2023年10月19日，郑州大学屈凌波教授团队与印遇龙院士合作，在Molecules在线发表了题为“Advancements in the Biotransformation and Biosynthesis of the Primary Active Flavonoids Derived from Epimedium”的综述论文。

●原文链接DOI:  https://doi.org/10.3390/molecules28207173

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● 本文综述了淫羊藿植物的成分、药理活性和生物合成途径，主要淫羊藿黄酮类化合物的提取方法，以及淫羊藿黄酮类化合物的生物转化和微生物全合成研究进展，这将为今后研究淫羊藿药材的使用和淫羊藿黄酮类化合物的生产提供有价值的见解。

● 作者：张晓玲、唐冰玲、温思婕、王一童、潘成学、屈凌波、印遇龙、魏勇军

● 主要单位：郑州大学药学院、郑州大学合成生物学实验室、郑州大学化学学院、国家市场监管重点实验室（食品安全快速检测与智慧监管技术）、中国科学院亚热带农业生态研究所。

亮点：

总结了中药淫羊藿主要活性成分的组成、药理活性及其提取方法。

生物转化技术能够有效提高高价值淫羊藿黄酮类化合物的含量，促进淫羊藿的充分利用。

微生物全合成在实现淫羊藿黄酮类化合物大量合成方面具有巨大潜力。

摘要：淫羊藿是一种经典的中草药，已被广泛用于治疗各种疾病，如性功能障碍、骨质疏松、癌症、类风湿性关节炎和脑类疾病。淫羊藿中具有多种药理活性的黄酮类化合物包括如淫羊藿苷、宝藿苷I、淫羊藿素和朝藿定C。目前黄酮类化合物基本都是从淫羊藿植物中提取的，但这种方法无法满足日益增长的市场需求。生物转化方法能够有效提高高价值淫羊藿黄酮类化合物的含量，促进淫羊藿中药的充分利用。通过微生物细胞工厂实现淫羊藿类黄酮化合物的全合成，将使淫羊藿类黄酮的大规模生产成为可能。本文综述了淫羊藿主要活性成分的组成、药理活性和生物合成途径，主要淫羊藿黄酮类化合物的提取方法，着重总结了淫羊藿黄酮类化合物的生物转化和微生物全合成研究进展，为今后研究淫羊藿药材的充分使用和淫羊藿黄酮类化合物的生产提供参考。

主要内容

淫羊藿黄酮类化合物的药理活性

目前，中草药淫羊藿叶(Epimedii Folium, EF)中已检测到379多种化合物，包括黄酮类、木脂素、有机酸、萜类、二氢菲衍生物、生物碱等成分。其中朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿苷、宝藿苷I（也称为淫羊藿次苷 II）、淫羊藿次苷I和淫羊藿素等黄酮类化合物被公认为主要的化学成分和药理学活性成分。淫羊藿中的主要黄酮类化合物表现出多种多样的药理活性（图1）。

图1. 淫羊藿主要黄酮类化合物的化学结构和药理活性。

在淫羊藿中异戊烯化黄酮类化合物的生物合成途径

研究者们研究揭示了在箭叶淫羊藿、柔毛淫羊藿中淫羊藿黄酮类化合物的生物合成途径。它可以分为三个阶段（图2）：第1阶段是苯丙烷合成途径，第2阶段是核心途径，第3阶段是侧链修饰过程。在第3阶段，异戊烯基通过异戊烯基转移酶（PT）添加到黄酮醇中，并通过各种修饰后酶（如UDP-糖基转移酶（UGT）和O-甲基转移酶（OMT））进一步修饰，以产生一系列淫羊藿黄酮类化合物，包括朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿苷、宝藿苷I、淫羊藿次苷I和淫羊藿素。

图2. 在淫羊藿中异戊烯基黄酮类化合物的生物合成途径。第一阶段：苯丙烷途径；第二阶段：核心路径；第3阶段：侧链修饰过程。PAL：苯丙氨酸氨裂解酶，C4H：肉桂酸-4-羟化酶，TAL：酪氨酸氨裂解酶、4CL:4-香豆素酸辅酶A连接酶、ACC：乙酰辅酶A羧化酶、CHS：查尔酮合酶、CHI：查尔酮异构酶、F3H：黄烷酮3-羟化酶、FLS：黄酮醇合酶、PT：戊基转移酶、UGT:UDP糖基转移酶，OMT:O-甲基转移酶、Glu:葡萄糖、Rha:鼠李糖、Xyl:木糖。

淫羊藿黄酮类化合物的提取方法

目前，市售的淫羊藿黄酮类化合物是从淫羊藿植物中提取的，现已经开发了的提取方法包括热水浸提法、乙醇提取法、超声提取法、微波辅助提取法等（图3）。在这些技术中，热水浸提法和乙醇提取法已在工业生产中实施，而其他提取方法则处于实验室规模阶段。

图3. 淫羊藿黄酮类成分不同提取方法的优缺点。

酶对淫羊藿黄酮类化合物的生物转化

    淫羊藿黄酮类化合物主要包括朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿苷、宝藿苷I和淫羊藿素。这些化合物与苷元淫羊藿素具有相似的结构，差别仅在C-3或C-7位的糖基团的类型和数量不同。淫羊藿苷和宝藿苷I被认为是最有效的成分，但淫羊藿植物中淫羊藿苷和宝藿苷I的含量非常低。因此，通过酶水解末端额外糖基可以将其他淫羊藿黄酮类成分（朝藿定A、朝藿定B和朝藿定C）转化为淫羊藿苷和宝藿苷I，酶转化方法为提高其在淫羊藿提取物中的含量提供了一种可行的策略（图4）。淫羊藿黄酮类化合物的生物转化包括对三种的糖基的水解：葡萄糖基团、鼠李糖基团和木糖基团（图1和图4），需要三种糖基水解酶来水解相应的糖基（表1）。

图4. 通过不同的酶将多糖基黄酮类化合物（朝藿定A、朝藿定B和朝藿定C）转化为低糖基黄酮类化合物（淫羊藿苷、宝藿苷I、淫羊藿次苷I和淫羊藿素）的示意图。这种转化涉及连接在黄酮类分子上的末端糖基的酶促水解，从而形成所需的低糖基黄酮类化合物。

表1.  采用三种类型的功能酶转化淫羊藿黄酮类化合物。

图5. 全细胞催化淫羊藿黄酮类化合物的生物转化过程及其应用。

淫羊藿黄酮类化合物的微生物全合成

从淫羊藿植物提取高价值淫羊藿黄酮类化合物需要大量的耕地和密集劳动耕作。合成生物学方法为生产中草药植物高价值天然产物提供了一种简单、环保策略。淫羊藿素和淫羊藿苷生物合成途径已有研究阐明，中国科学院的周志华团队已经实现了淫羊藿素在微生物细胞工厂的从头合成；清华大学李春团队在工程酵母中实现淫羊藿苷的全合成（由于时间问题，本综述未能引用此文）。对特定的糖基转移酶和其他修饰酶进行挖掘和表征，确定其与真核生物的相容性以及在生物合成中涉及的顺序，将有助于其他淫羊藿黄酮类化合物的生物合成。尽管存在这些挑战，代谢工程和合成生物学的应用在推进淫羊藿类黄酮的生物合成方面具有巨大潜力（图6）。

图6. 通过微生物细胞工厂全合成淫羊藿黄酮类化合物。