摘 要：芪类化合物是一种重要的植物抗毒素，因其具有多种医疗保健作用，已引起多方关注。芪合酶是芪类化合物生物合成途径中的关键酶，关于它的研究已广泛开展。本文对芪类化合物的生物合成途径、药理作用，芪合酶的结构、功能，以及芪合酶基因的表达、芪合酶的基因工程研究等方面的进展进行综述，以期为进一步深入研究提供重要信息和科学参考。
关键词：芪类化合物;芪合酶;芪合酶基因
Research Advance and Application Status of Stilbene Synthase Gene
LIU Jing-ying， TONG Shao-ming， HOU He-sheng
（College of Life Sciences， Liaoning Normal University， Key Laboratory of Plant Biotechnology of Liaoning Province， Dalian， Liaoning 116081，China）
Abstract： Stilbenes，as important phytoalexins， have been paid extensive attention for its various functions for health and medical treatments. Stilbene synthase is the key enzyme in the biosynthesis pathway of stilbenes. The research about it has been extensively developed. This article introduced the biosynthesis pathway and pharmacological effects of stilbene compounds，the structure and function of stilbene synthase. The research progress of stilbene synthase gene expression and stilbene synthase gene engineering were also reviewed， and it would provide important information and scientific references for further research.
Key words： stilbenes; stilbene synthase; stilbene synthase gene
芪类化合物的合成来源于苯丙氨酸代谢途径[3]。苯丙氨酸首先在苯丙氨酸裂解酶（PAL）催化下裂解为肉桂酸，然后在肉桂酸-4-羟基化酶（C4H）的作用下形成反式香豆酸，在香豆酸-CoA连接酶（4CL）催化下形成反式香豆酰-CoA，1分子的反式香豆酰-CoA和3分子的丙二酰-CoA可在芪合酶（stilbene synthase，STS）的作用下合成芪类次生代谢物白藜芦醇（resveratrol，Res）;或者由肉桂酸直接形成肉桂酰-CoA，之后与丙二酰-CoA在芪合酶作用下合成另一种芪类化合物赤松素（图1）。此外，反式香豆酰-CoA等也能够在查尔酮合酶（chalcone synthase，CHS）的催化作用下进入黄酮类和异黄酮类合成支路。因而芪合酶被认为是植物中合成芪类化合物的关键酶。本研究针对芪合酶、芪合酶基因及芪类化合物的研究进展作一综述。
1 芪合酶基因的发现与分类
迄今为止，研究者已从葡萄、花生、大黄、高粱、原始裸蕨属植物以及松树等植物中发现了芪合酶基因，这些基因的分离为研究芪类化合物生物合成的调控机制奠定了重要基础。已克隆的STS基因可分为两种类型[4]，一种以反式香豆酰-CoA为特异性底物，称为白藜芦醇合酶（resveratrol synthase，RS），另一种以肉桂酰-CoA为特异性底物，称为赤松素合酶（PS）。葡萄、花生、大黄等植物中的芪合酶属于前一种类型，而存在于裸蕨属植物和松树等植物中的芪合酶属于后一种类型。
2 芪合酶的结构特征和功能
STS是由两个亚基组成的二聚体，分子量约为43 kD，其基因编码约390个氨基酸。STS和查尔酮合酶（CHS）同属于Ⅲ型聚酮化合物合酶（PKS）超家族，芪合酶基因在植物中多以基因家族形式存在，不同种植物芪合酶的氨基酸序列之间、同种植物芪合酶家族不同成员之间具备一定的相似性，且都具有STS和CHS家族特征位点GVLFGFGPGLT，以及STS特异性保守结构域IPNS（F）AGAIAGN。芪合酶的活性中心一般为Cys164或Cys169。研究者曾分析RS基因序列，结果显示基因编码区起始于第1个ATG，5’端具有唯一内含子，将RS基因编码区分为两部分。
3 芪合酶基因表达的研究进展
一般认为，植物抗毒素是诱导形成的，即植物受到病原菌侵袭时，会迅速形成植物抗毒素类化合物，以抵抗病菌的侵染。但有研究表明，在葡萄中，芪类化合物在软组织中是诱导形成的，在硬化的木质部分却是组成型形成的，即芪合酶的表达具有组成型和诱导型两种表达机制。 3.1 STS基因表达的诱导因子
植物STS基因的表达受生物胁迫、非生物胁迫、环境条件等诱导。生物胁迫指不同病原菌的侵染等。Hain R等将葡萄STS基因转入烟草原生质体基因组，利用灰霉菌侵染烟草，转化烟草表达出STS酶活性并表现出持续抗性。Kiselev等[5]将农杆菌的rolB基因转入山葡萄悬浮培养细胞中，发现转基因细胞中芪合酶的表达水平是对照组的1.3～3.8倍。Hemanth等[6]的研究表明，黑豆菌侵染葡萄后，会引起葡萄中芪合酶的差异表达。用小麦叶锈菌侵染小麦，与野生型植株相比，葡萄STS转基因植株的疾病症状明显减少;当用小麦颖枯菌侵染时，疾病症状减少的幅度更大些[7]。上述这些研究都表明，病原菌侵染能够诱导STS基因的表达。非生物刺激因子包括植物激素、机械伤害等。Chung等[8]研究发现，采用紫外光和酵母提取物可促进STS在花生叶、根中积累，同时乙烯、水杨酸和茉莉酮酸均可诱导STS基因在花生叶中表达。肉桂酸和蔗糖等对于提高葡萄果皮和愈伤组织Res含量具有一定作用。臭氧处理同样能够刺激STS的表达上调。除生物与非生物因素外，光温、干旱等环境条件对STS的表达也具有重要作用：Deluc L G等[9]研究发现，水分缺失提高了葡萄浆果中芪合酶的表达水平，致使白藜芦醇苷含量增加。葡萄Res的生物合成受不同光质影响显著，蓝光能够促进STS的表达，进而促进Res的积累[10]。温度对葡萄果实Res及其糖苷含量变化同样具有重要作用，低温抑制STS表达[11]。
3.2 STS基因表达的特异性
4 芪类化合物的药理作用
4.1 抗菌作用
已有研究表明，白藜芦醇能明显抑制金黄色葡萄球菌、灰葡萄孢菌、肺炎双球菌等病原菌的侵染，但对酵母菌的作用不明显，其含量与植物抗菌能力呈正相关。Chan[17]研究得出结论，Res同样能够抑制人的皮肤真菌和皮肤细菌。
4.2 抗氧化、抗自由基作用，可延缓衰老、预防老年痴呆症
4.3 抗癌作用
白藜芦醇在癌细胞的起始、增殖、发展3个主要阶段均具有抑制乃至逆转作用。在起始阶段，Res发挥抗突变和抗氧化作用;在增殖阶段，Res抑制脂氧合酶、环氧合酶的活性并能发挥传递抗炎作用;在癌细胞发展阶段，Res对于人早幼粒白血病细胞的分化具有诱导作用。
4.4 保护心血管系统
Res对于血管细胞中细胞质和组织因子（TF）的异常表达具有抑制作用;对于低密度脂蛋白氧化和血小板凝集也有抑制作用，并且能够促进脂蛋白代谢，降低人体血脂进而防止血栓形成，具有防治心血管疾病的功效[19]。
此外，Res及其衍生物在肝脏保护、激素调节、防治神经性疾病、激活长寿基因等方面也具有重要作用，因而在化妆品、医药、保健品和食品添加剂等领域有广泛应用。
5 芪合酶的基因工程研究
大多植物虽含有芪合酶作用的底物，却缺乏芪合酶基因。因此，为提高植物的抗病性，培育药、食兼用的转基因蔬果，许多研究者在芪合酶基因的转化研究中做了大量工作。
研究表明，芪类化合物具有多种药理活性，但其在植物体内的作用机制尚未了解清楚，其作为植保素的抵抗能力目前也难以量化，这些都有待于进一步研究。鉴于白藜芦醇等芪化物对现代医疗保健具有重要意义，而且科研工作者已经发现芪合酶能够在微生物、植物和哺乳动物细胞中大量表达，因而通过基因工程手段对芪合酶基因进行合理利用，有望在植物抗病育种、天然药物开发等方面取得重大成绩。
参考文献：
[2] 张永丽，金志强，徐碧玉，等.芪合酶基因的研究进展[J].现代农业科技，2007（13）：195-196.
[3] Austin Michael B， Noel Joseph P. The chalcone synthase superfamily of type III polyketide synthases[J].Natural Product Reports，2003，20（1）：79-110.
[4] Ferrer J L，Austin M B，Stewart C Jr， et al. Structure and function of enzymes involved in the biosynthesis of phenylpropanoids[J].Plant Physiol Biochem，2008，46（3）：356-370.
[5] Kiselev K V， Dubrovina A S， Bulgakov V P. Phenylalanine ammonia-lyase and stilbene synthase gene expression in rolB transgenic cell cultures of Vitis amurensis[J]. Applied Microbiology and Biotechnology， 2009，82（4）：647-655.
