综述：酵母过氧化物酶体工程：进展、挑战与前景

本综述系统阐述了酵母过氧化物酶体工程作为合成生物学新前沿，如何通过区室化（Compartmentalization）策略优化天然产物生物合成（Biomanufacturing），重点剖析了过氧化物酶体膜通透性、辅因子供应及葡萄糖抑制等关键瓶颈，并展望了机器学习（Machine Learning）与正交蛋白运输系统等新兴技术融合应用的广阔前景。

最新进展

酵母过氧化物酶体工程近年来取得显著进展，主要涵盖三个方向：过氧化物酶体表面展示工程、过氧化物酶体基质工程以及多细胞器空间组合工程。过氧化物酶体表面展示工程通过将酶锚定在过氧化物酶体膜上，利用其表面空间促进底物接触与反应效率。过氧化物酶体基质工程则侧重于将异源代谢途径封装于过氧化物酶体内部，利用其独特的微环境（如丰富的酰基辅酶A（Acyl-CoA）库）驱动合成反应，同时隔离 cytotoxic 产物。多细胞器空间组合工程通过协调过氧化物酶体与内质网（ER）、线粒体或脂滴（LDs）等细胞器的空间协作，实现代谢途径的跨区室优化。

关键瓶颈

尽管前景广阔，酵母过氧化物酶体工程的应用仍面临三大核心挑战。首先，对过氧化物酶体膜通透性（Permeability）的理解尚不充分，限制了底物/产物跨膜运输的效率。其次，过氧化物酶体基质内辅因子（如NADPH、ATP）供应不足，影响依赖这些辅因子的酶促反应。第三，葡萄糖介导的过氧化物酶体功能抑制（Glucose-mediated repression）在常用培养基条件下会约束其代谢容量。

过氧化物酶体靶向信号1（PTS1）工程

过氧化物酶体基质蛋白的定向输送主要依赖C末端的PTS1信号（如Ser-Lys-Leu（SKL）基序）。该信号被胞质受体PEX5识别，并通过其TPR结构域介导蛋白转运。工程化PTS1序列或改造PEX5受体是增强异源蛋白靶向效率的经典策略。

新兴策略

新兴策略正推动过氧化物酶体工程向更精准、高效的方向发展。这包括开发正交人工过氧化物酶体蛋白运输系统以实现特异性递送，利用机器学习预测关键基因过表达以优化过氧化物酶体功能容量，以及通过调控过氧化物酶体增殖相关基因（如PEX11）来扩大其体积与承载能力。

结论与未来展望

酵母过氧化物酶体工程通过亚细胞区室化有效缓解了天然产物生物合成中的代谢瓶颈，展现出巨大应用潜力。未来，将其与先进机器学习工具深度融合，有望系统性解决现有挑战，充分释放酵母细胞工厂在可持续生物制造中的价值。