Advanced Science | 上海交通大学林文慧团队建立植物代谢物筛选体系，发现抑制细胞分裂的小分子

植物能产生种类繁多的代谢物，堪称天然的化合物库。当前，大量研究聚焦于这些次生代谢物的生态效应与经济价值；在其对生物生长发育影响的研究中又主要集中于重大疾病的治疗应用（如紫杉醇、青蒿素），并由此拓展至其在动物细胞内的生理功能。然而，这些代谢物对植物自身生长发育的调控作用同样不容忽视【1,2】。至于次生代谢物在细胞分裂与细胞命运决定等核心生物学过程中扮演何种角色，以及相关调控机制是否与动物细胞中相似，则仍待进一步阐释。

近日，上海交通大学生命科学技术学院长聘教授林文慧、Bio-X研究院讲席吴际与北京大学生命科学华东产业研究院研究员韩欣欣等团队合作在Advanced Science在线发表了题为Plant Metabolites Screening Identifies 7-epi-10-deacetyltaxol Inhibiting Cell Division by Interfering with the Cell Cycle and Microtubule Organization的研究论文。该研究建立了基于油菜幼苗的植物代谢物分组筛选体系，从1047种植物来源代谢物中鉴定出一种广谱细胞分裂抑制分子7-epi-10-deacetyltaxol（简称L2）。L2在植物中通过油菜素甾醇（BR）信号和微管组织两条途径抑制细胞伸长与分裂；在动物中显著抑制细胞迁移与增殖，并抑制多种患者来源肿瘤类器官的生长，为理解红豆杉“有害”代谢物的生态学意义和新型紫杉烷类药物开发提供了新思路。

该研究以油菜品种中双11为材料，将1047种植物来源代谢物分为235组，以组为单位处理幼苗，4-5天后比较主根长度，筛选出11个有效组并进一步拆分出9个有效单体化合物，其中既有已知植物激素，也有拓扑替康等已知药物，证明筛选体系有效。最终选取L2深入解析。L2处理下，拟南芥根、下胚轴、叶柄、花序轴、胎座等器官的生长均被显著抑制并呈剂量效应，且抑制生长的作用源于抑制细胞分裂和伸长。每胎座胚珠数下降32%，提示其直接影响种子数量和产量。

转录组与蛋白质组分析表明L2使BR信号响应基因（CPD、DWF4等）表达下调、核心转录因子BZR1/BES1蛋白丰度下降；BR合成突变体det2对L2不敏感、BR合成增强株系DWF4-OX则超敏感，说明L2通过削弱BR信号抑制细胞分裂。

作为紫杉醇类似物，L2是否也能稳定微管？研究发现，L2显著提高β-tubulin蛋白水平，使拟南芥根和下胚轴微管明显增密。进一步用活性BR（eBL）/BR合成抑制剂BRZ和L2组合处理并定量分析，揭示L2主导微管的数量和有序程度，BR主导微管方向，L2+BRZ组合产生“密集、高度有序、却锁定在错误方向”的微管阵列，这种过度稳定的微管排列不利于细胞的伸长与分裂。L2处理后有丝分裂纺锤体细胞也显著增多，提示细胞分裂被延迟或阻滞。

动植物细胞分裂有保守的调控机制，L2能否抑制动物细胞分裂？L2处理使大鼠血管平滑肌细胞变圆，迁移和增殖受到显著抑制；还能有效抑制卵巢癌、肝内胆管癌和胶质瘤等患者来源类器官的生长。卵巢癌类器官的单核转录组测序显示，L2改变细胞类型组成、消除细胞间通讯，使细胞周期基因下调、凋亡基因上调，打破了增殖与凋亡的平衡；卵巢癌细胞系中L2同样显著降低增殖标志Ki67的信号。斑马鱼胚胎毒性评估显示，L2毒性与一线化疗药物伊立替康相当、发育缺陷更轻。

综上所述，该研究建立了简单、经济、高效的植物代谢物分组筛选体系，鉴定出广谱细胞分裂抑制剂L2，并阐明其在植物中通过BR信号和微管、在动物中通过干扰细胞通讯和细胞周期抑制快速分裂组织生长的机制，可为抗肿瘤药物初筛提供快速低成本的新平台。L2不在紫杉醇经典生物合成通路上，且合成步骤更少，有望为合成生物学低成本生产新型紫杉烷类药物提供新路径；红豆杉树皮中高浓度的紫杉烷类代谢物很可能是抵御食草动物啃食的“化学防御武器”，也为理解植物“有害”代谢物的生态学功能提供了新视角。

林文慧教授团队长期聚焦于植物激素，特别是油菜素甾醇（BR）对植物生长发育的影响，揭示了BR信号通路核心转录因子BZR1调控胚珠发生和单果实种子数量的多重机制；以及作为节点因子权衡植物生殖和抗逆的新功能【3,4】。此次研究着重探讨了BR与植物自身代谢物的相互作用：L2一方面直接影响微管的稳定性，另一方面通过对BR信号通路施加影响来改变植物的生长状态，BR在L2的处理下显现出了一种“桥梁”式的角色。BR是植物体内已发现激素中唯一具有与动物激素具有相似结构的激素，这种角色被映射到动物中可为甾醇类激素和药物的相互作用提供新视角。

上海交通大学生命科学技术学院长聘教授林文慧、上海交通大学Bio-X研究院讲席教授吴际、北京大学生命科学华东产业研究院研究员韩欣欣为论文共同通讯作者，上海交通大学生命科学技术学院助理研究员张燕洁、博士生白宇轩，上海交通大学Bio-X研究院/农业与生物学院长聘教轨副教授田耿、宁夏医科大学已毕业硕士生张斌为论文共同第一作者。上海交通大学生命学院、药学院、农生学院，西北大学，中国科学院遗传与发育生物学研究所等单位的多位研究人员参与了此项研究。此项工作得到国家自然科学基金和上海市科技创新行动计划基础研究项目的资助。

作者介绍：

林文慧，上海交通大学生命科学技术学院长聘教授，激素与种子发育研究团队负责人，聚焦种子发育和产量调控等重要问题，围绕胚珠发生、雌配子体和胚胎发育以及激素和环境信号调控种子产量的机制等方面展开工作，取得了一系列进展，研究成果发表在Science Advances，Plant Cell，Molecular Plant，Current Biology，Cell Research，Advanced Science，Autophagy，Plant Biotechnology Journal，JIPB等期刊上，曾获上海市自然科学二等奖，中国植物生理与植物分子生物学学会“卫志明青年创新奖”。

参考文献：

1. Laggoun F, Dardelle F, Dehors J, Falconet D, Driouich A, Rochais C, Dallemagne P, Lehner A, Mollet JC. A chemical screen identifies two novel small compounds that alter Arabidopsis thaliana pollen tube growth. BMC Plant Biol. 2019;19(1):152.

2. Zouhar J, Hicks GR, Raikhel NV. Sorting inhibitors (Sortins): Chemical compounds to study vacuolar sorting in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101(25):9497-9501.

3. Yang JT, Tan ZM, Jiang YT, Bai YX, Zhang YJ, Xue HW, Xu TD, Dong T, Lin WH. Non-adapted bacterial infection suppresses plant reproduction. Sci Adv. 2025;11(2):eads7738.

4. Liu J, Wang M, Liu X, Wang X, Li Z, Luo J, Lin W, Zhao C. FERONIA kinase and PP2A antagonistically regulate salt tolerance in Arabidopsis. Curr Biol. 2026;36(2):370-386.

https://doi.org/10.1002/advs.77835