简介
迄今为止，硫酸软骨素A的工业生产依然采用的是组织提取的方式进行，提取过程繁琐，而且难以得到结构均一的产物。近年来随着合成生物学、代谢工程、基因工程及工程化拼接组装技术的发展日益完善，研究者们可以自由方便地设计代谢合成路径，在细胞内进行目标产物的精准合成。由于组织提取硫酸软骨素A的弊端，近年来研究人员通过微生物细胞开展了一系列的研究，期望通过微生物细胞工厂的模式实现硫酸软骨素A的合成。硫酸软骨素A是由软骨素（Chondroitin）通过磺基转移酶的催化，在特定位点添加磺酸基团修饰所得到。其中磺酸基团的直接供体是PAPS（3'-phosphoadenosine-5'-phosphosulfate）。因此为了实现硫酸软骨素A的合成首先需要解决其前体—软骨素的合成，其次是提供PAPS及磺基转移酶的活性表达[1]。
硫酸软骨素A的性状
生物合成研究进展
硫酸软骨素A广泛分布在脊椎动物结缔组织的细胞表面和胞外基质，其合成过程主要集中于内质网和高尔基体，合成过程大致可以分为三个阶段：四糖连接域的合成、糖链骨架的延伸与磺酸化修饰。在动物细胞中，糖链通过四糖连接域结构（β-D-GlcA-1→3-β-D-Gal-1→3-β-D-Gal-1→4-β-D-Xyl）连接到核心蛋白的丝氨酸上，形成蛋白聚糖的形。
四糖结构域是硫酸软骨素A合成的前提，其合成起始于内质网中。首先由木糖转移酶（XylT）催化UDP-木糖（UDP-Xyl），将Xyl转移至核心蛋白丝氨酸上；然后经过两个半乳糖转移酶（GalT-I和GalT-II）的催化，两个半乳糖（Gal）被依次连接到Xyl上；最后，通过葡萄糖醛酸转移酶I（GlcAT-I）的作用，GlcA被连到Gal，至此完成了四糖结构域的合成过程。然后连接有该四糖连接域的核心蛋白被转移至高尔基体中，在高尔基体中主要进行糖链的延伸聚合和后修饰过程。在葡萄糖醛酸转移酶II（GlcAT-II）和N-乙酰半乳糖胺转移酶II（GalNAcT-II）的顺序催化作用下，二糖单元GlcA和GalNAc依次通过β-1,3和β-1,4糖苷键连接延伸，形成软骨素骨架。在软骨素骨架聚合延伸的过程中，不同类型的磺基转移酶，比如软骨素-4-O-磺基转移酶（Chondroitin-4-O-sulfotransferase，C4ST）、软骨素-6-O-磺基转移酶（Chondroitin-6-O-sulfotransferase，C6ST）及尿苷-2-磺基转移酶（Uronyl-2-O-sulfotransferase，U2ST）等以PAPS为磺酸基供体，将磺酸基团转移至糖链特定位点进行修饰，催化形成不同构型和磺酸化度的硫酸软骨素A。磺酸化位点一般发生在GlcA的C-2位，GalNAc的C4/C6位，不同物种或者不同组织部位中，硫酸软骨素A的磺酸化类型、磺酸化水平及分子量大小都存在差异，这造成了采用动物组织提取硫酸软骨素A获取的产物结构不均一的问题，对其后续的研究造成了一定的阻碍[1]。
参考文献
[1] 金学荣. 硫酸软骨素A生物合成体系构建与优化[D]. 江南大学, 2021. DOI:10.27169/d.cnki.gwqgu.2021.001905.