砧木评价与改良岗位

  摘要：白藜芦醇基二苯乙烯类物质是葡萄属植物特有的一类酚类次生代谢物，兼具植物防御功能与多重生物活性，在医药、化妆品及营养保健领域具有极高应用价值。其生物合成以苯丙氨酸为起始前体，经一系列酶促反应生成核心单体白藜芦醇，再通过多种修饰酶的催化作用形成结构多样、功能各异的衍生物。本文系统综述了葡萄属植物中参与白藜芦醇基二苯乙烯合成的关键酶类，包括其分类、催化机制及调控特性，并对该领域的研究前景进行展望，为利用生物技术定向生产二苯乙烯类物质提供理论支撑。

  一、白藜芦醇及其衍生物的生物学意义

  反式白藜芦醇（3,4,5 - 三羟基反式二苯乙烯）是二苯乙烯家族的核心单体，广泛存在于葡萄、花生、虎杖等 70 余种植物中，最早于 1939 年从藜芦中被分离鉴定。在葡萄属植物中，白藜芦醇及其衍生物是重要的植保素，主要在生物胁迫（如霜霉菌、灰霉菌侵染）和非生物胁迫（如紫外辐射、水分亏缺）下合成，可通过形成二聚体（ε- 紫檀芪、δ- 紫檀芪、拉布鲁斯醇）、三聚体（α- 紫檀芪）、四聚体（葡萄素 A、B）等寡聚物增强植物防御能力。例如，ε- 紫檀芪和 δ- 紫檀芪是葡萄应对霜霉病的关键抗性物质，而拉布鲁斯醇则在茉莉酸甲酯（MeJA）与环糊精（CDs）诱导的康科德葡萄细胞中被检测到。

  从生物活性来看，反式白藜芦醇异构体的活性显著高于顺式异构体，具有神经保护、抗癌、抗炎及抗氧化等多效性。但其低生物利用度、稳定性差、水溶性低及光敏感性等缺陷限制了应用。相比之下，白藜芦醇衍生物展现出更优的活性与适用性：二聚体 ε- 紫檀芪和 δ- 紫檀芪的抗肿瘤、抗炎及神经保护活性显著优于单体；四聚体葡萄素 A、B 可改善东莨菪碱诱导的认知障碍；紫檀芪（甲基化衍生物）的抗炎活性高于白藜芦醇，而云杉新苷（糖基化衍生物）则具备抗炎与抗血小板聚集功能；白皮杉醇（羟基化衍生物）因额外酚羟基的存在，其抗氧化活性与生物利用度大幅提升。

  二、白藜芦醇及其衍生物的生物合成途径

  葡萄属植物中白藜芦醇的生物合成始于苯丙烷代谢途径：苯丙氨酸在苯丙氨酸解氨酶（PAL）催化下生成肉桂酸，经肉桂酸 4 - 羟化酶（C4H）转化为对香豆酸，再由 4 - 香豆酸辅酶 A 连接酶（4CL）生成香豆酰辅酶 A；香豆酰辅酶 A 与 3 分子丙二酰辅酶 A 在二苯乙烯合酶（STS）作用下缩合形成白藜芦醇，而若经查尔酮合酶（CHS）催化则生成黄酮类前体查尔酮，由此构成苯丙烷途径的分支调控节点。

  白藜芦醇骨架形成后，可通过糖基转移酶、甲基转移酶、羟化酶的修饰作用及过氧化物酶的寡聚化作用，生成糖基化（云杉新苷、白藜芦醇苷）、甲基化（紫檀芪）、羟基化（白皮杉醇）及寡聚化（各类紫檀芪低聚物）等衍生物，从而实现结构与功能的多样化。

  三、白藜芦醇基二苯乙烯合成关键酶类

  （一）过氧化物酶与白藜芦醇寡聚化

  过氧化物酶是一类广泛存在于动植物及微生物中的氧化还原酶超家族，植物来源的 Ⅲ 类过氧化物酶（POX，EC 1.11.1.7）多定位于细胞壁、外质体或液泡，属于病程相关（PR）蛋白 PR-9 家族，可响应生物与非生物胁迫。该类酶对底物无严格特异性，能以 H₂O₂为氧化剂催化白藜芦醇发生自由基偶联，形成不同类型的寡聚物。

  早期研究证实，辣根过氧化物酶（HRP）可体外催化白藜芦醇生成 δ- 紫檀芪、苍白醇等二聚体及葡萄素类四聚体。在葡萄属植物中，已鉴定出 10 种可利用白藜芦醇为底物的过氧化物酶：从 Pollux 113 葡萄细胞中分离的过氧化物酶 A 可催化生成 ε- 紫檀芪；Gamay Rouge 葡萄的碱性过氧化物酶 B5 能氧化白藜芦醇但产物未明确；而 Campbell Early 葡萄中的 VlPRX21 和 VlPRX35 对紫白藜芦醇的生物转化率可达 46% 和 41.44%，具有较高底物特异性。

  过氧化物酶催化的寡聚化过程依赖自由基耦合机制：白藜芦醇酚羟基氧化后产生 6 个自由基位点，通过 3-8'、8-8' 等不同位点的耦合及后续分子内重排，形成不同结构的二聚体。例如，3-8' 耦合经 oxa-Michael 加成与重芳构化生成 δ- 紫檀芪，8-8' 耦合则通过 Friedel-Crafts 反应形成苍白醇。此外，pH 等环境因素可调控产物类型，而三聚体与四聚体的形成则可能由二聚体自由基与白藜芦醇自由基进一步缩合而成，但相关葡萄源酶的催化机制尚未完全阐明。

  （二）漆酶与白藜芦醇二聚化

  漆酶（EC 1.10.3.2）属于含铜多酚氧化酶家族，可利用氧气氧化酚类底物并生成水，广泛分布于植物、真菌及原核生物中。真菌漆酶对二苯乙烯的催化作用已得到充分验证：葡萄孢菌漆酶可将白藜芦醇转化为 δ- 紫檀芪，灰树花漆酶则能生成苍白醇、浸出醇 F 等二聚体。

  在葡萄属植物中，已鉴定出 29 个漆酶编码基因，多数定位于细胞外，但植物漆酶参与白藜芦醇寡聚化的直接证据尚未发现。推测部分胞外漆酶可能与过氧化物酶协同作用，参与胁迫响应下的二苯乙烯二聚体合成，其异源表达与功能验证将是该领域的研究重点。

  （三）糖基转移酶与糖基化衍生物合成

  糖基转移酶（GTs）可催化糖基从活化供体转移至受体分子，植物中 UDP - 依赖型糖基转移酶（UGTs）多属于 GT1 家族，含保守的 PSPG 结构域，其催化的糖基化可调控代谢物的稳定性、溶解度及亚细胞定位。在葡萄中，糖基化白藜芦醇衍生物（反式白藜芦醇苷、云杉新苷）是白藜芦醇的储存形式，可在病原体侵染时释放活化。

  目前已鉴定出 2 个可催化白藜芦醇糖基化的 UGTs：从葡萄果实中分离的 VLRSgt 可生成白藜芦醇 - 3-O - 葡萄糖苷（白藜芦醇苷）；VvUGT72B27 则具有双功能，能同时合成白藜芦醇苷与白藜芦醇 - 4-O - 葡萄糖苷。此外，VaGlu1 基因的表达与白藜芦醇苷积累呈正相关，但其编码酶的体外活性尚未验证。值得注意的是，葡萄基因组含 240 个 UGTs 基因，不同酶的底物特异性可能受实验条件与底物可用性影响，且糖基化过程可能与黄酮类物质合成存在协同调控，如 MYB14/15 转录因子可同时调控 STS 基因与糖基转移酶基因的表达。

  （四）羟化酶与羟基化衍生物合成

  羟化酶主要为细胞色素 P450 家族（CYP450），是植物次生代谢物多样化的关键酶类，可通过引入羟基改变分子的化学性质与生物活性。葡萄中的羟基化二苯乙烯衍生物以白皮杉醇为代表，其在赭曲霉侵染的果实中积累，兼具抗真菌活性与高药理价值。

  白皮杉醇的生物合成推测依赖白藜芦醇 3'- 羟化酶的催化，但该酶尚未在葡萄中被鉴定。异源体系研究显示，大肠杆菌的非 P450 羟化酶 HpaBC 可高效催化白藜芦醇生成白皮杉醇，产量达 1.2 g/L，为植物源羟化酶的功能验证提供了参照。此外，云杉新苷等羟基化 - 糖基化双修饰产物的合成路径存在两种假说：先糖基化后羟基化或先羟基化后糖基化，其具体机制仍需进一步验证。

  （五）甲基转移酶与甲基化衍生物合成

  O - 甲基转移酶（OMTs）以 S - 腺苷甲硫氨酸（SAM）为甲基供体，催化底物发生 O - 甲基化，可分为依赖 Mg²⁺的 CCoAOMT 型与非依赖 Mg²⁺的 COMT 型。葡萄中的紫檀芪是典型的甲基化衍生物，其抗真菌活性为白藜芦醇的 5 倍，是葡萄应对真菌病害的高效植保素，但天然含量极低。

  赤霞珠葡萄中的白藜芦醇 O - 甲基转移酶（VvROMT）是催化该反应的关键酶，可响应紫外、AlCl₃胁迫及霜霉菌侵染，定向生成紫檀芪。在异源生物合成体系中，VvROMT 基因在酵母与细菌中的表达可实现 150-170 mg/L 的紫檀芪产量，其突变体还能合成新型衍生物 3 - 甲氧基白藜芦醇，为甲基化二苯乙烯的规模化生产提供了技术路径。

  四、总结与展望

  目前在葡萄属植物中已鉴定出 13 种可利用白藜芦醇为底物的酶，包括 10 种过氧化物酶、2 种 UGTs 及 1 种 OMT，这些酶共同驱动了白藜芦醇基二苯乙烯的结构多样化。但该领域仍存在诸多研究缺口：植物漆酶的寡聚化功能尚未证实，糖基转移酶的底物特异性与调控网络需深入解析，羟化酶的基因鉴定与催化机制亟待突破，且三聚体、四聚体等高分子量寡聚物的合成酶系仍不明确。

  未来研究可借助 CRISPR/Cas9 等基因编辑技术验证酶的体内功能，结合细胞培养体系与激发子诱导策略，实现目标衍生物的定向积累；同时，异源表达体系的优化与酶分子改造将为二苯乙烯类物质的工业化生产提供核心支撑，推动其在医药与农业领域的广泛应用。