七叶皂苷Ia是七叶树种子中特有的三萜皂苷类活性成分，在临床上广泛用于脑水肿和慢性静脉功能不全的治疗，但该化合物目前只能从植物中提取，其化学全合成尚未实现，原料供应也受限于七叶树漫长的生长周期和不规则结实特性。2026年8月18日，中国中医科学院中药研究所孙伟研究员和成都中医药大学陈士林院士以及东北林业大学徐志超教授联合团队在国际期刊《Nature Communications》上发表了题为“Complete biosynthesis of the clinical agent escin la”的研究论文，他们通过基因组挖掘、异源表达和体外酶活验证，完整解析了七叶皂苷Ia的生物合成途径，并在本氏烟中实现了从简单前体到终产物的异源生产。
七叶树基因组中此前已报道过两个与七叶皂苷相关的生物合成基因簇，研究团队从这些簇中筛选出在种子中高表达的细胞色素P450候选基因，并逐一进行了功能测试。他们发现AcCYP716BX1和AcCYP716BX2这两个同工酶能够催化β-香树脂醇骨架上的C-22α和C-28位羟基化，生成22α-羟基-赤藓二醇或22α-羟基-齐墩果酸，并且两个酶的功能存在冗余，这很可能源于七叶树特有的全基因组复制事件。另一个P450酶AcCYP714E67则专一性地负责C-24位的羟基化，这些新鉴定的酶与课题组前期报道的AcCYP716A275（C-16α羟化酶）和AcCYP716A278（C-21β羟化酶）共同完成了从β-香树脂醇到原七叶皂苷元的全部氧化修饰。通过多基因组合共表达实验，研究团队发现这些P450酶的底物选择性并不严格，很多中间产物可以被多个酶交替催化，因此整个羟基化过程并非一条单一的直线路径，而是一个具有多个分支和交汇点的网格状网络，这种灵活的催化模式可能在植物体内有助于提高代谢通路的稳健性和产物的结构多样性。
糖链的组装是七叶皂苷Ia结构复杂性的另一个重要来源，其C-3位连接着一个葡萄糖醛酸和两个葡萄糖单元组成的分支三糖链，并且两个葡萄糖的连接位点分别为2'-O和4'-O。研究团队从种子转录组的“turquoise”模块中挑选了15个UDP-糖基转移酶候选基因，成功克隆并表达了其中8个，他们以原七叶皂苷元的3-O-葡萄糖醛酸苷为底物进行体外酶活测定，发现AcUGT94AK1、AcUGT94AK3和AcUGT94AK6能够在葡萄糖醛酸的2'-O位加上葡萄糖，而AcUGT87AZ3则催化4'-O位的葡萄糖基化。进一步的连续反应实验表明，必须先完成2'-O位的糖基化，4'-O位的糖基化才能进行，反过来则不行，并且研究团队借助漂移管离子迁移质谱和分子动力学模拟解释了这一顺序背后的分子机制——AcUGT94AK1对底物的识别要求非常严格，它无法稳定结合已经在4'-O位糖基化的底物，而AcUGT87AZ3的底物适应性则更宽，能够接受单糖苷和二糖苷两种底物。
七叶皂苷Ia的C-21β位连接着一个惕各酰基，这个修饰是该化合物的特征性结构单元，也对其抗炎和血管保护活性至关重要。研究团队在七叶树的BAHD酰基转移酶基因簇中发现了五个成员，其中AcBAHD13和AcBAHD17具有种子特异性表达并且保留了完整的BAHD结构域，他们首先鉴定了AcCCL3这个羧酸辅酶A连接酶，该酶能够将惕各酸与辅酶A连接生成惕各酰辅酶A，随后AcBAHD13或AcBAHD17将惕各酰基转移到七叶皂苷B的C-21β羟基上，生成去乙酰七叶皂苷Ia。在包含上述全部基因以及前期鉴定的乙酰转移酶AcBAHD6的本氏烟瞬时表达体系中，研究团队成功检测到了终产物七叶皂苷Ia，产量为122.55微克/克干重，虽然这一数值远低于多数中间产物（如七叶皂苷B最高可达6123.06微克/克干重）的积累水平，但该异源生产平台的建立为后续通过代谢工程提高产量、改造酶催化效率以及开发结构类似物提供了完整的基因元件和可行的技术路线。
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