1.天然产物概述

天然产物是指动物、植物提取物（简称植提）或昆虫、海洋生物和微生物体内的组成成分或其代谢产物以及人和动物体内许许多多内源性的化学成分统称作天然产物，其中主要包括蛋白质、多肽、氨基酸、核酸、各种酶类、单糖、寡糖、多糖、糖蛋白、树脂、胶体物、木质素、维生素、脂肪、油脂、蜡、生物碱、挥发油、黄酮、糖苷类、萜类、苯丙素类、有机酸、酚类、醌类、内酯、甾体化合物、鞣酸类、抗生素类等天然存在的化学成分。^[1]天然产物具有很大的价值，其一在动物体内无药物残留、无公害。中草药是天然物质，保持了各种成分的自然性和生物活性，其成分易被吸收利用，不能被吸收的也能顺利排出体外，在体外被细菌等分解，不会污染水环境。^[2]一般的化学药物成分会积累在动物体内或长期残留于水中。其二毒副作用小或无，动物体不产生抗药性。有毒的中草药经过适当的炮制加工后，毒性会降低或消失；通过组方配伍，利用中药之间的相互作用，提高了其防病治病的功效，减弱或减免了毒副作用。^[3]虎杖苷别名云杉新甙，白藜芦醇甙，其是植物虎杖的提取物，可用于镇咳，去痰，平喘，抗菌，清除自由基，调血脂，降低胆固醇。^[4]在药理上表现为 改善微循环，抑制溶酶体酶的释放，抗氧化，阻止微循环中白细胞粘，降血脂、抗脂质过氧化，抗病原微生物，镇咳、平喘，抗菌、抗病毒，保肝等作用。药品虎杖苷注射液能治疗心肌缺血、脑缺血、休克等心脑血管疾病。临床可在细胞内作用的细胞信号传导具体环节，为休克的临床防治、新药研制和休克机理研究提供理论指导。^[5]

2、糖基化及糖基转移酶

糖基化(glycosylation)是自然界广泛存在的重要生物修饰反应, 产生的糖复合物功能各异, 包括能量储存、细胞结构完整性的维持、信号储存与传导、分子识别、毒性以及化学防御；另外，蛋白糖基化的异常也会导致人类的一些疾病。^[6]天然产物中的糖基化通常是由糖基转移酶来完成的，糖基转移酶把糖分子从一个供体 (donor)转移到一个受体(acceptor) 上，同时形成糖苷键。 ^[7]因此, 糖基转移酶也处在天然产物糖基异构化的中心地位。^[8]通常，糖基转移酶对糖基供体与受体都表现出较强的底物特异性，非常细微的结构差异，如糖结构中某个羟基的空间构象不同，能决定糖基化修饰反应发生与否，因此有”一个酶一个糖基化”的说法。^[9]基于此，研究人员采用遗传工程与蛋白质工程的手段筛选糖基转移酶的变异体，以期得到底物宽泛性更好的转移酶，并且现有报道已充分显示出该方法在创建具有高催化效率、更好的底物非特异性以及新颖活性酶的巨大潜能。目前，除了较传统的点突变方法之外，定向进化与随机突变等方法为筛选糖基转移酶突变体提供了更大的潜能。糖苷酶大约有100种，相应的GTs 约为80 种。糖苷酶已被发现采用超结构折叠，与之形成鲜明对比的是，大部分GTs只有两个结构折叠，即折叠A和折叠B。^[10]总的来说，糖基转移酶（EC 2.4.x.y）是自然界存在的最为多样性的一大类酶，糖基转移酶负责将活性供体的单糖部分转移至糖、蛋白质、脂类、核酸以及另外一些小分子，即完成糖基化反应，形成具有很多生物学功能的糖基化产物。^[11]糖基转移酶在所有生命体中都扮演着重要的生物学角色，日益引起人们的重视。蛋白质的糖基化修饰和天然糖蛋白的去糖基化是研究糖蛋白糖链结构和功能的重要手段之一。^[12]由于糖基对天然产物活性的重要性，研究人员尝试了很多不同的方法来有目的性地改变他们的糖基结构，以达到改良其生物活性的目标。常见的糖基异构化策略有:①基因敲除，阻断糖基转移酶或糖基合成相关基因是非常有效的途径，也是应用最早、最经典的方法；②异源表达，这是非常有效并广范应用的方法。它包含多种技术手段，表达菌株多采用模式菌株如白色链霉菌(S.albus)与变铅青链霉菌(S.lividans)， 其待表达的基因包括编码糖基转移酶或糖基合成的基因，甚至有时包括糖基合成途径的部分或全部的基因等；③前体物添加(受体为主)；④离体酶反应，通过提供糖基转移酶与糖基供体完全在体外进行反应，可以有效地控制反应的条件，并且精确的检测反应的结果。但是由于糖基转移酶通常比较难得到可溶表达的蛋白以及糖基供体的不稳定性，目前能够在体外条件下研究的糖基转移酶的种类比较有限。^[13]

3、天然产物糖基化及研究现状

近几十年来，我国对天然药物进行了大量的研究，研究了各种植物各1000余种，从中分离纯化和鉴定了一打批天然化合物，其中发现新化合物2000多种，鉴定已知化合物10000余种，发表论文近万篇。然而在国际市场是一个正在发展并拥有巨大潜力的市场，天然药物已成为新药研究的源泉。天然产物中，国内外对天然产物进行分子修饰主要是以提高其水相中的溶解性为目的，而对其水溶性改性所涉及的反应主要是糖基化。^[14]

来源于自然界的植物细胞、微生物和游离酶对天然产物进行糖基化修饰，可在糖基连接位置，糖基种类以及糖基数目等方面实现定向转化。随着现代分析技术、现代生物技术（尤其是分子生物学与结构生物学）的飞速发展，这些新兴技术已经开始渗透到传统的生物转化研究中来。可以预见，糖基化的研究将是今后生物转化的研究热点与发展趋势；生物转化也将与化学方法更紧密地结合。我们有理由相信，随着研究的深入，生物催化剂的数量和多样性会激增，糖基化将在天然药物研究与开发中发挥更为重要的作用。^[15]