增效“伴侣” | 天津科技大学王敏组揭示环糊精对甾醇代谢途径的影响

景杰学术 | 报道

植物甾醇是大豆油生产的低成本副产物。由于其在分枝杆菌中良好的生物利用度，因此优选作为通过新金色分枝杆菌进行生物转化生产类固醇药物的底物。然而，由于植物甾醇的低水溶性（低于0.1 mmol/L），通常将环糊精（CD）用作将疏水性类固醇递送至细菌的有效载体，以改善类固醇的生物转化。然而，对环糊精在微生物细胞介导的多酶连续催化反应中的复杂作用机制，仍缺乏充分的认识。

近日，天津科技大学生物工程学院王敏教授和申雁冰副教授团队在国际著名期刊Applied and Environmental Microbiology以封面文章的形式发表“The sterol carrier hydroxypropyl-β-cyclodextrinenhances metabolism of phytosterols by Mycobacterium neoaurum”，该论文主要探究了羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）对新金色分枝杆菌（M. neoaurum）甾醇代谢途径的影响，揭示了HP-β-CD对甾醇代谢调控的复杂机制。第一作者为苏立秋博士。景杰生物为该研究提供蛋白质组学检测服务。

研究首先证明了HP-CD可以促进植物甾醇的生物转化，并减轻甾醇产物的细胞毒性。为了进一步阐明由于添加HP-CD和植物甾醇而引起的代谢变化，研究人员使用TMT标记定量蛋白质组学的方法（质谱策略），探究了在M培养基、MC（M培养基+HP-CD）、MP（M培养基+植物甾醇）和MPC（M培养基+植物甾醇+HP-CD）培养基中培养的M. neoaurum M3C2的蛋白质组（样本策略）。结果表明，在不含植物甾醇的情况下，HP-CD对菌株的蛋白质表达影响非常小，当两者同时存在时，会显著影响其蛋白表达。HP-CD上调了参与类固醇代谢的大多数蛋白质的表达，从而增强了植物甾醇的生物转化能力并改变了M.neoaurum M3C2的产物比例。

该研究进一步提出了CD影响植物甾醇分解代谢机理的假设。由于CD具有相对较高的分子量和较低的辛醇-水分配系数，当CD分子上存在多个氢供体和受体时，亲脂性生物膜不太可能直接渗透CD从而影响细胞内酶表达。但CD同时也是具有亲水性外表面和亲脂性中心腔的环状低聚糖，它们可以与固醇形成包涵体，从而增加了疏水性固醇在水溶液中的溶解度。在HP-CD的存在下，更多的底物可以溶解并进入细胞，从而增强底物对与固醇代谢途径相关的蛋白质表达的诱导作用（图2）。

图1 CD影响植物甾醇分解代谢机理的假设

蛋白质组分析是检测代谢途径紊乱的一种高效方法，有利于对机体中蛋白质调控机制进行系统而全面的研究。研究结果表明，HP-β-CD可以促进M.neoaurum对底物植物甾醇的分解代谢，抑制葡萄糖代谢系统，同时还可减轻代谢产物雄烯二酮对分枝杆菌电子传递链的抑制作用。这一复杂机制的阐明为微生物催化反应中环糊精类超分子介质系统的构建和应用提供了理论与方法指导。

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