《Applied Microbiology and Biotechnology》：Hyaluronic acid degradation by Purpureocillium lilacinum: biochemical and transcriptomic insights
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本研究针对化学法降解透明质酸（HA）产物不可控的问题，探索了丝状真菌紫红拟青霉（Purpureocillium lilacinum）胞外降解HA的酶学机制。研究发现，P. lilacinum可通过一种非经典的、可能是多酶联用的途径，产生结构多样的饱和与不饱和寡糖，为可持续生产功能化透明质酸寡糖提供了新的生物催化来源，拓展了对真菌糖胺聚糖代谢的认知。
在日常生活中，透明质酸（Hyaluronic Acid, HA）是个明星成分，它广泛存在于人体的皮肤、关节和眼睛中，以其卓越的保水性和润滑功能而闻名。在医学和化妆品领域，其功能在很大程度上取决于分子的大小——大分子的HA用于保湿和润滑，而小分子的HA寡糖则可能具有促进伤口愈合、抗炎甚至抗肿瘤等独特的生物活性。因此，如何精准、可控地将高分子量的HA“剪”成特定大小的寡糖，一直是生物技术领域关注的热点。
传统的化学降解法，虽然简单粗暴，但就像用剪刀乱剪，产物往往大小不一，结构也容易被破坏，还可能产生有害的副产物，无法满足对产物精确结构和功能的严苛要求。相比之下，酶法降解则像一把“分子手术刀”，它能够高效、特异性地切断HA分子中的特定化学键，从而可控地获得结构明确、功能特异的寡糖，是一种绿色、可持续的生产方式。目前，科学家们已经从细菌和动物等来源中发现了一些能够降解HA的酶（统称为透明质酸酶），但它们的作用模式相对单一，产生的寡糖种类也较为有限。
那么，能否从自然界中寻找更“聪明”、能产生更多样化HA寡糖的工具呢？目光投向了庞大的真菌王国。真菌是碳水化合物活性酶（Carbohydrate-Active Enzymes, CAZymes）的“生产大户”，它们通过分泌复杂的“工具箱”（即分泌组）来分解环境中的各种多糖，获取能量和营养。然而，在降解HA这一特定任务上，真菌的潜力却被大大低估了，相关研究报道寥寥无几。
正是为了解决这个问题，研究人员将目光投向了一种名为紫红拟青霉（Purpureocillium lilacinum）的丝状真菌。他们想知道：这种真菌是否具备降解HA的能力？如果能，它又是通过什么样的“工具”和“方法”来完成的？其降解产物的“样式”（即寡糖的结构）与我们已知的“经典”透明质酸酶有什么不同？回答这些问题，不仅能为我们发现新的生物催化剂，也可能揭示真菌代谢糖胺聚糖（Glycosaminoglycan，一类包括HA在内的多糖家族）的新途径。这项题为“Hyaluronic acid degradation by Purpureocillium lilacinum: biochemical and transcriptomic insights”的研究成果，正式发表在《Applied Microbiology and Biotechnology》期刊上。
为了探索P. lilacinum降解HA的能力和机制，研究人员首先进行了生化层面的验证，随后深入基因组层面寻找答案。他们通过向真菌培养体系中添加高分子量的HA，并定时取样，利用色谱技术（如高效液相色谱HPLC）和质谱分析（MS），直接监测培养上清液中HA片段和寡糖的产生情况，细致地描绘了降解过程中产物种类和大小随时间的变化图谱。为了探究降解能力的菌种特异性，他们还比较了P. lilacinum与其他几种同属真菌的生长与降解表现。最关键的是，为了从根源上寻找降解HA的“基因密码”，研究者对P. lilacinum进行了转录组测序，构建了从头组装的转录组图谱，并对其进行了功能注释，特别关注了所有可能参与HA降解的碳水化合物活性酶（CAZymes）基因的表达与分泌信号。
研究发现一：P. lilacinum能胞外降解HA，并产生结构多样的寡糖谱
实验结果表明，P. lilacinum确实能够在胞外有效降解高分子量的HA。色谱的时间进程分析清晰显示，降解是循序渐进的：先出现较长的HA片段，随后逐渐积累更短的寡糖。质谱分析则揭示了一个复杂的产物“家族”。与经典透明质酸酶通常产生单一的、具有特定末端结构的寡糖不同，P. lilacinum产生的寡糖种类极其丰富，包括了偶数聚合度的饱和寡糖，以及偶数与罕见的奇数聚合度的不饱和寡糖。这种“多样化”的产物图谱强烈暗示，P. lilacinum可能采用了一种与已知透明质酸酶不同的、“非经典”的降解机制。
研究发现二：HA降解能力具有菌种特异性
通过比较不同Purpureocillium物种的培养结果，研究人员发现，这种胞外降解HA的活性在受测菌种中仅P. lilacinum所特有。这表明降解能力并非该属真菌的普遍特征，而是P. lilacinum所具备的一种特定生理性状，这为进一步研究其独特的遗传基础提供了线索。
研究发现三：转录组学未能指向经典的HA降解酶基因
为了寻找负责这一“非经典”降解过程的“幕后功臣”，研究团队对P. lilacinum进行了转录组分析。功能注释识别出了大量碳水化合物活性酶（CAZymes）基因，这是一个预料之中的结果，因为真菌本就擅长生产这类酶。然而，令人惊讶的是，在所有被预测为可能分泌到胞外的CAZymes中，没有一个能够被确切地归类到任何已知的经典透明质酸酶家族。特别值得注意的是，通常通过β-消除反应机制来切割HA的多糖裂解酶（Polysaccharide Lyases, PLs），其基因并未被预测为具有分泌信号。同时，仅有极少数属于此前报道过可能与HA降解相关的糖苷水解酶（Glycoside Hydrolases, GHs）家族的基因被预测为胞外酶。
综合所有的发现，本研究得出结论：丝状真菌紫红拟青霉（P. lilacinum）是一个全新的、能够进行胞外透明质酸（HA）降解的真菌体系。它通过一种目前尚不明确的、非经典的降解机制，将HA转化为结构复杂多样的饱和与不饱和寡糖混合物。尽管转录组学分析未能鉴定出明确的经典透明质酸酶，但这恰恰支持了其降解途径的独特性——它很可能涉及一个由多种尚未被充分认识的酶（可能包括非经典的糖苷水解酶或其他酶类）协同作用的“多酶系统”。
这项研究的意义重大。首先，它在应用层面拓展了生物催化工具箱，将P. lilacinum及其酶系统定位为一种有潜力的、可持续的生物催化剂新来源，可用于生产具有特定生物活性的功能化HA寡糖，有望在医药、化妆品和功能性食品等领域找到用武之地。其次，在基础科学层面，这项工作极大地丰富了我们对真菌糖胺聚糖代谢网络的理解，揭示了一种之前未被充分认识的、可能普遍存在于其他真菌中的非经典HA降解途径，挑战了现有对HA酶法降解机制的认知。最后，它成功地将丝状真菌这一庞大而多样的生物资源，推向了HA生物加工研究的前沿，为未来挖掘更多具有独特功能和催化特性的真菌酶资源打开了新的大门。
