天然神经酸已在十字花科、铁青树科及无患子科等54个科136个属约200种植物中被发现，其中大多数植物神经酸含量不足其脂质组成的2.0%。基于神经酸的工业化生产潜力，表1总结了含油量超10.0%的7种木本植物和4种草本植物。其中，蒜头果产油率为58.0%～67.8%，油脂脂肪酸组成中神经酸占比高达67%，但蒜头果为我国二级保护植物，仅分布在云南和广西少部分区域。相比之下，元宝枫、文冠果和三花槭等槭属植物中神经酸在其脂质组成占比虽不足8.0%，但其分布范围广、种植量大、产油率高，仍被认为是神经酸的重要来源。元宝枫作为神经酸研究的热点植物之一，其种子脂肪酸积累及神经酸生物转化机制已通过转录组测序和核糖体足迹分析等手段逐渐被探明。

与木本植物相比，草本植物的种仁产油率更低，且存在产量波动大、收集困难和分布区域狭窄等问题。例如，六裂旱金莲种子产油率为12.3%～26.0%，神经酸占总脂肪酸的40.0%～45.4%，但其种子不易收集和播种。银扇草籽产油率为25.0%～35.0%，神经酸占比为14.0%～24.2%，被认为是具有神经酸产业化生产潜力的作物之一。然而，银扇草产量差异大（800～2 000 kg/ha），且银扇草籽油中芥酸占总脂质组成的43.0%～50.0%，存在心血管系统损害、器官损伤和生殖功能异常等风险；并且芥酸与神经酸分子结构相似，进一步增加了神经酸分离纯化的成本。碎米荠籽油神经酸占比可达45.0%～54.0%，且芥酸含量低，但碎米荠植株高度仅8～30 cm，对土壤要求严格，且种子易碎裂，限制了其大规模利用。

总体而言，受植物生长周期长、种仁收集困难以及籽油中神经酸含量普遍较低等因素限制，植物源神经酸提取率低，分离纯化工艺复杂，成本昂贵，但从天然植物中提取神经酸仍具有重要研究价值。一方面，从已知植物中筛选高神经酸、低芥酸含量的特异品系，是提升植物源神经酸的重要途径。例如，Su Yajing等筛选出一株三花槭，其种籽油中神经酸占比4.5%，芥酸占比低于1.0%，拓展了三花槭生产神经酸的应用潜力。另一方面，这些植物作为神经酸的种质资源，其脂肪酸代谢途径解析和系统生物学通路优化将为神经酸生物合成提供宝贵参考。

神经酸在动物、植物和微生物中的合成过程均可分为油酰辅酶A（C_18:1,ω-9）的从头合成及其碳链延长两个阶段。如图3a所示，第1阶段中乙酰辅酶A在乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）的作用下生成丙二酰辅酶A，并与酰基载体蛋白（ACP）结合，经脂肪酸合成（FAS）模块逐步延长碳链生成硬脂酰-ACP并去饱和化为油酰辅酶A。然而，不同生物体内硬脂酰-ACP去饱和为油酰辅酶A的过程存在显著差异，例如，植物中硬脂酰-ACP首先在去饱和酶的作用下转化为油酰-ACP，并水解生成游离脂肪酸，再通过酯化形成油酰辅酶A。在酵母中，硬脂酰-ACP首先被转化为硬脂酰辅酶A，再经去饱和作用形成油酰辅酶A。此外，酵母中的油酰辅酶A既能在线粒体或内质网中水解生成游离脂肪酸，也可以从游离脂肪酸重新酯化为油酰辅酶A。而在人体内，硬脂酰-ACP先水解生成游离脂肪酸，再合成硬脂酰辅酶A，最终通过去饱和作用形成油酰辅酶A。在神经酸生物合成的第2阶段，不同生物均以油酰辅酶A为底物，在脂肪酸延长酶（FAE）模块中的多种酶的循环催化下逐步延长碳链，但植物、酵母和人的FAE模块所涉及的酶类型存在一定差异，在图3b中以不同颜色标注。以植物体系为例，丙二酰辅酶A首先与酰基辅酶A经KCS催化缩合生成3-酮酰基辅酶A，并被3-酮酰基辅酶A还原酶（KCR）还原为3-羟基酰基辅酶A，再经3-羟基酰基辅酶A脱水酶（HCD）催化，脱去一分子水形成2,3-反式烯酰辅酶A；最后在反式-2,3-烯酰辅酶A还原酶（ECR）的作用下生成长链酰基辅酶A。每完成一次“缩合-还原-脱水-再还原”的循环，脂肪酸碳链即可延长两个碳原子，油酰辅酶A经3个循环后可生成神经酰辅酶A（C_24:1），并且经过肯尼迪途径，神经酸以甘油三酯的形式储存在脂质体中。

此外，研究表明不同来源的KCS具有显著的底物特异性，决定了脂肪酸碳链延伸长度。例如，Joubes等在拟南芥中鉴定出21个KCS基因，发现不同KCS基因在茎、叶、花及种子中的表达程度差异巨大，并可能影响超长链脂肪酸延伸长度。而Li Linkun等通过分析文冠果种子发育过程中神经酸含量的动态变化，推测XsKCS4、XsKCS7和XsKCS8这3种基因在神经酸生物合成中发挥重要作用。异源表达实验显示，XsKCS7在酵母与拟南芥中能够催化神经酸和芥酸（C_22:1）的生物合成，但未表现出对C_18:1的延长能力；而XsKCS4和XsKCS8则均未表现出C_18:1、C_20:1及C_22:1的延长能力，证实了不同KCS在酰基辅酶A碳链延长过程中具有明确的底物选择性。近年来，通过代谢组学、转录组学以及核糖体足迹分析等手段，研究人员已系统解析了元宝枫、文冠果和蒜头果等植物的脂肪酸代谢特征及神经酸合成调控机制。这些研究不仅为阐明产油生物脂肪酸代谢网络奠定了理论基础，也为通过遗传与代谢工程优化底盘生物的神经酸合成能力提供了重要依据。

2.2 基因工程植物

如前所述，不同来源的KCS在酰基辅酶A碳链延长中表现出底物选择性差异。因此，在产油植物中异源表达特定的KCS基因，成为植物源神经酸生产的重要策略之一。如表3所示，将碎米荠的CgKCS基因导入高芥酸龙骨芥后，神经酸产量提高约15倍，芥酸占比也从未改造龙骨芥的38.0%～40.0%降低至5.0%～6.0%，表明CgKCS基因可能具有特异性延长芥酸碳链合成神经酸的能力。此外，银扇草富含芥酸和神经酸，其KCS基因（LaKCS）在龙骨芥中异源表达后，转基因植株籽油中神经酸占比可达30.0%。进一步分析表明，LaKCS的转录水平与芥酰辅酶A（C_22:1）延长活性呈显著相关性，这证明该基因具有促进神经酸合成的能力。类似的，将蒜头果的MoKCS11基因在拟南芥中进行异源表达，可使拟南芥籽油中的神经酸占比从0.2%提高至5.0%，这表明蒜头果的KCS基因也具有强大的促进神经酸合成能力。然而，基因工程改造植物的周期较长，且在神经酸生产应用中仍面临土地占用量大、生长周期长、种子收集困难及芥酸含量高等限制，是植物法合成神经酸的主要瓶颈难题。

2.3 代谢工程改造酵母

与土拉弗朗西斯菌等致病菌相比，酵母生物安全性更高、产油能力更强，已广泛应用于α-亚麻酸、二十二碳六烯酸（DHA）、二十碳五烯酸（EPA）等功能性脂肪酸的合成。早期改造微生物生产神经酸的策略相对简单，主要将高产神经酸植株的关键脂肪酸延长酶基因在产油酵母中异源表达提高神经酸生产效率。例如，Fillet等在高产油圆红冬孢酵母中共表达脂肪酸延长酶基因CgKCS（碎米荠）和CraKCS（海甘蓝），获得了总油脂滴度50.0 g/L、神经酸相对含量为16.0%的工程菌株。如表4所示，随着神经酸代谢途径的逐步阐明和发酵工艺优化，基于酿酒酵母、圆红冬孢酵母及解脂耶氏酵母等底盘菌株的神经酸生物合成改造策略正逐渐扩展。Liu Junfeng等利用β-雌二醇诱导表达系统增强脂肪酸延长酶基因（ELOVL1）的表达，并敲除了负责将C_18:0延长至C_24:0的ELO2基因，改造后的酿酒酵母中神经酸占比达到总脂肪酸的0.7%。Zhang Yue等通过在酿酒酵母共同表达MoKCS与ChFAE1并敲除ELO2，获得了神经酸占其总脂肪酸组成3.3%的工程菌株，并在优化培养条件后得到57 mg/L的神经酸滴度。这两项研究均采用过表达脂肪酸延伸酶基因，并结合对竞争途径的抑制策略对酿酒酵母进行改造，实现了神经酸在酵母中的合成积累，并且均验证了ELO2的缺失可有效削弱神经酸生物合成的竞争途径。

近年来，针对圆红冬孢酵母、解脂耶氏酵母等产油酵母神经酸生物合成策略的进一步完善和优化。Liu Feixiang等评估了3种植物来源KCS的催化偏好，并过表达圆红冬孢酵母内源KCR、ECR和HCD基因以增强FAE模块延长效率，同时利用启动子#LDP1强化CgKCS表达解决神经酸积累受限问题。在此基础上，通过表达去饱和酶基因MaO9des促进C_24:0在n-9位形成双键，最终获得了一株油脂滴度95.4 g/L、神经酸在脂质组成占比46.3%的菌株。Wang Kaifeng等通过引入KCS基因和去饱和途径，结合β-氧化途径缺失，实现以“阻断-拉动-约束”的策略提高解脂耶氏酵母中硬脂酸前体的供应，并引入来自蒜头果的MoLpaat替换内源LPAAT，获得的菌株在5 L发酵罐中油脂生产达57.8 g/L，其中神经酸占比23.4%。Su Hang等在解脂耶氏酵母中反复表达编码CgKCS、gELOVL6和去饱和酶MaOLE2基因，并利用柔性甘氨酸连接体（GGGGGGGG）将MaOLE2与CgKCS偶联以提高油酰辅酶A利用率，结合内质网表达MoGPAT与DGAT、敲除AMP激活的蛋白激酶基因SNF1等手段，最终得到的解脂耶氏酵母在50 L发酵罐中神经酸滴度达17.3 g/L。

总体而言，改造产油酵母生物合成神经酸主要通过KCS基因组合表达、去饱和、FAE模块强化、神经酸储存优化等多重手段实现（图4）。针对不同底盘菌株的多策略代谢工程改造已被证明可有效提高神经酸的微生物合成水平。随着遗传操作工具的不断发展以及脂质代谢网络的进一步解析，预期将出现更多的通路构建与系统化改造办法，从而充分挖掘产油酵母或者其他底盘菌株的代谢潜力，再结合发酵工艺优化将大大促进神经酸的生物合成效率。