自然界中能夠感染並殺死昆蟲的真菌種類眾多，在調控昆蟲種群、維護生態平衡中發揮著重要的作用。子囊菌類的殺蟲真菌主要分布於麥角菌科、蟲草菌科和線蟲草菌科三個科，統稱為廣義蟲草菌，目前已知的種類達1500多種。不同蟲草菌感染的寄主種類不同，甚至包括不同的蜘蛛。蟲草既非蟲，也非草，而為真菌殺蟲昆蟲後形成的菌蟲複合體。蟲草中的代表種類，如冬蟲夏草、蛹蟲草和蟬花等具有悠久的食藥用歷史，在古書中多有記載。但目前為止，這些蟲草中具有醫藥活性的成分多不清楚。
蛹蟲草中的基因簇同時合成蟲草素（Cordycepin， COR）和噴司他丁Pentostatin， PTN）， 後者可以抑制蟲草素降解為3『-脫氧肌苷 （3』-deoxyinosine，3『-dI ）。
蟲草素（cordycepin），即3『-脫氧腺苷（3』-deoxyadenosine），最早於1950年由德國科學家在蛹蟲草中被發現鑑定，它同DNA中結構的2『-脫氧腺苷具有高度的結構類似性。陸續的研究證明蟲草素具有抗菌、抗蟲及抗癌等生物活性。據美國癌症研究所記載，蟲草素與腺苷同系物噴司他丁（pentostatin）一起被用於治療白血病的臨床試驗，但自2009年元月完成臨床二期試驗後沒有更新報導，即蟲草素尚沒有成藥。其中共用的噴司他丁是最早於1974年在一種鏈黴菌中被鑑定的，在1991年獲FDA批准，成為抗毛細胞白血病（hairy cell leukemia）的商業藥物。噴司他丁是脫氨酶的強抑制劑，在蟲草素臨床試驗中共用的目的是為了抑制脫氨酶活性、保護蟲草素的結構穩定性。
蟲草素在蛹蟲草中被發現後，它的生成合成機理一直不清楚，導致學界及企業界爭論不休，認為蟲草素也是冬蟲夏草等蟲草菌的活性成分。中國科學院上海植物生理生態研究所的王成樹研究組自2011年以來，先後完成了蛹蟲草、冬蟲夏草和蟬花等18種蟲草菌的基因組研究，結果表明，不同蟲草菌中含有20-60個數量不等的基因簇，用於合成不同的活性成分，為進一步深入研究奠定了良好的基礎。
蛹蟲草於柞蠶上的生長形態
獲得了基因組序列後，通過生物信息分析，首先在蛹蟲草菌中鎖定了潛在的靶標合成基因。後通過系列的基因缺失等功能研究，他們完整地解析了由4個蛋白介導的腺苷分子3『-位磷酸化脫氧、還原而生成蟲草素的分子機理。他們的研究還首次「意外」地發現，蛹蟲草菌能夠合成噴司他丁，並由同一基因簇共同合成這種兩種成分。同臨床試驗中兩者共用的目的類似，這兩種腺苷類分子在真菌細胞中扮演著「保護者—被保護者」的著色。
他們在研究中還發現，蛹蟲草菌只有在蠶蛹上生長而非液體發酵培養時，才會合成高水平的蟲草素。但當蟲草素含量過高時能引起細胞毒性，真菌會啟動解毒機制，將蟲草素脫氨生成3『-脫氧肌苷（3』-deoxyinosine）。這暗示著對於人類來說，也不宜攝入過量的蟲草素。當然，人類的脫氨酶同樣可以降解蟲草素。
在獲得了蟲草素合成基因的基礎上，結合色譜驗證分析，他們的研究證明冬蟲夏草和蟬花等其他種類的蟲草菌不能合成蟲草素及噴司他丁，而另外被測試的九洲蟲草以及另外一種關係較遠的黴菌——構巢麴黴中能夠合成這兩種化合物。利用獲得的合成基因，異源表達可以實現由酵母菌合成蟲草素；而通過內源基因高表達，可以在蛹蟲草菌中高水平地合成蟲草素和噴司他丁。
這項研究成果以 Fungal cordycepinbiosynthesis is coupled with the production of the safeguard molecule pentostatin（真菌中蟲草素與其保護分子噴司他丁的伴隨合成）為題於10月19日在 Cell 子刊 Cell Chemical Biology 上在線發表。該項研究揭示了不同蟲草菌之間代謝成分的差異性，為蛹蟲草的抗癌活性提供了分子證據。利用鑑定的蟲草素/噴司他丁伴隨生物合成基因信息，一方面為進一步研究提高這兩種活性成分的合成水平奠定了基礎；另一方面也為輔助驗證其他蟲草菌或其他真菌能否合成這兩種腺苷類分子提供了基因依據。
【來源：中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所】