2026年8月20日，成都中医药大学本草基因组学团队联合中国中医科学院中药研究所孙伟团队、东北林业大学徐志超团队，在《Nature Communications》发表题为“Complete Biosynthesis of the Clinical Agent Escin Ia”的研究论文。成都中医药大学本草基因组学研究院陈士林院士为该论文共同通讯作者。

该研究聚焦中药材娑罗子中的临床活性成分七叶皂苷Ia，综合运用多组学分析、酶学验证和烟草瞬时表达等技术手段，系统解析了七叶皂苷Ia的完整生物合成途径。研究成果为深入认识娑罗子的药效物质基础及其生物合成机制提供了重要依据，对娑罗子药用价值的开发与利用具有重要意义。

研究背景

七叶皂苷Ia（1）是七叶树种子中的核心药用成分，具有显著的抗炎、抗水肿及改善静脉功能不全等药理活性，已广泛应用于脑水肿、创伤性肿胀及静脉功能不全等相关疾病的治疗。然而，七叶树生长周期较长、结实存在不稳定性，加之七叶皂苷Ia结构复杂、化学全合成难度极高，其原料供应长期面临瓶颈。2023年，研究团队在《Nature Communications》发表研究，首次解析了七叶皂苷Ia生物合成途径中的5个关键酶，但完整生物合成路径仍存在多个关键环节尚未阐明，尤其是多位点羟基化、分支糖链组装及末端酰基化修饰等反应的催化机制仍有待破解。

主要发现

研究团队首先对七叶树5个不同组织开展转录组分析，并结合WGCNA构建基因共表达网络，锁定了与七叶皂苷Ia积累高度相关的种子特异性共表达模块，进一步从中筛选出多个候选P450、UGT、CCL和BAHD基因，为完整生物合成途径的解析奠定了基础。在此基础上，团队重点解析了七叶皂苷Ia骨架形成过程中多位点羟基化修饰的分子机制。研究发现，AcCYP716BX1与AcCYP716BX2为一对同源基因，核酸序列一致性达89.80%，且均在种子中特异性高表达。烟草瞬时表达实验表明，两者均可催化β-香树脂醇发生C-22及C-28位氧化，分别生成22α-羟基-高根二醇（7）和22α-羟基-齐墩果酸（8）。进一步引入C-21β羟化酶AcCYP716A278后，可生成21β,22α-二羟基-高根二醇（10）；联合表达C-16α羟化酶AcCYP716A275，则可进一步合成玉蕊皂苷元C（11）。通过对“turquoise”共表达模块中其他P450成员进行系统筛选，研究团队最终鉴定出AcCYP714E67，可特异性催化玉蕊皂苷元C的C-24位羟基化，从而形成原七叶皂苷元。由此，团队系统解析了从β-香树脂醇经多步氧化修饰形成原七叶皂苷元的连续生物合成过程。随后，研究进一步揭示了七叶皂苷Ia复杂糖链的组装机制。AcUGT94AK1/3/6与AcUGT87AZ3协同作用，完成C-3位分支三糖链的逐步构建，并明确了不同糖基化反应的先后顺序及其分子基础。在末端酰基化修饰阶段，研究发现AcCCL3可催化生成惕各酰-CoA（tigloyl-CoA），随后由AcBAHD13/17和AcBAHD6协同催化关键酰基化反应，最终完成七叶皂苷Ia特征性结构的构建。

异源合成与意义

通过将相关基因模块导入本氏烟草，研究团队首次在异源宿主中实现了七叶皂苷Ia的完整重构，并将目标产物积累量提升至122.55 µg/g。至此，研究共鉴定出10个关键酶，完整打通了七叶皂苷Ia从前体到终产物的生物合成通路。该成果不仅为娑罗子活性成分的绿色制造提供了新策略，也为复杂三萜皂苷类天然产物的生物合成研究提供了可借鉴范式。

结束语

本项目得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国中医科学院科技创新工程等基金等资助，中国中医科学院中药研究所孙伟研究员、东北林业大学徐志超教授和成都中医药大学陈士林院士为共同通讯作者，中国中医科学院中药研究所万会花副研究员、张莫凡博士、高冉冉副研究员和解雪华博士后为共同第一作者。

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76851-3

（图、文 / 创新研究院）