茄科颠茄属多年生草本植物的药用价值是亟需解决的问题

马钱子的别名叫野山茄或则马钱子草，是一种茄科马钱子属宿根草本昆虫。根茎高1～2m，根为半径1cm左右的圆锥形，表面有白色横向色斑。马钱子全枝条均可作为药用成份入药，主要部份叶和根富含托品烷类生物碱莨菪碱及东莨菪碱，可制成配剂和血竭入药，然而其在整个块茎中的分布并不均匀，野生马钱子块茎中托品烷类生物碱浓度较低。大量研究阐明[1,2]，马钱子的根和茎中，不仅富含托品烷类生物碱，也富含少量的红古豆碱、阿托胺、颠茄宁等有效成份。

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在马钱子的次生代谢产物托品烷类生物碱中，最主要的是东莨菪碱与莨菪碱。在临床诊治中，相比与莨菪碱，东莨菪碱对机体的副作用要更小，且毒理作用更强。其抑止中枢血管的同时可以阻滞副交感血管，因此在临床上主要适于全麻、戒毒脱瘾、镇痛、帕金森症及抗晕动症等，市场对其的需求量十分大。但在马钱子中，东莨菪碱的浓度要比莨菪碱的浓度低太多，而在市场上，东莨菪碱的药用价值要比莨菪碱的价值高太多，这就造成了在临床上东莨菪碱的价值高太多。为此，增加马钱子北非莨菪碱的浓度，使其充分发挥经济价值，是亟待解决的问题。 #

1、颠茄次生代谢产物的研究概况

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动物通过次生代谢途径形成的物质称为次生代谢产物。在常年进化的过程中，初生代谢产物（蛋白质、糖类等）与外界的生物或非生物通过不同代谢途径互相作用而形成的物质。在外界特定的条件下，一些重要的高级代谢产物（丙二酸单酰辅酶A、乙酰辅酶A、莽硼酸或则一些寡糖）作为次生代谢合成的原料，又或则重新经历不同的代谢过程，形成一些像多糖、萜类、生物碱等缩聚物，我们把这些缩聚物成为天然产物，又由于某些天然产物是通过次生代谢途径形成的，因此又称为次生代谢产物。通常次生代谢产物在动物生长及发育的过程中并没有关键的作用，而且近些年来有研究不断发觉，在生长充沛的细胞中，大多数都有次生代谢途径形成次生代谢产物的合成，而对某些次生代谢产物的研究发觉，这种物质对人体有着很强的活性，使其具备特殊的医用价值。

2、颠茄次生代谢产物合成的主要途径 #

马钱子的次级代谢产物托品烷类生物碱的合成主要以高级代谢产物鸟固醇及精谷氨酸作为合成络合物。（1）鸟谷氨酸与精谷氨酸分别在其脱羧酶的作用下生成腐胺与N-甲基甲酰腐胺，N-甲基甲酰腐胺在其酯化酶的作用下生成腐胺。腐胺在N-烷基-腐胺转移酶（PMT）的作用下羰基化，生成N-烷基-腐胺，PMT将腐胺转向多胺，踏入到托品烷类生物碱合成的途径。因而PMT是托品烷类生物碱合成过程中的第一个关键酶。（2）由腐胺催化生成的N-酰基-腐胺在二胺氧化酶的催化作用下脱氨生成4-羟基-正丁醛，该物质能自发环化生成1-苯基-Δ-吡喃啉阳离子的阳离子，其可与高级代谢产物乙醛酸酯化产生古豆碱，也可以与谷氨酸酯化生成苯并芘。在合成托品烷类生物碱的过程中，1-苯基-Δ-吡喃啉阳离子经过一系列反应生成托品酮。（3）两种不同的托品酮还原酶（TRs）将托品酮催化，使托品烷类生物碱的代谢分流：托品酮还原酶Ⅱ（TRⅡ）将托品酮催化生成假托品碱，逐步生成打碗花精A3；另一条途径是托品酮还原酶Ⅰ（TRⅠ），催化托品酮生成托品醇，其与苯乳酸发生缩合反应生成海螺碱（莨菪碱的前体）。（4）细胞色素P-450氧化酶使海螺碱分子重排，因而产生莨菪碱。综合以上反应，TRⅠ是莨菪碱合成的另一个关键酶。（5）莨菪碱在莨菪碱6β-羟化酶（H6H）的作用下羰基化生成山莨菪碱，山莨菪碱紧接着环化，最终生成另一种托品烷类生物碱东莨菪碱。因而，H6H催化的反应只是东莨菪碱合成的最后一个限速方法，而H6H也成为托品烷类生物碱合成的最后一个关键酶。 #

3、颠茄次生代谢安装工程中重要基因的研究概况

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托品烷类生物碱合成的分子生物学研究，已在过去几三年中取得了很大成果，马钱子、莨菪、曼陀罗及三分三等茄科动物中均存在着托品烷类生物碱的生物合成途径。要举行代谢安装工程的研究，主要将这条代谢途径中重要功能基因进行克隆并鉴别其功能。已有不少研究运用PMT、TRs和H6H等基因遗传扩建不同产托品烷类生物碱药用动物，并取得了明显的研究成果[3]。H6H基因被等[4]研究者从莨菪的cDNA文库中克隆到，同时发觉其在柱鞘中特异性富集。有研究人员将H6H在曼陀罗中适量抒发，与对照相比，东莨菪碱的浓度增加了3倍多。 #

等[5]研究者将HnH6H基因导出莨菪中，引发出莨菪的转基因毛状根，并测量其中东莨菪碱的浓度，发觉与对照相比，其东莨菪碱的浓度增加了100倍。将H6H基因适量抒发在美国马钱子毛状根中，发觉毛状根北非莨菪碱的浓度最高达到了5.6mg/gFW，是对照的9倍，测量转基因毛状根中H6H基因的抒发量发觉，基因抒发量越高，东莨菪碱的浓度也越高。Hibi等[6]研究人员在研究曼陀罗的根时，克隆了PMT基因，同时证明了托品烷类生物碱合成途径中PMT酶是第一个关键酶。Sato等[7]研究发觉，PMT基因的高效抒发不但能保证动物的正常生长，还能阻挡转基因动物的异常生长颠茄生物碱类有哪些，这种对于转基因动物中托品烷类生物碱的积累有挺好的推动作用。

对马钱子进行多基因转换的研究中发觉，将托品烷类生物碱代谢途径中的3个关键酶基因（PMT、TRI、H6H）双双转到马钱子中，PMT、TRI两个基因的组合使马钱子转基因毛状根中托品烷类生物碱的总浓度较空黑毛状根增加2.5倍，其中东莨菪碱浓度达到了空黑毛状根中的5倍多，而莨菪碱的浓度比空黑毛状根中增加了2倍。在PMT、H6H两种基因的组合中，与空黑毛状根相比，转PMT-H6H双基因毛状根中托品烷类生物碱的浓度提升到2.7倍，其中东莨菪碱与莨菪碱的浓度较空黑毛状根相比，分别增加了8.2倍与1.8倍。TRI、H6H两种基因的组合中，与空黑毛状根相比，托品烷类生物碱的浓度提升至2.6倍，其中东莨菪碱与莨菪碱的浓度较空黑毛状根相比分别减少了5.6倍与2.1倍。综上研究发觉，东莨菪碱和莨菪碱的浓度均因PMT、TRI、H6H三种基因的过量抒发而有所减少。 #

4、pmt的研究概况

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在托品烷类生物碱代谢的途径中，PMT是一种甲硫谷氨酸依赖性的酰基转移酶，其可以将腐胺烷基化生成S-腺苷高半胱谷氨酸和氮-酰基-1,4-丁二胺。研究者[8]陆续早已从曼陀罗、三分三、颠茄、莨菪及烟草中克隆出PMT基因。PMT在茄科动物中是由基因家族中的两种基因（PMT1和PMT2）编辑的，PMT1、PMT2两个基因的抒发在时空特异性及编码区序列上均具备一定差别。在马钱子的基因组中，的编码区是一段宽度为的序列，可编码336个多肽，而编码区是一段宽度为的序列，才能编码340个多肽，将这两种基因转到马钱子毛状根中发觉，基因在马钱子毛状根中的抒发量要远远地多于基因的抒发量。 #

三分三与马钱子一样，均具备两个PMT基因（和）。研究发觉，在三分三的根、叶和茎中颠茄生物碱类有哪些，均有和这两种基因的抒发，且基因在各组织中抒发量高于基因。与分别为宽度、的基因序列，分别才能编码出338个、347个组氨酸。同时，将诱导子玫瑰酸乙酯（MeJA）添加到毛状根中，发觉诱导子的添加能明显地增加的抒发。

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将PMT基因转入不同具备相似托品烷类生物碱次生代谢途径的动物中（马钱子、三分三、烟草、黑莨菪和美国毒茄）发觉[9]，将烟草的PMT基因转到马钱子和美国毒茄中使其适量抒发，与对照相比，东莨菪碱与莨菪碱的浓度均不存在明显性差别。有研究发觉，将烟草的PMT基因转到到马钱子中，使其在马钱子中适量抒发，结果阐明，PMT酶的活性与对照相比增加了5倍，并且由其可以催化生成的东崀菪碱和莨菪碱的浓度并没有减少，说明了在马钱子中，外源物种的PMT基因适量抒发并不能促使一生代谢产物托品烷类生物碱的合成。

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但将PMT基因转到到转基因黑莨菪毛状根中，使其在毛状根中适量抒发，莨菪碱的浓度与对照相比增加了5倍。同样，将烟草PMT基因在白花曼陀罗毛状根中适量抒发，托品烷类生物碱的浓度与对照相比都有较大的提升。综上研究可以推测，PMT是白花曼陀罗和黑莨菪在合成托品烷类生物碱途径中的限速酶，但不是马钱子次生代谢产TAs合成途径中的限速酶。 #

5、结语 #

综上所述，增加次生代谢产物合成途径中的限速酶的抒发量，可以在一定程度上减少次生代谢产物的销量。关键酶是托品烷类生物碱代谢安装工程的一个遗传改建的靶向，对托品烷类生物碱浓度的增加具备显著的疗效，同时可为后代借助基因安装工程技术获取高产托品烷类生物碱提供参考，解决托品烷类生物碱浓度低的上问题。

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参考文献： #

[1]裴鉴,周太炎.美国药用动物志(第三册)[M].上海:科学出版社,1953.

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[2]林启寿.中草药成份物理[M].上海:科学出版社,1977:711. #

[3]卢衍.马钱子pmt?trI?h6h双基因策略对马钱子毛状根托品烷类生物碱浓度的影响[D].北京:东北中学,2012.

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[8]强玮.马钱子trⅠ基因的克隆?功能验证及过量抒发对马钱子托品烷生物碱合成的影响[D].北京:东北中学,2012. #

刘佳,肖倩.马钱子生物碱代谢过程中关键酶的研究概况[J].生物焦化,2023,6(04):123-125. #

基金:上海晓庄学校校级捐助项目().