【助力 Cell】全式金生物助力解析抗癌药物三尖杉生物碱生物合成路径

文章信息

文章题目：Complete biosynthesis of the anticancer cephalotaxinone and homoerythratine

期刊：Cell

发表时间：2026 年 6 月 12 日

主要内容：北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命科学联合中心雷晓光教授团队与中国农业科学院深圳农业基因组研究所闫建斌研究员团队合作在 Cell 杂志上发表了题为“Complete biosynthesis of the anticancer cephalotaxinone and homoerythratine”的研究论文，首次阐明了两类三尖杉抗癌生物碱的完整生物合成通路，并实现了异源重构。研究团队综合运用多组学分析、化学合成、酶学表征、计算生物学与点突变等技术手段，发现并表征了三尖杉酮碱、高刺桐碱两大关键生物碱的生物合成通路中核心催化反应酶，阐明同源细胞色素 P450 酶差异化催化的分子机制，并成功在本氏烟草中实现两条合成通路的异源重构。该项成果填补了三尖杉生物碱合成领域长期存在的知识与技术空白，为进一步利用合成生物学手段量产高三尖杉酯碱、保护濒危药用植物资源奠定了坚实基础，是植物天然药物生物合成与生物制造领域中的重大突破。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00656-2

使用 TransGen 产品：

TransStart^® FastPfu DNA Polymerase (AP221)

Complete biosynthesis of the anticancer cephalotaxinone and homoerythratine

背景介绍

三尖杉类生物碱与高刺桐类生物碱是三尖杉中结构独特、活性显著的天然产物，其中高三尖杉酯碱于 2012 年获美国 FDA 批准，成为治疗慢性粒细胞白血病的临床一线药物，在全球血液肿瘤治疗中发挥着不可替代的重要作用。然而，三尖杉属珍稀濒危植物，目标生物碱在天然植株中的含量极低。传统上依赖采摘提取和化学半合成的生产模式，不仅效率低下，也严重威胁野生植物种群的安全。半个世纪以来，这两类生物碱的完整生物合成通路始终未能成功解析，这已成为制约其实现绿色、规模化、可持续生物制造的核心瓶颈。

文章概述

研究团队结合化学合成标准品，检测三尖杉根、茎、叶中的代谢物，明确生物碱合成中间体主要在根部富集。通过转录组与代谢组联合分析、WGCNA 及锚定酶筛选策略，以通路两端已知酶基因为切入点，逐步锁定候选基因。经体外酶活实验和瞬时表达验证，最终鉴定出 13 个关键功能酶，梳理出从芳香氨基酸经多步氧化、还原、甲基化生成目标产物的完整路径。系统发育分析表明，三尖杉生物碱合成相关基因主要源于物种特有的基因复制与功能分化，清晰揭示了通路的进化脉络。研究还发现，序列相似度达 91.6% 的同源 P450 酶 CfCYP2 与 CfCYP3，利用同一中间体但通过差异化氧化反应，分别导向三尖杉碱与高刺桐碱通路，成为两大分支的核心“分子开关”。借助 AlphaFold 结构预测、分子动力学模拟和定点突变，研究人员锁定酶活性口袋中两个决定催化选择性的关键氨基酸残基，阐明了同源酶功能分化的分子机理。这一发现刷新了对 P450 酶催化多样性的认知，为植物次生代谢通路进化提供了经典范例。在明确催化元件与反应顺序后，研究人员组装两套核心酶基因组合，在本氏烟草中重构异源通路。经 LC-MS/MS 验证，烟草体系可稳定合成三尖杉酮碱与高刺桐碱，产物与天然标准品高度吻合，成功实现了两类抗癌生物碱人工合成路线的完整复刻。

三尖杉酮碱和高刺桐碱生物合成通路解析

全式金生物产品支撑

优质的试剂是科学研究的利器。全式金生物的 FastPfu 快速高保真 DNA 聚合酶（AP221）助力本研究。产品自上市以来，深受客户青睐，多次荣登知名期刊，助力科学研究。

TransStart^® FastPfu DNA Polymerase (AP221)

一款用于快速 PCR 的热启动高保真 DNA 聚合酶，特异性好，扩增效率高，扩增速度快。

产品特点

• 快速：4 kb/min 的延伸速度。

• 高保真性：保真性为普通 Taq 酶的 54 倍，普通 Pfu 酶的 3 倍。

• 长片段扩增：基因组 DNA 片段的扩增可达 15 kb，Plasmid DNA 片段的扩增可达 20 kb。

• 高特异性：采用“TransStart”双封闭法新型热启动技术，同时封闭引物和模板。

• 扩增能力强：独有的 PCR Stimulant，提升该酶对复杂模板的扩增能力。

• 扩增产物为平端，可直接克隆于 pEASY^® -Blunt 系列载体中。

全式金生物的产品再度亮相 Cell 期刊，不仅是对全式金生物产品卓越品质与雄厚实力的有力见证，更是生动展现了全式金生物长期秉持的“品质高于一切，精品服务客户”核心理念。一直以来，全式金生物凭借对品质的执着追求和对创新的不懈探索，其产品已成为众多科研工作者信赖的得力助手。展望未来，我们将持续推出更多优质产品，期望携手更多科研领域的杰出人才，共同攀登科学高峰，书写科研创新的辉煌篇章。

使用 TransStart^® FastPfu DNA Polymerase (AP221) 产品发表的部分文章：

• Lei Z, Meng H, Liu L, et al. Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations[J]. Nature, 2022.(IF 69.50)

• Zhang H, Zhu Y, Liu Z, et al. A volatile from the skin microbiota of flavivirus-infected hosts promotes mosquito attractiveness[J]. Cell, 2022.(IF 66.85)

• Wang Y, Zhang S, Yang X, et al. Mesoscale DNA feature in antibody-coding sequence facilitates somatic hypermutation[J]. Cell, 2023.(IF 64.50)

• Lin Q, Jin S, Zong Y, et al. High-efficiency prime editing with optimized, paired pegRNAs in plants[J]. Nature Biotechnology, 2021.(IF 54.90)

• Zong Y, Liu Y, Xue C, et al. An engineered prime editor with enhanced editing efficiency in plants[J]. Nature Biotechnology, 2022.(IF 54.00)

• Liu J L, Yan X Q, Wu H, et al. RNA codon expansion via programmable pseudouridine editing and decoding[J]. Nature, 2025.(IF 48.50)

• Gao L, Qiu X, Yang J, et al. Engineered aldehyde dehydrogenases for amide bond formation[J]. Science, 2026.(IF 45.80)

• Yang J, Zhao T, Fan J, et al. Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch[J]. Cell, 2024.(IF 45.60)

• Tian R Z, Lin F F, Guo N X, et al. Complete biosynthesis of the anticancer cephalotaxinone and homoerythratine[J]. Cell, 2026.(IF 42.50)

• Jin S, Lin Q, Luo Y, et al. Genome-wide specificity of prime editors in plants[J]. Nature Biotechnology, 2021.(IF 36.55)

• Wang S, Zong Y, Lin Q, et al. Precise, predictable multi-nucleotide deletions in rice and wheat using APOBEC–Cas9[J]. Nature biotechnology, 2020.(IF 36.55)

• Li C, Zhang R, Meng X, et al. Targeted, random mutagenesis of plant genes with dual cytosine and adenine base editors[J]. Nature biotechnology, 2020.(IF 35.72)

• Lin Q, Zong Y, Xue C, et al. Prime genome editing in rice and wheat[J]. Nature biotechnology, 2020.(IF 31.90)

• Song B, Chen Y, Liu X, et al. Ordered assembly of the cytosolic RNA-sensing MDA5-MAVS signaling complex via binding to unanchored K63-linked poly-ubiquitin chains[J]. Immunity, 2021.(IF 31.75)

• Li Y, Zhao L, Zhang Y, et al. Structural basis for product specificities of MLL family methyltransferases[J]. Molecular Cell, 2022.(IF 19.33)

• Li C, Zong Y, Jin S, et al. SWISS: multiplexed orthogonal genome editing in plants with a Cas9 nickase and engineered CRISPR RNA scaffolds[J]. Genome biology, 2020.(IF 18.36)

• Zhang H, Li Z, Zhou S, et al. A fungal NRPS-PKS enzyme catalyses the formation of the flavonoid naringenin[J]. Nature Communications, 2022.(IF 17.69)

• Lei Y, Fei P, Song B, et al. A loosened gating mechanism of RIG-I leads to autoimmune disorders[J]. Nucleic acids research, 2022.(IF 16.97)

• Fan J, Ran H, Wei P L, et al. An ortho-Quinone Methide Mediates Disulfide Migration in the Biosynthesis of Epidithiodiketopiperazines[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2023.(IF 16.82)

• Fan J, Ran H, Wei P L, et al. Pretrichodermamide A Biosynthesis Reveals the Hidden Diversity of Epidithiodiketopiperazines[J]. Angewandte Chemie, 2023.(IF 16.82)

• Song Z, Zhou S, Zhang H, et al. Fungal secondary metabolism is governed by an RNA-binding protein CsdA/RsdA complex[J]. Nature Communications, 2023.(IF 16.60)

• Jin S, Fei H, Zhu Z, et al. Rationally designed APOBEC3B cytosine base editors with improved specificity[J]. Molecular cell, 2020.(IF 15.58)

• Lin R, Liang J, Wang R, et al. The raphe dopamine system controls the expression of incentive memory[J]. Neuron, 2020.(IF 14.40)