樟芝菌丝体安卓奎诺尔生物合成的调控机理研究

Antrodia camphorata is an extremely valuable medicinal mushroom unique in Taiwan. Antroquinonol, which is a characteristic metabolite of A. camphorata, has shown great anticancer effect. Our primary results have shown that Antroquinonol could only be produced in solid-state fermentation but not in submerged fermentation. Moreover, the addition of precursor coenzyme Q0 stimulated the biosynthesis of Antroquinonol in submerged fermentation of A. camphorata. However, the underlying mechanisms are still unknown. By using the differential proteomic analysis, this project will clarify the differential expression of key enzymes in Antroquinonol biosynthesis between solid-state fermentation and submerged fermentation of A. camphorata. The effects of different precursors will be also systematically investigated to identify the key factors on the Antroquinonol biosynthesis in submerged fermentation of A. camphorata. Based on the results, the metabolic regulation mechanisms on Antroquinonol biosynthesis could be understand in terms of molecular level. This project could provide the rationale of Antroquinonol biosynthesis by mycelia of A. camphorata in solid-state fermentation and submerged fermentation. It is of important significance for reducing the differences between the wild fruiting body and artificial cultivation of A. camphorata with regard to the kinds of characteristic metabolites and medical effectiveness by metabolic regulation.

樟芝是我国台湾地区特有的珍贵药用真菌品种，安卓奎诺尔是樟芝的特征代谢产物之一，具有显著的抗癌活性，目前已进入FDA二期临床实验。本课题组前期的研究发现安卓奎诺尔只能在固态发酵中而无法在液态发酵中合成，而加入前体物质辅酶Q0时，能促使樟芝菌丝体合成安卓奎诺尔，然而其内在机理尚不清楚。 本项目将通过差异蛋白质组分析，阐明固态发酵和液态发酵中樟芝菌丝体安卓奎诺尔生物合成途径相关的关键酶的表达差异，通过系统研究前体物质对樟芝液态发酵中安卓奎诺尔生物合成的影响，阐明樟芝液态发酵安卓奎诺尔合成途径中的关键调控因子，并结合差异蛋白质组研究，从分子水平阐明樟芝菌丝体中安卓奎诺尔生物合成的内在调控机理。因此，本项目的研究可望奠定樟芝菌丝体中安卓奎诺尔生物合成的理论基础，对于通过代谢调控缩小人工培养获得的樟芝菌丝体在成分和功效上与野生樟芝子实体之间存在的差异具有重要的研究意义。

该项目“樟芝菌丝体安卓奎诺尔生物合成的调控机理研究”（项目批准号：21306065）主要针对樟芝的特征代谢产物安卓奎诺尔（Antroquinonol）只能在固态发酵中而无法在液态发酵中合成的问题，通过系统研究前体物质和效应物对樟芝液态发酵中Antroquinonol生物合成的影响，阐明樟芝液态发酵Antroquinonol合成途径中的关键调控因子。.研究发现在液态发酵体系中添加前体物质时，可有效促进Antroquinonol的合成，为了进一步阐明添加前体物质的促进机制，对有无添加辅酶Q0的樟芝菌丝体进行了差异蛋白质组研究。其中上调蛋白主要通过促进甲基的转移以及对樟芝菌丝体的生长进行刺激来促使Antroquinonol的合成，下调蛋白主要是樟芝菌丝体内TCA循环的关键酶，这些蛋白的表达量降低促使TCA循环过程的中间产物用于Antroquinonol的合成。项目还深入研究了不同效应物对樟芝液态发酵合成Antroquinonol的影响。结果表明，植物油对于樟芝液态发酵的菌体量和Antroquinonol的合成的效果最佳，相关的机理研究表明植物油主要是通过促进氧传递、改变细胞膜通透性以及萃取胞内代谢产物来促进Antroquinonol的合成。在此基础上，对Antroquinonol合成的液态发酵条件进行优化，最终Antroquinonol的产量可以达到175.34 mg/L，是目前已有报告中的最高水平。.本研究不仅从分子水平阐明樟芝菌丝体中抗癌物质Antroquinonol生物合成的内在调控机理，还发现樟芝液态发酵过程能够合成另一种具有显著生理活性的代谢产物Antrodin C, 因此本研究拓展到Antrodin C相关的发酵和生物合成方面，通过建立双液相发酵体系，以及对其补糖分批发酵进行pH两阶段调控，最终使Antrodin C的浓度提高到1549.06 mg/L，这对于通过代谢调控缩小人工培养获得的樟芝菌丝体在成分和功效上与野生樟芝子实体之间存在的差异具有重要的研究意义。