刊），揭示了中药荠菜中新颖的多功能二倍半萜合酶CbTPS1及其产物的抗肝纤维化潜力。中医药创新研究院郭凯明升体育、博士生唐雪、中科院昆明植物研究所刘艳春助理研究员为论文共同第一作者，黎胜红研究员和刘燕明升体育为论文共同通讯作者。

    荠菜（Capsella bursa-pastoris）为十字花科荠属一年或二年生草本，广泛分布在世界温带地区。荠菜为我国广受欢迎的药食同源植物，有“菜中甘草”之称，高血压、高脂血、糖尿病、肥胖症等患者宜食。《名医别录》载“主利肝气，和中”，《本草纲目》载“明目，益胃”，主治痢疾、水肿、淋证、吐血、衄血、便血等症。目前，荠菜活性成分及其生物合成研究尚处于空白。

    该研究通过基因组挖掘、聚类分析等手段，从十字花科药用植物荠菜中挖掘并鉴定了1个新颖的二倍半萜合酶CbTPS1，能够催化GFDP合成系列二倍半萜化合物。通过分子动力学模拟结合丙氨酸扫描突变、饱和突变实验等，发现突变酶L354M总二倍半萜产量比野生型酶提高达4倍，单体化合物产量提高2~13倍，总二倍半萜摇瓶培养产量达1131.94 mg/L，单体化合物Capbuene B产量119.97 mg/L。构建了异源表达L354M突变酶的工程大肠杆菌，分离鉴定了20个二倍半萜产物，包括16个新结构、10种骨架（2种为新骨架），其中单环2个、双环4个、三环3个、四环1个、五环10个。全面解析了植物二倍半萜生物合成途径（单环→双环→三环→四环→五环），首次确证了 I 型TPS中经由15元单环中间体的异步双环化过程。DFT计算表明碳正离子h→i→j途径中发生1,5-H迁移以及紧接着的1,2-Me迁移的反应能垒均较低。MD分析证明L354M突变显著减小碳正离子e中C-3/C-10之间距离，解释了突变后部分产物产量提升原因。进一步通过RNA-seq分析、ELISA、WB等实验，发现CbTPS1二倍半萜产物对COL1A1、TGF-β1、p-Smad等表达具有抑制活性，可能靶向TGF-β1/Smad信号通路发挥抗肝纤维化作用。

    该研究全景式解析了植物二倍半萜复杂的环化机制，率先确证了I型TPS中经由十五元大环中间体的异步双环化过程，极大地拓展了二倍半萜类的化学空间与生物活性，为萜类合酶的环化机制提供了新见解，并为中药药效物质形成机制研究提供了新思路。

    该研究得到国家自然科学基金（21937006、U23A20510、82222072、82204245）等项目的支持。

    全文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202415370

（供稿：中医药创新研究院/交叉学科研究院）