棘皮動物缺乏適應(yīng)性免疫，因此在惡劣的底棲環(huán)境中生長和生存完全依賴于先天的免疫。作為這種先天免疫的一部分，軟體移動緩慢的棘皮動物，如海參和海星，會產(chǎn)生特殊的代謝產(chǎn)物皂甙，即糖基化類固醇和三萜，對潛在的襲擊者進(jìn)行化學(xué)防御。相比之下，其近親海膽受到棘的保護(hù)，不產(chǎn)生此類化合物。
圖片來源：Nat. Chem. Biol.
海參是南亞的一種美食，其提取物（其中皂甙是重要的生物活性成分）具有很高的藥用價值。目前，海參養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)已達(dá)到數(shù)百萬美元規(guī)模。當(dāng)海參受到威脅時，作為第一道防線，它們會排出粘性絲狀物居維氏管(Cuvierian tubules)，這些絲狀物會纏住敵人并使其無法活動，被固定的敵人最終死于居維氏管中的皂甙。除了防御外，皂甙在海洋生物中還有其他生物功能，包括繁殖、產(chǎn)卵和與共生體的化學(xué)通訊。許多動物使用毒素作為化學(xué)防御。這些保護(hù)性化合物通常從食物中分離或由內(nèi)共生體產(chǎn)生。相比之下，棘皮動物是自行生物合成化學(xué)防御性抗真菌毒素—皂甙。盡管海參皂甙在生物學(xué)和商業(yè)上具有重要意義，但這些化合物的生物合成途徑以及它們在海洋動物中的進(jìn)化方式尚不清楚。
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有鑒于此，John Innes Centre的Anne Osbourn及其合作者利用基因組挖掘從海星（Ss）、海膽（Su）和海參（Sc）中鑒定候選過氧化角鯊烯環(huán)化酶（OSCs）羊毛甾醇合酶（LSSs）基因，通過在酵母中的異源表達(dá)對其進(jìn)行功能表征，并確定其產(chǎn)物特異性。
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研究表明，海星皂甙為甾醇，而海參皂甙為三萜。動物體內(nèi)的甾醇生物合成涉及2,3-氧化角鯊烯通過氧化角鯊烯環(huán)化酶（OSC）羊毛甾醇合酶（LSS）環(huán)化為羊毛甾醇。海參雖然缺乏LSSs，但通過兩個不同的OSCs能夠產(chǎn)生三萜皂苷，并且可能通過基因復(fù)制和新功能化從祖先LSSs進(jìn)化而來。此外，還進(jìn)一步研究了兩種不同的非LSS的OSC在海參中可能的生物學(xué)作用。
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總之，該研究深入了解了海參中三萜的生物合成機制，以及三萜生物合成與產(chǎn)生不尋常甾醇的能力的共同進(jìn)化，這些甾醇具有抗皂甙性，因此可能對其自身中毒提供保護(hù)。
參考文獻(xiàn)：Biosynthesis of saponin defensive compounds in sea cucumbers
Nature Chemical Biology 18, 774-781 (2022)
原文作者：Ramesha Thimmappa?, Shi Wang, Minyan Zheng, Rajesh Chandra Misra, Ancheng C. Huang, Gerhard Saalbach, Yaqing Chang, Zunchun Zhou, Veronica Hinman, Zhenmin Bao and Anne Osbourn?
