在大自然的宝库中，黄酮类化合物宛如璀璨的明珠，闪耀着独特的光芒。其中，芹菜素（apigenin）和阿卡汀（acacetin）更是以其卓越的抗氧化、抗炎和抗癌活性，成为科研人员和健康领域专家们追逐的焦点。它们在预防慢性疾病、延缓衰老等方面展现出巨大潜力，堪称天然的“健康卫士”。然而，这些珍贵的化合物在植物中的含量极低，提取过程复杂且成本高昂，犹如在浩瀚大海中捞取珍宝，难以满足市场对它们的渴望。

为突破这一瓶颈，科学家们将目光投向了解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）。这是一种极具工业潜力的酵母菌株，它拥有强大的代谢能力，能够高效地将简单的碳源转化为复杂的有机化合物。在生物工程领域，它已被成功用于生产多种化学品，展现出巨大的应用前景。如果能让这种酵母菌株成为芹菜素和阿卡汀的“生产工厂”，无疑将为黄酮类化合物的规模化生产开辟一条新路径。于是，一场关于微生物代谢工程的探索之旅就此展开，旨在通过精准的基因改造和代谢优化，让解脂耶氏酵母成为黄酮类化合物生产的“超级英雄”，为人类健康事业贡献一份力量。

2025年5月30日，韩国首尔国立大学Ji Sook Hahn团队在Journal of Agricultural and Food Chemistry发表题为“Metabolic Engineering of Yarrowia lipolytica for Enhanced Production of Naringenin-Derived Flavonoids: Apigenin and Acacetin”的研究性论文。该研究通过代谢工程改造解脂耶氏酵母，成功实现了芹菜素和阿卡汀的高效合成，为黄酮类化合物的规模化生产提供了创新思路，也为利用微生物生产天然产物开辟了新途径。

图1 文献基本信息

在本研究中，研究人员首先对解脂耶氏酵母的代谢途径进行了深入分析和系统改造。为了增强从酪氨酸合成柚皮素的途径，他们引入了四个关键的外源基因，这些基因分别编码参与黄酮类化合物生物合成的关键酶。通过优化酪氨酸途径的通量，研究人员成功地提高了柚皮素的合成效率。此外，他们还通过基因敲除技术消除了竞争性的对羟基苯丙酸途径，进一步减少了代谢分流，使更多的代谢通量流向目标产物。为了增加丙二酰辅酶A（Malonyl-CoA）的可用性，研究人员下调了脂肪酸合成酶1（FAS1）基因的表达，这一策略有效地将原本用于脂肪酸合成的代谢中间体重新引导至黄酮类化合物的合成途径。同时，通过过表达转酮醇酶1（TKL1）基因，研究人员提高了赤藓糖-4-磷酸的水平，为黄酮类化合物的合成提供了更多的前体物质。这些基因层面的优化措施，为后续的高效生产奠定了坚实的基础。

在基因整合方面，研究人员巧妙地将编码黄酮合成酶和黄酮4'-O-甲基转移酶的基因整合到解脂耶氏酵母的基因组中。黄酮合成酶负责将柚皮素转化为芹菜素，而黄酮4'-O-甲基转移酶则进一步将芹菜素转化为阿卡汀。这种基因整合策略不仅确保了目标酶的稳定表达，还通过基因组的优化整合，减少了基因表达的负担，提高了整个生物合成系统的稳定性。通过这些精细的代谢工程改造，研究人员成功地构建了一个能够高效合成芹菜素和阿卡汀的解脂耶氏酵母工程菌株。

在完成代谢途径改造和基因优化后，研究人员将重点转向发酵过程的优化，以进一步提高目标产物的产量。他们首先对发酵条件进行了系统优化，包括碳氮比的调整、温度和pH值的控制等。通过实验发现，当碳氮比达到最佳比例时，酵母的生长和代谢活动达到了最佳状态，黄酮类化合物的合成效率显著提高。此外，研究人员还采用了补料批培养的方式，这种培养策略可以根据酵母的生长和代谢需求，动态地补充营养物质，确保酵母在整个发酵过程中始终保持高效的代谢状态。通过补料批培养，研究人员成功地将阿卡汀的产量提高到了1.10 g/L，这一产量是迄今为止在微生物系统中报道的最高滴度，标志着解脂耶氏酵母在黄酮类化合物生产方面取得了重大突破。

此外，研究人员还对发酵过程中的其他关键参数进行了优化，例如搅拌速度和通气量。通过精确控制这些参数，研究人员进一步提高了酵母的氧气传递效率和混合效果，为酵母的生长和代谢提供了更加良好的环境。这些优化措施不仅提高了目标产物的产量，还显著缩短了发酵周期，降低了生产成本。最终，通过一系列的代谢工程改造和发酵优化措施，研究人员成功地将解脂耶氏酵母打造成了一个高效的黄酮类化合物生产平台，为未来大规模生产芹菜素和阿卡汀提供了可行的技术方案。

柚皮素，芹菜素和金合欢素的生物合成途径示意图

本研究成功地将解脂耶氏酵母改造为一个高效的黄酮类化合物生产平台，不仅提高了芹菜素和阿卡汀的产量，还展示了该酵母在生物合成复杂天然产物方面的巨大潜力。这一成果为未来利用微生物生产高价值天然产物提供了新的思路和方法，有望推动相关产业的发展。

该研究为其他天然产物的微生物生产提供了宝贵的经验和启示。首先，通过深入理解目标化合物的生物合成途径，可以有针对性地进行代谢工程改造，提高目标产物的产量。其次，发酵条件的优化对于提高产量同样至关重要，通过调整碳氮比等参数，可以进一步提升微生物的生产能力。此外，解脂耶氏酵母作为一种具有工业应用潜力的宿主，其在生物合成领域的应用前景值得进一步探索。

参考文献：

Nahye Park, Yangsub Ham, Seungwoo Cha, et al. Metabolic Engineering of Yarrowia lipolytica for Enhanced Production of Naringenin-Derived Flavonoids: Apigenin and Acacetin. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2025,73,14420-14431. DOI: 10.1021/acs.jafc.5c02857.