繼2015年在《自然》上報道了兩個小分子硫醇參與的林可霉素生物合成機制后，近期，中國科學院上海有機化學研究所劉文團隊通過進一步研究闡明了林可酰胺類***的后期關鍵生物合成途徑（J. Am. Chem. Soc., 2016，138, 6348-6351）。
      林可酰胺類***（lincosamides）是一類臨床上重要的***家族，其代表成員林可霉素（lincomycin）長期被用于**革蘭氏陽性菌引起的感染。在前期研究中，劉文團隊發(fā)現(xiàn)林可霉素的生物合成是在兩個小分子硫醇（ergothionein, EGT和mycothiol, MSH）的相互配合且**有序地指導下完成的（Nature, 2015, 518, 115-119）。這一發(fā)現(xiàn)不僅代表了EGT參與生化反應的頭個范例，而且提供了一種MSH依賴的硫元素引入的新模式（圖1）。更重要的是，這一發(fā)現(xiàn)代表了洞悉小分子硫醇在生物體系中的內(nèi)在功能方面所邁出的重要一步。因此，團隊受邀于BioEssays雜志對小分子硫醇的功能進行相關綜述和展望（Bioessays,2015, 37, 1262-7）。
                                       
                                                                             圖1 小分子硫醇參與的林可酰胺類***生物合成途徑

      天然來源的林可酰胺類***都是由鏈霉菌產(chǎn)生，主要包括林可霉素（lincomycin）及其結構類似物天青菌素（celesticetin）。但明顯不同的是，*終產(chǎn)物的結構中卻存在兩種不同的硫修飾基團：在林可霉素中是硫甲基，而在天青菌素中是巰基乙醇的兩碳單元（圖1）。圍繞林可酰胺類***中不同硫修飾的形成機制，劉文團隊展開了一系列詳盡的體內(nèi)（in vivo）及體外(in vitro)研究。他們發(fā)現(xiàn)：在天青菌素的后期生物合成途徑中，MSH來源的半胱氨酸結合物，在CcbF蛋白催化下發(fā)生特殊的氧化性脫羧反應生成醛式產(chǎn)物，隨后在O-甲基化酶Ccb4及還原酶Ccb5作用下生成*終的含兩碳單元的desalicetin；而在林可霉素的后期生物合成途徑中，也存在類似的半胱氨酸結合物中間體，其在LmbF蛋白催化下發(fā)生β裂解反應生成自由的巰基中間產(chǎn)物，隨后在LmbG催化下發(fā)生硫甲基化生成終產(chǎn)物林可霉素。這一對序列上高度同源但活性截然不同的PLP酶（CcbF和LmbF）決定了不同的半胱氨酸基團剪切方式，再在不同的后修飾酶的協(xié)同作用下，*終生成了林可霉素和天青菌素中不同的硫修飾結構（圖2）。在完全闡明兩種后期生物合成途徑后，他們采用體外組合生物合成的方式，對這兩種途徑**同的半胱氨酸中間體分別進行不同的硫處理及后修飾，成功得到了一系列雜合的林可酰胺類***（包括天然來源的 Bu-2545）。

                                                        
                                                                                      圖2 林可酰胺類***的不同硫修飾形成機制
      以上研究發(fā)現(xiàn)不僅闡明了林可酰胺類***結構差異的產(chǎn)生機制，也證實了PLP酶學反應的多樣性，及其在合成生物學中的應用。PLP依賴的酶是生物體內(nèi)廣泛存在的一大類蛋白，參與多種重要的涉及氨基（酸）底物的代謝反應，如轉氨、脫羧、異構化、消除、Claisen縮合等。而在林可酰胺類***生物合成體系中，CcbF和LmbF這兩種PLP依賴的酶雖然同一性高達40%（很可能源于共同的進化祖先），催化的底物結構也類似，但是催化的反應類型卻截然不同。后者催化的是較常見的β消除反應，而前者卻是一種罕見的氧氣依賴的酶，催化特殊的脫羧偶聯(lián)的氧化性脫氨反應。目前，我們熟知的PLP酶活性的多樣性都是來源于PLP穩(wěn)定碳負離子的能力，而只有極少數(shù)PLP依賴的酶能活化氧氣發(fā)生氧化性反應。根據(jù)相關生化實驗結果及目前已知的氧氣活化機制，CcbF催化的反應很可能經(jīng)歷單電子轉移生成過氧自由基負離子的過程。PLP蛋白的酶學活性及其催化機制的闡明必將使我們發(fā)現(xiàn)更多新穎的PLP相關的生化反應及生理功能。
      上述成果主要由劉文課題組博士王敏、副研究員趙群飛等完成，獲得了國家自然科學基金委、科技部和中科院等相關項目的資助。