大麻中的活性成分——大麻素，如 THC 和 CBD，因具有镇痛、抗焦虑、抗炎等药用潜力而备受关注。然而，它们脂溶性强、水溶性差，导致人体吸收困难、生物利用度低，严重制约了其成药可能。

不过，一项来自以色列魏茨曼科学研究所的最新研究，正带来突破性转机。该团队在国际权威期刊 《PNAS》 上发表论文，不仅首次在大麻植株中发现了天然的“糖基化大麻素”，还借助 AlphaFold2 计算蛋白设计技术，成功开发出能够高效合成水溶性大麻素的“定制酶”。

大自然的启发：糖基化大麻素“现身”

糖基化是一种在植物中广泛存在的修饰方式，通过在分子上连接糖基，能显著提高化合物的水溶性、稳定性，甚至改变其药理活性。研究团队首先提出一个关键假设：大麻中是否天然存在糖基化大麻素？

在没有现成标准品的情况下，研究人员巧妙地利用已知能糖基化大麻素的水稻酶 OsUGT，在体外合成出糖基化产物作为“参考图谱”。随后，他们运用高分辨率液相色谱-质谱联用技术，在多个大麻品种的花与叶组织中展开针对性搜索。

结果令人振奋：他们成功检测到糖基化的橄榄酸、CBGA 和 CBDA 等物质，首次证实了大麻中天然存在糖基化大麻素。

寻找“自然工厂”中的关键酶

确认天然存在糖基化大麻素后，下一个问题随之而来：是哪些酶在催化这一反应？

研究团队系统挖掘了大麻基因组中所有注释为 UDP-糖基转移酶的基因，并通过系统发育分析，筛选出与已知糖基化酶亲缘关系较近的候选基因。结合转录组数据，他们进一步锁定在富含大麻素的雌花组织中高表达的 UGT 基因。

经过在原核系统中表达并开展体外活性测试，团队最终从17个候选基因中鉴定出4个具有橄榄酸糖基化活性的酶，分别为 CsUGT3、5、11 和 14。

AlphaFold2 出手，设计“超级定制酶”

虽然找到了天然酶，但它们的催化效率与底物偏好并不理想。例如，活性最高的 CsUGT14 更倾向于糖基化中间体橄榄酸，这会导致代谢流分散，不利于目标大麻素的积累。

研究团队决定对酶进行“改造升级”，目标明确：让它更偏好糖基化终产物大麻素。

在这一过程中，AlphaFold2 发挥了关键作用。研究人员用它预测了 CsUGT14 的三维结构，弥补了晶体结构缺失的不足。随后，他们通过分子对接模拟，将不同底物对接到酶的活性中心，理解其结合模式，为理性设计奠定基础。

图1 大麻花中糖基化大麻素的鉴定

接下来，团队分步骤展开蛋白质工程：

第一轮设计：使用 FuncLib 方法，针对活性中心残基设计出33个突变体，发现 Glu86Gln 单点突变即可改变产物异构体；

稳定性改造：通过 PROSS 方法引入50个突变，获得稳定性大幅提升的变体 CsUGT14-Stbl；

组合优化：在稳定版本基础上，筛选出活性更高的第二轮变体，如 B4。

产业前景：水溶性大麻素药物即将照进现实

这项研究不仅揭示了大麻代谢的新维度，更为水溶性大麻素药物的开发打开了全新的大门：

剂型多样化：糖基化大麻素可用于口服制剂、注射剂、甚至化妆品，极大拓展药用与消费场景；

高效生产路径：通过酵母、烟草等异源表达系统，可实现糖基化大麻素的规模化、清洁化生产；

技术可迁移：该策略也可应用于其他天然产物的糖基化工程，推动更多植物活性成分的成药开发。

未来，随着“超级酶”走向产业化，我们或许很快就能用上吸收更好、剂型更灵活的大麻素药物，让原本“拒水”的天然分子，真正溶于生活、服务于健康。

文章转自《汉麻产业观察》公众号