近日，我校董廖斌課題組聯(lián)合南京大學(xué)梁勇課題組，在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Chemistry發(fā)表重要研究成果，論文題為“Exploring bacterial cytochrome P450s for selective activation of aliphatic C–H bonds in pentacyclic triterpenoids”。該研究突破了五環(huán)三萜天然藥物研發(fā)長(zhǎng)期局限于少數(shù)活性位點(diǎn)重復(fù)修飾的瓶頸，首次實(shí)現(xiàn)了五環(huán)三萜B/D環(huán)惰性位點(diǎn)的精準(zhǔn)活化與克級(jí)制備，將長(zhǎng)期被視為“結(jié)構(gòu)盲區(qū)”的B/D環(huán)轉(zhuǎn)化為可持續(xù)利用的新修飾位點(diǎn)，為五環(huán)三萜創(chuàng)新藥物研發(fā)開(kāi)辟了新路徑。我校中藥學(xué)院2022級(jí)博士研究生張曉維與南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院陳紅威特任副研究員為論文共同第一作者，董廖斌教授、梁勇教授為共同通訊作者，中國(guó)藥科大學(xué)為第一通訊單位。
五環(huán)三萜是一類(lèi)結(jié)構(gòu)多樣、生物活性顯著的天然產(chǎn)物，具備發(fā)展為類(lèi)似甾體類(lèi)重磅藥物的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，代表性分子包括HIV抑制劑貝韋立馬、治療Friedreich共濟(jì)失調(diào)的奧馬索隆以及Nrf2激活劑甲基巴多索?。–DDO-Me）等。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，該類(lèi)分子的藥物開(kāi)發(fā)主要依賴(lài)C-3、C-28等少數(shù)活性位點(diǎn)的重復(fù)修飾，難以從根本上突破臨床毒副作用等關(guān)鍵瓶頸。與此同時(shí)，五環(huán)三萜骨架中仍存在大量未被開(kāi)發(fā)的惰性C–H鍵位點(diǎn)，尤其是B環(huán)和D環(huán)區(qū)域，可能蘊(yùn)藏著重塑分子活性、安全性和代謝性質(zhì)的重要空間。由于現(xiàn)有化學(xué)與生物方法均難以對(duì)這些位點(diǎn)實(shí)施高效精準(zhǔn)改造，其長(zhǎng)期處于新藥研發(fā)的“結(jié)構(gòu)盲區(qū)”。因此，發(fā)展能夠選擇性活化五環(huán)三萜惰性位點(diǎn)的新型酶學(xué)工具，對(duì)于拓展其結(jié)構(gòu)修飾邊界和提升成藥潛力具有重要意義。
細(xì)胞色素P450酶因具有精密的底物識(shí)別與催化能力，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)惰性C–H鍵精準(zhǔn)活化的理想工具。但此前可作用于五環(huán)三萜的P450酶均來(lái)自真核生物，受膜結(jié)合特性限制，普遍存在異源表達(dá)困難、應(yīng)用受限等問(wèn)題。為此，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地發(fā)展了“萜類(lèi)合酶-P450”定向挖掘策略，以細(xì)菌萜類(lèi)合酶為錨點(diǎn)挖掘鄰近P450酶，結(jié)合高效體外篩選平臺(tái)，成功從Amycolatopsis pretoriensis中發(fā)現(xiàn)首個(gè)原核來(lái)源的五環(huán)三萜修飾P450酶——ApPT（CYP161H12）。該酶通過(guò)1,5-氫原子轉(zhuǎn)移機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了B環(huán)C-7β和D環(huán)C-15α位點(diǎn)的高效、高選擇性活化，總收率達(dá)99%，突破了化學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)的無(wú)導(dǎo)向基團(tuán)、高立體選擇性C–H鍵官能化難題，并實(shí)現(xiàn)克級(jí)制備。機(jī)制研究進(jìn)一步揭示了酶促1,5-氫原子轉(zhuǎn)移介導(dǎo)的C7-to-C15接力氧化規(guī)律，拓展了生物催化自由基化學(xué)的研究邊界。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)通過(guò)“化學(xué)-酶”法合成獲得了一系列具有抗腫瘤、抗炎活性的邁克爾受體分子，其中部分B環(huán)新穎衍生物展現(xiàn)出良好的先導(dǎo)藥物開(kāi)發(fā)潛力。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
圖1.細(xì)菌P450突破五環(huán)三萜“結(jié)構(gòu)盲區(qū)”，拓展天然藥物開(kāi)發(fā)新空間
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-026-02106-9
（供稿單位：中藥學(xué)院，撰寫(xiě)人：陳艷招，審稿人：劉帆）