簡介

迄今為止，硫酸軟骨素A的工業(yè)生產依然采用的是組織提取的方式進行，提取過程繁瑣，而且難以得到結構均一的產物。近年來隨著合成生物學、代謝工程、基因工程及工程化拼接組裝技術的發(fā)展日益完善，研究者們可以自由方便地設計代謝合成路徑，在細胞內進行目標產物的精準合成。由于組織提取硫酸軟骨素A的弊端，近年來研究人員通過微生物細胞開展了一系列的研究，期望通過微生物細胞工廠的模式實現硫酸軟骨素A的合成。硫酸軟骨素A是由軟骨素（Chondroitin）通過磺基轉移酶的催化，在特定位點添加磺酸基團修飾所得到。其中磺酸基團的直接供體是PAPS（3'-phosphoadenosine-5'-phosphosulfate）。因此為了實現硫酸軟骨素A的合成首先需要解決其前體—軟骨素的合成，其次是提供PAPS及磺基轉移酶的活性表達[1]。

硫酸軟骨素A的性狀

生物合成研究進展

硫酸軟骨素A廣泛分布在脊椎動物結締組織的細胞表面和胞外基質，其合成過程主要集中于內質網和高爾基體，合成過程大致可以分為三個階段：四糖連接域的合成、糖鏈骨架的延伸與磺酸化修飾。在動物細胞中，糖鏈通過四糖連接域結構（β-D-GlcA-1→3-β-D-Gal-1→3-β-D-Gal-1→4-β-D-Xyl）連接到核心蛋白的絲氨酸上，形成蛋白聚糖的形。

四糖結構域是硫酸軟骨素A合成的前提，其合成起始于內質網中。首先由木糖轉移酶（XylT）催化UDP-木糖（UDP-Xyl），將Xyl轉移至核心蛋白絲氨酸上；然后經過兩個半乳糖轉移酶（GalT-I和GalT-II）的催化，兩個半乳糖（Gal）被依次連接到Xyl上；最后，通過葡萄糖醛酸轉移酶I（GlcAT-I）的作用，GlcA被連到Gal，至此完成了四糖結構域的合成過程。然后連接有該四糖連接域的核心蛋白被轉移至高爾基體中，在高爾基體中主要進行糖鏈的延伸聚合和后修飾過程。在葡萄糖醛酸轉移酶II（GlcAT-II）和N-乙酰半乳糖胺轉移酶II（GalNAcT-II）的順序催化作用下，二糖單元GlcA和GalNAc依次通過β-1,3和β-1,4糖苷鍵連接延伸，形成軟骨素骨架。在軟骨素骨架聚合延伸的過程中，不同類型的磺基轉移酶，比如軟骨素-4-O-磺基轉移酶（Chondroitin-4-O-sulfotransferase，C4ST）、軟骨素-6-O-磺基轉移酶（Chondroitin-6-O-sulfotransferase，C6ST）及尿苷-2-磺基轉移酶（Uronyl-2-O-sulfotransferase，U2ST）等以PAPS為磺酸基供體，將磺酸基團轉移至糖鏈特定位點進行修飾，催化形成不同構型和磺酸化度的硫酸軟骨素A?；撬峄稽c一般發(fā)生在GlcA的C-2位，GalNAc的C4/C6位，不同物種或者不同組織部位中，硫酸軟骨素A的磺酸化類型、磺酸化水平及分子量大小都存在差異，這造成了采用動物組織提取硫酸軟骨素A獲取的產物結構不均一的問題，對其后續(xù)的研究造成了一定的阻礙[1]。

參考文獻

[1] 金學榮. 硫酸軟骨素A生物合成體系構建與優(yōu)化[D]. 江南大學, 2021. DOI:10.27169/d.cnki.gwqgu.2021.001905.