硫酸化反应广泛存在于生物体内源性物质代谢及外源性物质化学修饰过程中，对细胞发育、分化、免疫、解毒等生物学功能作用显著。在生物体中，大部分硫酸转移酶催化3'-磷酸腺苷-5'-磷酸硫酸(3'-phosphoadenosine-5'-phosphosulfate，PAPS)的硫酸基团转移到对应的底物中合成硫酸化的代谢产物。上述硫酸化反应机制也用于生物体或体外酶法制备肝素、硫酸软骨素、羟胺硝喹等化合物。但PAPS是一类高能磷酸化合物，在胞内不能大量积累，在体外不能稳定保存。因此，构建稳定、高效的PAPS合成体系对肝素、硫酸软骨素、羟胺硝喹等高附加值化合物的生成尤为重要。
在过去十年，研究者从PAPS的代谢途径、合成方式及其生物学应用对其进行探究。文中主要综述了全细胞合成PAPS、体外酶法制备PAPS及PAPS的生物学应用，为PAPS的高效制备及其应用提供潜在的方向。
综上所述，全细胞合成PAPS要解决的关键问题是：①增强硫酸基团转运和供给能力：通过异源表达钠离子依赖性离子通道增强硫酸基团转运能力。②增强ATP的合成速度，同时增加ATP流向PAPS的代谢通量维持机体正常的ATP供给水平。③解除APS的反馈抑制、底物抑制作用：提高APS激酶活性和对ADP的释放能力从而消除APS对APS激酶的抑制作用，同时提高ATP硫酸化酶对APS的释放能力达到提高ATP到PAPS的转化率。
综上所述，以PAP为底物催化合成PAPS时，需要解决的问题包括：①减少底物结合口袋帽子结构的酸性氨基酸含量：通过点突变减少帽子结构中Glu的含量，从而减少帽子结构对于带负电荷的底物PAP的排斥作用，提高酶对PAP的亲和力。②理性设计突变底物结合口袋的氨基酸序列：通过增加碱性氨基酸的数量进一步提高底物结合口袋对于PAP的正负电荷引力作用，同时扩大底物结合口袋提高PAP进入底物结合口袋的速率从而达到提高PAPS合成速率的目的。③提高ASTIV二硫键形成的速率：通过融合蛋白或者共表达伴侣分子等策略提供二硫键形成的环境提高ASTIV二硫键形成的速率达到提高ASTIV可溶表达水平。
PAPS再生系统在整个化合物的硫酸化修饰过程中占据无比重要的位置，且对于工业化应用来说是成本控制的关键。目前不论从ATP合成PAPS还是从PAP合成PAPS的合成成本都离工业化还有一段距离。因此，未来可以从提高酶的活性表达和酶的转化效率上来进一步提高合成PAPS的速度达到降低生产成本的目的。提高酶的活性表达水平包括：1)优化酶的转录和翻译元件，如优化启动子、RBS、终止子序列等。2)提高二硫键形成速率帮助酶正确折叠，如共表达伴侣分子DsbL、在N端融合硫氧还蛋白、筛选合适的信号肽将酶分泌到周质空间等。3)优化诱导剂浓度、诱导温度等培养条件提高酶的表达。提高酶的转化效率是指提高比酶活，是根据ATP硫酸化酶、APS激酶和ASTIV的底物结合口袋和催化机制来理性设计调控底物结合口袋和通道序列，达到提高底物结合能力及产物释放速度。