甾体激素药物是临床使用最为广泛的药物之一，全球获准上市的甾体药物超过400种，年销售额超过1000亿美元。据WTO统计，全球甾体激素类原料药类贸易规模总额在300亿元，中国占总规模的20%左右。不同于依赖植物源甾体母核原料为基础的前两代技术，第三代技术（甾体激素工业3.0）致力于构建微生物细胞工厂，通过葡萄糖等廉价原料直接发酵合成甾体药物，被视为绿色生物制造的重要方案。尽管第三代技术在20世纪90年代已通过异源表达动物源催化胆固醇到甾体激素的P450scc酶系统来实现，但该酶的低催化活性及线粒体区室化等多因素致使该路线至今未能突破产业化效率瓶颈（产物滴度约100 mg/L）。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所微生物代谢工程研究组在植物中挖掘到一条高效合成黄体酮（孕酮）的生物合成途径，其细胞区室空间定位不同于动物细胞，植物源生物合成途径独立演化后，显得更简洁、更有组织力，能利用内质网合成的胆固醇类物质为底物原位直接合成甾体激素类化合物，从而避免进入线粒体的复杂过程。基于这一发现，团队运用合成生物学技术创建了人工本草细胞，其利用葡萄糖、乙醇等廉价碳源发酵生产甾体激素的产量突破克级每升。该成果为探索生命的演化和利用异源仿生合成技术实现甾体激素药物的可持续生产奠定了坚实基础。

以黄体酮（孕酮）为核心骨架的甾体活性分子

植物和动物中黄体酮（孕酮）的生物合成途径

该工作得到国家重点研发计划合成生物学重点专项、国家自然科学基金等项目的资助，相关成果已经发表在《代谢工程》上，并申请专利5项。天津工业生物技术研究所博士研究生李荣生为该论文的第一作者，天津工业生物技术研究所、国家合成生物技术创新中心戴住波研究员和张学礼研究员为论文的共同通讯作者，中国中医科学院黄璐琦院士指导了该工作。