摘 要：白藜芦醇是一种植物源多酚类化合物，具有清除自由基、抗肿瘤、抗衰老、预防心血管疾病等多种生物学活性。白藜芦醇主要从植物中提取，因受诸多条件限制，研究者已开始利用微生物合成白藜芦醇。本文就目前白藜芦醇在微生物表达系统中合成的相关研究进行综述，并对其前景进行展望。
关键词：白藜芦醇；微生物合成；应用前景
Abstract：Resveratrol is a polyphenolic compound of plant origin. It has many biological activities such as scavenging free radicals， anti-tumor， anti-aging and preventing cardiovascular diseases. Resveratrol is mainly extracted from plants and has been limited by many conditions. Researchers have begun using microorganisms to synthesize resveratrol. In this paper， the related research on the synthesis of resveratrol in the microbial expression system was reviewed， and the future of resveratrol is prospected.
Key words：Resveratrol； Microbial synthesis； Application prospect
中图分类号：R284
白藜芦醇（Resveratrol，Res）是一种非黄酮类多酚化合物，主要存在于葡萄、花生、桑葚等植物中。研究表明，白藜芦醇具有抗氧化、预防心血管疾病及抗神经性病变等多种药理功能[1-4]。白藜芦醇主要是从植物中提取，近年来，在生物合成领域，利用微生物合成植物源的代谢产物取得了很大的进展，这使研究者开始利用微生物系统进行合成白藜芦醇的研究[5-8]。
1 植物中白藜芦醇的合成途径
在植物中，白藜芦醇通过苯丙烷途径的一个分支途径来合成，如图1所示。首先由苯丙氨酸裂解酶（PAL）催化苯丙氨酸非氧化脱氨生成肉桂酸，然后肉桂酸被肉桂酸-4-羟化酶（C4H）羟基化生成对香豆酸，接着
4-香豆酰-CoA连接酶（4CL）将对香豆酸连接到辅酶A的泛酸基团上生成4-香豆酰辅酶A，最后由芪合酶（STS）催化1分子4-香豆酰-CoA和3分子丙二酰-CoA生成1分子白藜芦醇。某些植物的酪氨酸裂解酶（TAL）可直接以酪氨酸为底物催化产生对香豆酸，再经4-香豆酰-CoA连接酶、芪合酶催化合成白藜芦醇[9]。
在该生物合成途径中，来源于某些植物的酪氨酸裂解酶可以直接利用酪氨酸为底物，催化产生对香豆酸，然后再经4-香豆酰-CoA连接酶、芪合酶催化合成白藜芦醇。
2 白藜芦醇在微生物中的合成
现阶段，白藜芦醇主要是从植物的组织中提取，但由于白藜芦醇在植物组织中的含量较低，再加上受原料的来源、植物生长的季节性、地域条件的限制以及提取工艺等诸多因素的影响，使得在植物中提取、分离高纯度的白藜芦醇成本过高。白藜芦醇的化学合成又由于反应过程较复杂、耗能较高、获得的白藜芦醇产量和纯度低，并且容易对生态环境造成污染等不足而限制了其进一步的应用。相对从植物中提取和化学合成法，微生物合成占地少、操作简单、不破坏环境。因此，通过基因工程手段构建重组菌来生产白藜芦醇具有很好的应用价值。
2.1 白藜芦醇在大肠杆菌中的合成
董良媛将葡萄RS基因构建pET22b-RS表达载体，转化大肠杆菌BL21（DE3），在添加对香豆酸和丙二酰辅酶A后获得25.2 mg/L白藜芦醇[10]。Lim等将拟南芥At4CL和马尾松PmSTS基因在大肠杆菌BL21 Star
中表达时未检测到白藜芦醇，欧兰芹Pc4CL和花生AhSTS基因在相同条件下则可产生33.0 mg/L白藜芦醇；将At4CL和AhSTS转入大肠杆菌BW27784中可产生404 mg/L的白藜芦醇，而Pc4CL和酿酒葡萄VvSTS相同条件下可产生1 380 mg/L的白藜芦醇[11]。朱屹东利用深红酵母TAL、香芹4CL和葡萄RS基因分别构建了pACYC-TAL-4CL和pRSF-RS，以葡萄糖为底物发酵获得0.23 mg/L白藜芦醇[12]。梁景龙等将拟南芥4CL和葡萄RS构建成pMD18-pGAP-Rs-4CL表达载体转化BW27784，测得发酵液中白藜芦醇含量为
4.5 mg/L[13]。汪建峰等将烟草4CL和酿酒葡萄STS融合表达后酵液中白藜芦醇达到25.76 mg/L[14]。
2.2 白藜芦醇在酵母中的合成
Becker等首次在酿酒酵母FY23中表达杂交杨树4CL和葡萄RS基因，以5 mM对香豆酸为前体物获得1.5 μg/L白藜芦醇[15]。郭丽琼等将拟南芥4CL、葡萄RS分别构建pRS42K-4CL和pRS42H-RS表达载体，以香豆酸為底物在酿酒酵母ECIII8中获得0.78 mg/L白藜芦醇[16]。孙萍等将拟南芥4CL、葡萄RS及粘红酵母TAL基因通过不同抗性筛选标记表达载体转化酿酒酵母，获得的工程菌在以3 mM酪氨酸为底物时发酵液中白藜芦醇可达6.20 mg/L[17]。
3 白藜芦醇合成途径的优化
重组工程菌株大多可实现白藜芦醇合成，不足之处是合成的产量较低。Wang等对TAL进行了突变与密码子优化后，在酿酒酵母中使白藜芦醇产量提高[18]。朱屹东将aroF和pheAfbr基因转入大肠杆菌以提高合成白藜芦醇所需前体物含量，同时将matB和matC基因转入大肠杆菌增加白藜芦醇合成过程中丙二酰辅酶A的供给，优化后白藜芦醇产量提高11.9倍[12]。林雅楠等YM9培养基中添加聚乙二醇，以含1.2 g/L对香豆酸为底物获得598 g/L白藜芦醇[19]。杨亚东等通过（GGGGS）3接头将烟草4CL和虎杖RS连接，在大肠杆菌Rosetta中经1.0 mM的IPTG、25 ℃时诱导4 h获得最高目标蛋白表达量[20]。
4 展望
现有研究表明，白藜芦醇的微生物合成已取得很大进展，虽然距离工业化应用还存在较大差距，但随着基因工程技术和合成生物学不断发展，利用微生物来合成白藜芦醇将会逐步实现产业化。
参考文献：
[1]郜海燕，于震宇，陈杭君，等.白藜芦醇功能和作用机理研究进展[J].中国食品学报，2006，6（1）：411-416.
[2]韩晶晶，刘 炜，毕玉平.白藜芦醇的研究进展[J].生物工程学报，2008，24（11）：1851-1859.
[3]李 燕，戴佳锟，祁 洋，等.白藜芦醇的药理作用及其合成途径研究进展[J].安徽农业科学，2009，37（11）：4844-4845.
[4]赵克森.白藜芦醇的生物学特性和效应[J].中国病理生理杂志，2012，28（9）：1709-1711.
[5]宋洋波，刘延琳，刘树文，等.白藜芦醇及其生物工程表达系统的研究进展[J].食品科学，2011（13）：374-378.
[6]郑世刚，李 臻，赵善仓，等.白藜芦醇合成酶基因在基因工程中的应用及功能研究进展[J].生物工程学报，2014，30（3）：341-354.
[7]王长松，赵 莹，赵广荣.微生物合成白藜芦醇研究进展[J].微生物学通报，2014，41（2）：352-357.
[8]刘学珍，林 军，刘向磊，等.白藜芦醇的药理作用及其微生物合成的研究进展[J].世界临床药物，2015（1）：56-60.
[9]Vogt T. Phenylpropanoid biosynthesis[J].Molecular plant pathology，2010（3）：2-20.
[10]董良媛.分泌表达葡萄白藜芦醇合成酶工程菌的构建及发酵条件优化[D].济南：齐鲁工业大学，2014.
[11]Lim CG，Fowler ZL，Hueller T，et al. High-yield resveratrol production in engineered Escherichia coli[J].Applied and environmental microbiology，2011，77（10）：3451-3460.
[12]朱屹东.代谢工程改造大肠杆菌生产白藜芦醇[D].无锡：江南大学，2016.
[13]梁景龙，郭丽琼，孙 萍，等.产白藜芦醇大肠杆菌基因工程菌的构建[J].食品工业科技，2013，34
（23）：138-141.
[14]汪建峰，张嗣良，王 勇.大肠杆菌中从头合成白藜芦醇途径的设计及优化[J].中国生物工程杂志，2014，34（2）：71-77.
[15]Becker JV，Armstrong GO，Merwe MJ，et al. Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for the synthesis of the wine-related antioxodant resveratrol[J].FEMS yeast research，2003，4（1）：79-85.
[16]郭麗琼，梁景龙，林俊芳，等.白藜芦醇在酿酒酵母中的组合表达[J].食品与发酵工业，2013（39）：7-12.
[17]孙 萍，郭丽琼，黄佳俊，等.酿酒酵母工程菌生物合成白藜芦醇[J].中国食品学报，2016，16（3）：68-74.
[18]Wang YC. Synthetic saffolds increased resveratrol biosynthesis in engineered yeast cells[J].Journal of biotechnology，2012（157）：258-260.
[19]林雅楠，王瑞明，黄 磊，等.重组大肠杆菌生物合成白藜芦醇条件的优化研究[J].药物生物技术，2013（5）：427-430.
[20]杨亚东，郭辉力，刘文彬，等.烟草4CL与虎杖STS融合基因的构建、表达及融合蛋白纯化[J].北京农学院学报，2014，29（3）：1-5.
作者简介：翟 逸（1980—），男，博士；专业方向为微生物分子生物学与基因工程。
