棘皮动物缺乏适应性免疫，因此在恶劣的底栖环境中生长和生存完全依赖于先天的免疫。作为这种先天免疫的一部分，软体移动缓慢的棘皮动物，如海参和海星，会产生特殊的代谢产物皂甙，即糖基化类固醇和三萜，对潜在的袭击者进行化学防御。相比之下，其近亲海胆受到棘的保护，不产生此类化合物。on>
图片来源：Nat. Chem. Biol.
海参是南亚的一种美食，其提取物（其中皂甙是重要的生物活性成分）具有很高的药用价值。目前，海参养殖产业已达到数百万美元规模。当海参受到威胁时，作为第一道防线，它们会排出粘性丝状物居维氏管(Cuvierian tubules)，这些丝状物会缠住敌人并使其无法活动，被固定的敌人最终死于居维氏管中的皂甙。除了防御外，皂甙在海洋生物中还有其他生物功能，包括繁殖、产卵和与共生体的化学通讯。许多动物使用毒素作为化学防御。这些保护性化合物通常从食物中分离或由内共生体产生。相比之下，棘皮动物是自行生物合成化学防御性抗真菌毒素—皂甙。尽管海参皂甙在生物学和商业上具有重要意义，但这些化合物的生物合成途径以及它们在海洋动物中的进化方式尚不清楚。
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有鉴于此，John Innes Centre的Anne Osbourn及其合作者利用基因组挖掘从海星（Ss）、海胆（Su）和海参（Sc）中鉴定候选过氧化角鲨烯环化酶（OSCs）羊毛甾醇合酶（LSSs）基因，通过在酵母中的异源表达对其进行功能表征，并确定其产物特异性。
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研究表明，海星皂甙为甾醇，而海参皂甙为三萜。动物体内的甾醇生物合成涉及2,3-氧化角鲨烯通过氧化角鲨烯环化酶（OSC）羊毛甾醇合酶（LSS）环化为羊毛甾醇。海参虽然缺乏LSSs，但通过两个不同的OSCs能够产生三萜皂苷，并且可能通过基因复制和新功能化从祖先LSSs进化而来。此外，还进一步研究了两种不同的非LSS的OSC在海参中可能的生物学作用。
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总之，该研究深入了解了海参中三萜的生物合成机制，以及三萜生物合成与产生不寻常甾醇的能力的共同进化，这些甾醇具有抗皂甙性，因此可能对其自身中毒提供保护。
参考文献：Biosynthesis of saponin defensive compounds in sea cucumbers
Nature Chemical Biology 18, 774-781 (2022)
原文作者：Ramesha Thimmappa✉, Shi Wang, Minyan Zheng, Rajesh Chandra Misra, Ancheng C. Huang, Gerhard Saalbach, Yaqing Chang, Zunchun Zhou, Veronica Hinman, Zhenmin Bao and Anne Osbourn✉
