糖苷類化合物是中藥中一類重要的活性成分，也是藥物先導(dǎo)分子的重要來源，中藥中糖苷類化合物常以酰基化的形式存在，其中丙二酰基化是常見的酰基取代形式之一。丙二酰基取代在改善糖苷類化合物親脂性，保護(hù)糖基部分免受降解等過程中發(fā)揮重要的作用。利用化學(xué)法進(jìn)行丙二酰基化修飾通常會(huì)遇到選擇性差、成本高且環(huán)境不友好等問題，因此糖苷類化合物的酶法酰基化修飾，以及具有新穎催化活性丙二酰基轉(zhuǎn)移酶的尋找備受關(guān)注。
管花肉蓯蓉（Cistanchetubulosa）是中藥肉蓯蓉的基原植物，含有以苯乙醇苷類化合物為代表的結(jié)構(gòu)多樣、生物活性顯著的酰基糖苷類成分。北中醫(yī)團(tuán)隊(duì)在對其酰基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行研究的過程中，發(fā)現(xiàn)一個(gè)新型花色素苷丙二酰基轉(zhuǎn)移酶CtMaT1。體外酶催化活性顯示，CtMaT1除能催化花色苷類化合物發(fā)生丙二酰基化反應(yīng)外，還可接受苯乙醇苷、二苯乙烯苷、萘酚苷、蒽醌苷、黃酮苷、二氫黃酮苷、黃酮醇苷、異黃酮苷、查耳酮苷、xanthone苷、香豆素苷、木脂素苷、環(huán)烯醚萜苷、氰苷、二萜苷及三萜皂苷類等不同結(jié)構(gòu)類型糖苷類化合物為底物，催化相應(yīng)單/雙丙二酰基化產(chǎn)物的生成，是迄今為止報(bào)道的底物雜泛性最強(qiáng)的丙二酰基轉(zhuǎn)移酶。其中苯乙醇苷、二苯乙烯苷、蒽醌苷、木脂素苷、環(huán)烯醚萜苷及復(fù)雜結(jié)構(gòu)三萜皂苷類化合物的酶法丙二酰基化修飾均為首次報(bào)道。研究進(jìn)一步構(gòu)建了“一鍋法”反應(yīng)體系并將其應(yīng)用于系列具新穎結(jié)構(gòu)的丙二酰基取代糖苷類化合物的制備。通過對酶催化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的精確鑒定，發(fā)現(xiàn)CtMaT1催化的丙二酰基化反應(yīng)特異性地發(fā)生在底物葡萄糖鏈的6位羥基，是一個(gè)兼具底物雜泛性和催化位置特異性的丙二酰基轉(zhuǎn)移酶。
基于CtMaT1獨(dú)特的催化活性，利用AlphaFold2對CtMaT1的蛋白三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了預(yù)測，并結(jié)合分子對接、分子動(dòng)力學(xué)模擬和QM/MM計(jì)算揭示了CtMaT1識(shí)別底物雜泛性、葡萄糖苷類底物偏好性及催化位置特異性的分子機(jī)制，同時(shí)結(jié)合蛋白定點(diǎn)突變獲得了雙丙二酰基化產(chǎn)物產(chǎn)率升高的突變體，并通過MM/GBSA反應(yīng)結(jié)合能分析探討了突變體活性改變的分子機(jī)制。
此項(xiàng)研究鑒定了首個(gè)兼具底物雜泛性及催化位置特異性的丙二酰基轉(zhuǎn)移酶，為藥用活性丙二酰糖苷類化合物的制備提供了新的途徑，也為含丙二酰基取代糖苷類化合物生物合成工程菌的構(gòu)建提供了基因元件，亦為植物來源丙二酰基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)與功能的研究提供了參考依據(jù)。相關(guān)研究結(jié)果近日以“Molecular characterization and structure basis of a malonyltransferase with both substrate promiscuity and catalytic regiospecificity from Cistanche tubulosa”為題在線發(fā)表于藥學(xué)領(lǐng)域中科院一區(qū)期刊Acta Pharmaceutica Sinica B (DOI:10.1016/j.apsb.2024.02.007)。北京中醫(yī)藥大學(xué)北京中醫(yī)藥研究院副研究員劉曉為該文的第一作者及共同通訊作者，中藥學(xué)院2017屆碩士畢業(yè)生劉雨雨為論文第二作者，屠鵬飛教授、史社坡研究員、李軍研究員為該文的
共同通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“合成生物學(xué)專項(xiàng)”，國家自然科學(xué)基金，北京市自然科學(xué)基金，北京中醫(yī)藥大學(xué)揭榜掛帥項(xiàng)目，中國科協(xié)青年人才托舉項(xiàng)目等課題的資助。
