尼古丁开始走向“脱烟草化”？Cell研究释放生产技术变迁信号

核心概要

中国科学院团队在《Cell》发表研究，首次完整解析尼古丁生物合成通路；

研究已在非烟草植物及酵母系统中重建尼古丁生产机制，显示尼古丁生物合成未来可能具备跨工程化生物平台迁移能力；

科学家首次识别出位于液泡膜上的“代谢区室（metabolon）”，用于空间组织化尼古丁合成与转运；

相关成果正引发尼古丁与 reduced-risk product 行业关注，因其可能指向从传统提取体系向可工程化生物体系的长期转变；

监管专家认为，新型尼古丁生物合成技术未来可能对现有基于“烟草来源”建立的监管框架形成挑战；

不过，研究人员与行业观察人士均强调，相关技术仍处于早期基础研究阶段，距离商业化规模应用仍有较长距离。

2Firsts

2026年5月7日

中国科学院研究团队于4月30日在《Cell》发表研究成果，并在非烟草植物及酵母系统中重建尼古丁生物合成机制。这项研究正在全球尼古丁行业引发关注，因为其显示合成生物学进展未来可能逐步改变尼古丁生产技术体系。

一项科学突破，开始引发产业层面的新问题

数十年来，科学界虽然已经明确尼古丁形成所涉及的基础分子结构，但始终未能完整解释其最终生物合成步骤如何在植物细胞内部被组织化完成。

研究人员表示，烟草植物通过位于液泡膜上的多酶复合体完成尼古丁组装，从而使不稳定中间体能够被高效处理，同时降低其对植物细胞自身的毒性影响。

尽管相关研究距离商业化应用仍处于早期阶段，但由于其显示出尼古丁生物合成未来可能具备跨工程化生物系统迁移能力，该成果已开始引发尼古丁与 reduced-risk product 行业关注。

该研究发布之际，全球烟草与尼古丁企业正持续探索减少对传统烟草原料依赖的新路径，以配合行业向 smoke-free 与 reduced-risk products 转型的长期趋势。

尼古丁如何在植物内部被“组织化制造”

长期以来，科学界已经明确尼古丁由两个独立的分子结构单元组成，但两者最终如何完成连接，一直未能被完整解释。

由于部分参与尼古丁合成的中间体极不稳定，研究人员长期难以在实验条件下完整重建相关通路。

中科院团队表示，研究首次识别出一个此前被忽视的“糖基化”步骤，该过程可能在合成过程中起到稳定中间体的作用。

研究同时发现，多种酶与转运蛋白会形成一个膜相关复合体，从而使不稳定中间体能够在不同催化位点之间被定向传递。

研究认为，尼古丁并非在植物细胞内随机生成，而是通过研究人员所称的液泡膜“五组分代谢区室（metabolon）”实现空间组织化合成。这一结构类似一条协同运作的生化“流水线”，能够在限制副反应的同时完成尼古丁的合成与转运。

研究结果也可能为理解植物如何合成其他结构复杂的天然产物提供新的研究思路。

尼古丁生产，或将不再完全依赖烟草植物

除科学意义之外，这项研究之所以引发行业关注，更重要的原因在于，它显示尼古丁生物合成未来可能具备跨工程化生物系统迁移的能力，而不再完全依赖烟草植物本身。

研究团队不仅在烟草中完成相关机制解析，还在番茄、茄子、豌豆以及酵母系统中实现了尼古丁生产通路的重建。研究结果显示，在可控条件下，尼古丁生物合成未来理论上有可能被迁移至其他生物平台。

行业观察人士普遍认为，这并不意味着相关技术已接近商业化。包括产率优化、发酵效率、纯化工艺、规模化生产以及监管审批在内，仍存在大量挑战。

不过，该研究仍受到尼古丁与 reduced-risk product 行业持续关注，因为其指向了一个更长期的变化方向：即从传统提取型体系，逐步转向更具可工程化特征的生物平台。

对于全球烟草与尼古丁企业而言，这项研究的重要性或许并不在于“今天如何制造尼古丁”，而在于尼古丁生物合成是否正开始进入一个更具模块化与可编程化特征的发展阶段。

论文中所揭示的膜相关“代谢区室（metabolon）”机制，其潜在意义也可能超越尼古丁本身，未来或可被应用于其他复杂天然产物的合成生物学研究中，尤其是在涉及协同转运与空间组织化代谢的场景下。

新型尼古丁技术，或将挑战现有监管框架

随着尼古丁生产技术逐步突破传统烟草提取体系，这项研究也可能在长期层面引发新的监管讨论。

该研究发布之际，美国与欧洲监管机构正面临如何让传统“烟草时代”监管框架适应快速演变的新型尼古丁产品的问题。

在美国，烟草监管长期以来与尼古丁是否“来源于烟草（derived from tobacco）”密切相关。随着工程化生物合成技术的发展，未来尼古丁产品的分类与监管方式可能变得更加复杂。

论文本身并未涉及商业化应用或监管框架。不过，研究团队已在非烟草植物及酵母系统中实现尼古丁生物合成，这一进展已被部分监管观察人士视为未来“生物制造尼古丁”监管讨论的潜在前置信号。

行业分析人士指出，未来可能出现的问题包括：通过工程化微生物或植物系统生产的尼古丁，是否仍适用于现有 “tobacco product” 定义，以及当前监管审查路径是否适合评估此类产品。

在欧盟层面，随着《烟草制品指令》（TPD）相关修订及 broader nicotine regulation 讨论持续推进，这项研究也进一步凸显出传统“烟草产品”定义与市场中新型尼古丁产品之间不断扩大的监管边界问题。

监管专家表示，未来监管重点或将不再仅围绕尼古丁来源本身，而可能逐步扩展至生产方式、杂质谱（impurity profile）以及整体产品风险特征等层面。

不过，无论是研究人员还是行业观察人士，目前均强调，该研究仍属于早期基础科学阶段，而非短期商业化生产路线图。

从烟草提取到工程化尼古丁生产体系

本项研究由中国科学院分子植物科学卓越创新中心李大鹏团队完成。该研究中心长期从事植物代谢、化学生态学及合成生物学等方向研究。

公开资料显示，李大鹏曾在德国马克斯·普朗克化学生态学研究所（Max Planck Institute for Chemical Ecology）开展研究，其长期研究重点之一，是植物如何合成并空间组织化其防御性化学物质。论文共同作者 Ian T. Baldwin 也是国际植物化学生态领域代表性学者之一，长期研究植物—昆虫互作以及野生烟草中的尼古丁防御机制。

研究结果的意义可能不仅限于尼古丁本身，也可能帮助科学界进一步理解植物如何通过协同代谢系统组装结构复杂的天然产物。

尽管相关研究距离真正改变全球尼古丁供应链仍有较长距离，但其已释放出一个越来越受到生物科技与尼古丁科学领域关注的技术方向：即从传统提取型体系，逐步走向更具可工程化特征的生物生产平台。

对于更广泛的尼古丁与 reduced-risk product 行业而言，这项研究真正重要的地方，或许并不在于它改变了今天的生产方式，而在于它提示未来尼古丁生产体系可能逐步降低对传统烟草供应链的依赖。

（封面图片：AI生成概念图：新兴尼古丁生物合成体系与非烟草生产路径示意）