２０１６第十八卷第十一期＂ｋＶｏ１．１８　Ｎｏ．１１　吲哚生物碱生物合成研究进展　陈　越　，张青磊　，黄玉香１，２，谭何新　，刁　勇　，张　磊　一　（１．华侨大学生物医学学院泉州　３６２０２１；２．第二军医大学药学院上海２００４３３）　摘要：生物碱种类繁多，吲哚类生物碱是迄今为止发现最多的一类，是许多药用植物的药效成分，　具有多样的生物活性。随着代谢组学技术的发展，研究药效物质的生物合成途径对阐明植物体内代谢　的分子机制以及代谢调控机理具有重要意义，对进一步研究提高药效物质的生物合成产量具有指导意　义。本文按照吲哚生物碱结构进行分类，对数种吲哚生物碱的生物合成途径研究进展进行综述，以期为　吲哚生物碱的生物合成机制的进一步研究奠定基础，为其他吲哚生物碱类成分的生物合成研究提供参　考依据。　关键词：吲哚生物碱萜类吲哚生物碱生物合成长春碱吲哚一３一乙酸　ｄｏｉ：１０．１１８４２／ｗｓｔ．２０１６．１１．叭３　中图分类号：Ｒ９３１．６　文献标识码：Ａ　生物碱是一类主要存在于植物中的含氮且多呈　碱性的有机化合物，是一些中药的重要有效成分之　一。根据其结构，生物碱可分为吡咯烷类、莨菪烷　类、哌啶类、喹唑酮类、喹啉类、异喹啉类、咪唑类、吲　哚类、嘌呤类、甾体类和二萜类等　］，其中吲哚类生　物碱是迄今为止发现最多的一种类型，包括４　１Ｏ０　多种已知化合物。本文根据其结构类型，分别对吲　哚一３一乙酸、靛玉红、麦角碱、阿吗碱、文朵灵、长春　新碱等具有代表性的吲哚生物碱的生物合成途径进　行综述。　１　吲哚生物碱的分类与主要生物学活性　按照结构进行分类，吲哚生物碱可分为简单吲　哚类和萜类吲哚生物碱。其中，萜类部分又分为半　萜类、单萜类等，亦包含双吲哚类生物碱。吲哚类　生物碱的临床应用十分广泛，其生物学活性多样，　因其抗肿瘤作用疗效明显，使之成为研究者关注　的热点，具体包括：①简单吲哚类生物碱：吲哚一３一　收稿日期：２０１６—１０—２７　修回日期：２０１６—１１－０２　乙酸（Ｉｎｄｏｌｅ一３一ａｃｅｔｉｃ　Ａｃｉｄ，ＩＡＡ）为植物生长素，　在植物生长发育过程中起着重要调控作用；靛玉　红（Ｉｎｄｉｒｕｂｉｎ）为中药青黛和板蓝根中含量最高的　药效成分口］，来源于植物马蓝Ｂａｐｈｉｃａｃａｎｔｈｕｓ　ｃｕｓｉａ　（Ｎｅｅｓ）Ｂｒｅｍｅｋ、蓼蓝Ｐｏｌｙｇｏｎｕｍｔｉｎｃｔｏｒｉｕｍ　Ｌｏｕｒ或　菘蓝Ｉｓａｔｉｓ　ｉｎｄｉｇｏｔｉｃａ　Ｆｏｒｔ，是抗白血病的有效成分，　对治疗慢性粒细胞白血病具有显著疗效［３１。②半　萜吲哚类生物碱：麦角碱是麦角菌属（Ｃｌａｖｉｃｅｐｓ）侵　害多种禾本科植物后产生的生物碱类毒素ｆ４】，具有　子宫收缩、调节血压、退热以及抑制呕吐的作用Ｉ５］。　③单萜吲哚类生物碱：阿吗碱（Ａｊｍａｌｉｎｅ）为萝芙木　Ｒａｕｖｏ所ｎ　ｖｅｒｔｉｃｉｌｌａｔｅ中的药效成分，研究表明其具有　抗炎和降血压的疗效＿６］。文朵灵（Ｖｉｎｄｏｌｉｎｅ）和长春　质碱（Ｃａｔｈａｒａｎｔｈｉｎｅ）为长春花Ｃａｔｈａｒａｎｔｈｕｓ　ｒｏｓｅｕｓ　ｆＬ．１　Ｇ．Ｄｏｎ中的活性成分　。④双吲哚类生物碱：长　春碱（Ｖｉｎｂｌａｓｔｉｎｅ）、长春新碱（Ｖｉｎｃｒｉｓｔｉｎｅ）为长春花　的主要活性成分［７］，具有抗癌作用［８，９１；长春碱对何杰　金病、绒毛上皮癌、淋巴肉瘤、卵巢癌及白血病等均　有一定的疗效，长春新碱主要用于急性淋巴细胞白　血病的治疗ｌ】们。　★　国家自然科学基金委促进海峡两岸科技合作联合基金资助项目（Ｕ１４０５２１５）：马蓝药效物质形成分子机制的阐释及优异种质创新研究，负责　人：刁勇。　★★　通讯作者：－－７勇，教授，博士生导师，主要研究方向：中药现代化；张磊，副教授，硕士生导师，主要研究方向：基于药效物质的中药品质调控。　１９１４［　以ｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ￣Ｍｏｄｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａ　Ｍｅｄｉｃａ］

　世界科学技术一中医药现代化★中药有效成分的生物合成研究　２吲哚生物碱的生物合成　植物药效成分的生物合成途径研究，是充分利　用植物代谢产物进行医药工程生产及天然产物开　发研究的前提和基础。对植物中药效成分的生物　合成途径进行研究，不仅可以揭示不同化学成分在　植物体中形成、转化及相互关系的本质规律，而且　对进一步研究提高药效物质生物合成产量具有指导　意义　¨】。　吲哚类生物碱的骨架结构为吲哚杂环，来自植　物代谢的莽草酸途径（Ｓｈｉｋｉｍｉｃ　Ａｃｉｄ　Ｐａｔｈｗａｙ）『ｌ　１　（图１　ｏ其代谢过程为：４一磷酸赤藓糖（Ｅｒｙｔｈｒｏｓｅ一　４一ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）和磷酸烯醇式丙酮酸（Ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌ　Ｐｙｒｕｖｉｃ　Ａｃｉｄ）经多步酶促反应产生莽草酸，莽草　酸在莽草酸激酶（Ｓｈｉｋｉｍａｔｅ　Ｋｉｎａｓｅ，ＫＳ）催化下产　生３一磷酸莽草酸（Ｓｈｉｋｉｍｉｃ　Ａｃｉｄ一３一ｐｈｏｓｐｈａｔｅ），　然后３一磷酸莽草酸经一系列酶促反应生成分支酸　（Ｃｈｏｒｉｓｍｉｃ　Ａｃｉｄ），分支酸经邻氨基苯甲酸合成酶Ａ　（Ａｎｔｈｒａｎｉｌｉｃ　Ａｃｉｄ　Ｓｙｎｔｈａｓｅ　，ＡＳａ）催化生成邻氨基　苯甲酸（Ａｎｔｈｒａｎｉｌｉｃ　Ａｃｉｄ），再通过中间产物Ｎ一（５，一　磷酸核糖）一氨基苯甲酸、烯醇式１一（Ｏ一羧基苯氨　基）一１一脱氧核酮糖一５一磷酸产生吲哚的前体物质一　３一吲哚磷酸甘油，３一吲哚磷酸甘油然后在色氨酸合　酶６ｃ（Ｔｒｙｐｔａｍｉｎｅ　Ｓｙｎｔｈａｓｅ　，ＴＳＡ）催化下生成吲哚　（Ｉｎｄｏｌｅ），接着吲哚在色氨酸合成酶　（Ｔｒｙｐｔａｍｉｎｅ　Ｓｙｎｔｈａｓｅ　，ＴＳＢ）催化下与Ｌ一丝氨酸（Ｌ—ｓｅｒｉｎｅ）生　成Ｌ一色氨酸（Ｌ—ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ），Ｌ一色氨酸为大多数萜　类吲哚生物碱的前体［１３－１５］。　２．１　简单吲哚类生物碱生物合成　目前研究发现ＩＡＡ的生物合成途径有两种，其　上游合成途径都是通过莽草酸途径生成色氨酸，而　后通过色氨酸依赖型途径（Ｔｒｐ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｐａｔｈｗａｙ）　（图２）和非色氨酸依赖型途径（Ｔｒｐ—ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｐａｔｈｗａｙ）合成ＩＡＡ［　】，其中非色氨酸依赖型途径尚　不明确。　色氨酸依赖型途径中从色氨酸合成ＩＡＡ的途　径有多条，按照中间产物不同可划分为吲哚一３一乙　醛肟（Ｉｎｄｏｌｅ一３一ａｃｅｔａｌｄｏｘｉｍｅ，ＩＡＯｘ）途径、色胺　（Ｔｒｙｐｔａｍｉｎ，ＴＡＭ）途径、吲哚一３一乙酰胺（Ｉｎｄｏｌｅ一　３一ａｃｅｔａｍｉｄｅ，ＩＡＭ）途径以及吲哚一３一丙酮酸　（Ｉｎｄｏｌｅ一３一ｐｙｒｕｖｉｃ　Ａｃｉｄ，ＩＰＡ）途径。具体途径如　下：①吲哚乙醛肟途径：首先色氨酸在细胞色素　Ｐ４５０单加氧酶（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ　Ｐ４５０　Ｍｏｎｏ—ｏｘｙｇｅｎａｓｅ）　ＣＹＰ７９Ｂ２和ＣＹＰ７９Ｂ３催化下生成吲哚一３一乙醛肟，　然后转化成吲哚一３一乙腈（Ｉｎｄｏｌｅ一３一ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）和　吲哚乙醛（ｉｎｄｏｌｅ一３一ａｃｅｔａｌｄｅｈｙｄｅ），而后分别在腈　水解酶（Ｎｉｔｒｉｌａｓｅ）和醛氧化酶（Ａｌｄｅｈｙｄｅ　Ｏｘｉｄａｓｅ）　催化下生成ＩＡＡ；②吲哚丙酮酸途径：中间产物　吲哚丙酮酸在吲哚丙酮酸脱羧酶（Ｉｎｄｏｌｅｐｙｒｕｖａｔｅ　Ｄｅｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ，ＩＰＤ）作用下脱羧形成吲哚乙醛，然后　经氧化生成ＩＡＡ；③色胺途径首先是色氨酸经色氨　酸合成酶　催化生成色胺，然后经过中间产物吲哚　乙醛生成ＩＡＡ。④吲哚乙酰胺途径中目前尚未发现　色氨酸直接转化为吲哚一３一乙酰胺的调控基因，吲　哚一３一乙酰胺经水解生成ＩＡＡ。虽然合成ＩＡＡ具　有多种合成途径，但他们之间是相互交织而不是独　立作用的『１　。而对于ＩＡＡ非色氨酸依赖型途径的　生物合成途径还需进一步的研究。　靛玉红与靛蓝互为同分异构体，由两个吲哚母　磷酸烯醇式丙酮酸＋４一磷酸赤藓糖　莽草酸　ｓＫ上、．，　３一磷酸莽草酸　ＥＰ　ｃＳ　分支酸　邻氨基苯甲酸　Ｉ　、．ｒ　３一吲哚磷酸甘油　ＴｓＡ　

吲哚　Ｈ　

色氨酸　图１莽草酸途径（虚线表示多步反应）　２　Ｈ　［Ｗｏｒｌｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ￣Ｍｏｄｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａ　Ｍｅｄｉｃ

ａ］１９１５　２０１６第十八卷第十一期－Ａ－Ｖｏ１．１８　Ｎｏ．１１　

ＴＳＢ　Ｙ　Ｈ　

Ｈ吲哚乙酸ＩＡＡ　图２依赖色氨酸的吲哚一３一乙酸生物合成途径　核结构直接相连组成，故本文将其归为简单类吲　哚生物碱。目前的研究认为，靛蓝、靛玉红的前体　物质为靛红烷Ａ（ｉｎｄｏｘｙｌ一３—０—６’一０一ｍａｌｏｎｙ一　一　Ｄ～ｒｉｂｏｈｅｘｏ一３一ｕｌｏｐｙｒａｎｏｓｉｄｅ）、靛红烷Ｂ（ｉｎｄｏｘｙｌ一　５－ｋｅｔｏｇｌｕｅｏｎａｔｅ）、靛红烷Ｃ（Ｄｉｘｉｎｄｏｌｅ　Ｅｓｔｅｒ）和　吲哚苷（Ｉｎｄｉｃａｎ）［１　８１。研究表明，吲哚苷和靛红　烷Ｂ的前体物质是吲哚，而不是色氨酸【ｌ９］。首　先，由前体物质吲哚发生羟基化生成３一羟基吲哚　（３一ｈｙｄｒｏｘｙｉｎｄｏｌｅ），该步反应机理尚不清楚；然后，　尿苷二磷酸葡萄糖（Ｕｒｉｄｉｎｅ　Ｄｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ　Ｇｌｕｃｏｓｅ，　ＵＤＰＧ）在羟基吲哚糖基转移酶催化下将糖基转移给　吲哚酚生成吲哚苷，吲哚苷在酶解或化学水解作用　下生成吲哚酚（Ｉｎｄｏｘｙｌｅ），然　后自发发生氧化、双聚生成　靛蓝、靛玉红［２０１，整体合成途　径见图３【　”。　２．２　萜类吲哚生物碱生物　合成　在各种萜类吲哚生物碱　的生物合成途径中，异胡豆　苷被公认为是所有萜类吲哚　生物碱的核心前体物，其合　成由吲哚途径产生的色胺　和类萜途径产生的裂环马　钱子苷（Ｓｅｃｏｌｏｇａｌｉｎｅ）由异　胡豆苷合成酶（Ｓｔｒｉｃｔｏｓｉｄｉｎｅ　Ｓｙｎｔｈａｓｅ，ＳＴＲ）催化偶合形　成。类萜途径包括甲羟戊酸　途径（Ｍｅｖａｌｏｎａｔｅ　Ｐａｔｈｗａｙ，　ＭＶＡ）和甲基磷酸赤藓　糖途径（Ｍｅｔｈｙｌ　Ｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ　Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＭＥＰ），由其产　生基本的五碳通用前体异　戊烯焦磷酸（Ｉｓｏｐｅｎｔｅｎｙｌ　Ｄｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＩＰＰ）和二甲基　丙烯基焦磷酸（Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｌｌｙｌ　Ｄｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＤＭＡＰＰ），而　后经香叶基焦磷酸合成酶催　化反应生成１０一羟基香叶醇　（１０一ｈｙｄｒｏｘｙ　ｇｅｒａｎｉｏ１），再经　环烯醚萜途径生成裂环马钱　子苷［２２，２３］（图４）。　ＭＶＡ和ＭＥＰ存在于植物细胞质中，合成ＩＰＰ　的ＭＶＡ途径首先由两分子乙酰辅酶Ａ（Ａｃｅｔｙｌ—　ＣｏＡ）经乙酰乙酰辅酶Ａ酰基转移酶（Ａｃｅｔｙｌ—ＣｏＡ　Ａｃｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，ＡＡＣＴ）催化偶联生成乙酰乙酰　辅酶Ａ（Ａｃｅｔｏａｃｅｔｙｌ—ｃｏｅｆｌｚｙｍｅ　Ａ），接着在羟甲　基戊二酸单酰辅酶Ａ合酶（ＨＭＧ—ＣｏＡ　Ｓｙｎｔｈａｓｅ，　ＨＭＧＳ）催化下与另一分子乙酰乙酰辅酶Ａ缩合生　成３一羟基一３一甲基戊二酰辅酶Ａ（３一ｈｙｄｒｏｘｙ～３一　ｍｅｔｈｙｌ—ｇｌｕｔａｒｙｌ—ＣｏＡ，ＨＭＧ－ＣＯＡ），ＨＭＧ—ＣＯＡ在　还原酶催化下生成甲羟戊酸（Ｍｅｖａｌｏｎａｔｅ），然后经　甲羟戊酸酶（Ｍｅｖａｌｏｎａｔｅ　Ｋｉｎａｓｅ，ＭＶＡＫ）和５一二　磷酸甲羟戊激酶（５一ｄｉｐｈｏｓｐｈ０ｍｅｖａｌ０ｎａｔｅ　Ｋｉｎａｓｅ，　１９１６［Ｗｏｒｌｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ￣Ｍｏｄｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａ　Ｍｅｄｉｃａ］　径　船　Ｈ　酸　）：＝（　草　＼　碍