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前沿 | 从“看见分子”到“重构通路”，安捷伦质谱助力完整解析七叶皂苷 Ia 生物合成途径
首次完整解析临床活性成分七叶皂苷 Ia 的生物合成路径，鉴定 10 个此前未表征的关键酶，并在本氏烟草中实现异源合成。研究中，安捷伦 LC-QTOF、离子淌度质谱 LC-IM-QTOF 与 LC-QQQ 平台分别承担产物定性、同分异构体区分和精准定量任务。
2026 年，孙伟团队联合徐志超团队及陈士林院士团队在 Nature Communications 发表 “Complete biosynthesis of the clinical agent escin Ia”。这项工作衔接团队此前对七叶树基因组及部分通路酶的研究，进一步补齐从 β-香树脂醇到七叶皂苷 Ia 的关键催化步骤，为药用三萜皂苷的绿色制造打开新的想象空间。本文不仅是一条天然产物通路的“完整拼图”，也展现了质谱技术如何贯穿候选酶筛选、酶促产物确认、同分异构体鉴别、通路重构与产量评价全过程。
研究背景
七叶皂苷 Ia（Escin Ia）是七叶树属植物种子中的代表性玉蕊醇型三萜皂苷，具有抗水肿、抗炎和血管稳定等药理活性，相关制剂已用于脑水肿、肿胀及慢性静脉功能不全等临床场景。然而，七叶皂苷 Ia 主要依赖七叶树种子获取，而七叶树幼年期长、结实存在波动，化学全合成尚未实现，稳定原料供应面临挑战。
要实现可持续生产，首先必须回答一个基础问题：植物究竟通过哪些酶，把基础三萜骨架一步步加工成结构复杂的七叶皂苷 Ia？
研究突破
研究团队结合基因组挖掘、转录组共表达分析、体外酶学、本氏烟草瞬时表达与酵母微粒体实验，系统鉴定了 10 个此前未表征的关键酶，包括 3 个 P450、4 个 UGT、1 个 CoA 连接酶和 2 个 BAHD 酰基转移酶。
值得关注的是，β-香树脂醇到原七叶皂苷元的多步羟基化并非严格遵循单一线性顺序。多个 P450 对不同羟基化中间体表现出底物兼容性，由此形成相互连通的“网格化”代谢网络。这种通路可塑性有助于理解植物如何在保持代谢稳健性的同时扩展天然产物的化学多样性。
图 1. 原七叶皂苷元生物合成途径的逐步解析及 LC-QTOF-MS 提取离子色谱图
质谱洞察
天然产物生物合成研究常面对样品复杂、目标物丰度跨度大、结构相近异构体难分等挑战。本研究围绕不同分析问题配置互补的安捷伦质谱平台，使“发现、鉴别、定量”形成连续证据链。
图 2. 分支糖链组装的遗传、生化与结构基础。DTIM-MS 为同分异构体提供淌度分离维度
关键结果
在本氏烟草中，研究团队通过多基因组合完成完整通路重构。采用 AcCYP716BX1 的组合时，原七叶皂苷元产量达到 1294.73 μg/g DW；关键糖基化中间体七叶树皂苷 B 的最高积累量达到 6123.06 μg/g；整合 AcUGT94AK3 与 AcBAHD17 的组合获得最高七叶皂苷 Ia 产量，为 122.55 μg/g DW。
研究价值
这项研究完整打通了七叶皂苷 Ia 从基础骨架、多位点羟基化、分支糖链延伸到末端酰基化的生物合成路线，并将酶功能验证推进到近天然细胞环境中的全路径重构。新发现的酶元件也为后续组合生物合成、结构类似物创制及微生物底盘转移提供了资源。
从复杂植物提取物中的目标发现，到同分异构体的精细辨识，再到异源体系中不同基因组合的产量比较，安捷伦 LC-QTOF、LC-IM-QTOF 与 LC-TQ 质谱平台共同支撑了贯穿研究全流程的分析闭环。高分辨定性、气相离子分离与高灵敏靶向定量的协同，为天然产物合成生物学提供了可复用的技术范式。
参考文献
[1] Wan H, Zhang M, Gao R, et al. Complete biosynthesis of the clinical agent escin Ia. Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-76851-3.
[2] Sun W, Yin Q, Wan H, et al. Characterization of the horse chestnut genome reveals the evolution of aescin and aesculin biosynthesis. Nature Communications, 2023, 14: 6470.
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