絲裂霉素是上世紀60年代于土壤鏈霉菌中分離得到的一類活性天然產物，大多數成員擁有吲哚醌并吡咯并氮丙啶的特征性6/5/5/3稠環骨架，化學合成十分困難。還原后的絲裂霉素具有高親電性，可導致細胞中DNA的烷基化。絲裂霉素具有良好的抗腫瘤活性，其中成員C對多種癌癥有效，臨床應用已有半個多世紀。早期的同位素標記實驗表明，絲裂霉素來源于3-氨基-5-羥基苯甲酸（AHBA）、D-氨基葡萄糖（GlcN）和S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）等生物前體。1999年，Sherman等人報道了絲裂霉素的生物合成基因簇。此后，SAM參與的骨架甲基化修飾以及AHBA和乙?；腉lcN前體（AHBA-GlcNc）在?；d體蛋白（ACP）上的偶聯先后得以證實。如何進一步處理偶聯產物AHBA-GlcNAc以構筑絲裂霉素特有的稠環骨架，過去20多年來知之甚少，很大程度上源于載體蛋白上代謝中間體的檢測與表征困難。深入研究絲裂霉素的生物合成機制，對絲裂霉素的工業生產、發酵菌種改造以及具有生理活性的類似天然產物的發現具有重要意義。

　　近期，中國科學院上海有機化學研究所劉文課題組發展了一種基于基因工程的內源表達體系，用于追蹤掛載在載體蛋白上的絲裂霉素中間體。結合生物信息學、基因敲除和代謝分析等手段，鎖定了脫乙酰酶MitF、自由基SAM酶MitD和NADPH依賴的還原酶MitF三個蛋白參與了糖苷前體AHBA-GlcNAc的處理與轉化。

　　課題組在載體蛋白上重構了糖苷中間體AHBA-GlcN，在此過程中驗證了MitC的脫乙酰酶活性；以AHBA-GlcN為底物，證實了MitD和MitF以一種罕見的協作模式，共同負責末端為環氧的線性氨基糖中間體的形成。首先，還原酶MitF將載體蛋白上的底物AHBA-GlcN還原為線性的氨基糖。該反應涉及半縮醛的互變異構和NADPH參與的亞胺還原，在缺乏下游酶驅動的進一步轉化時并不容易發生。隨后， MitD利用SAM的均裂產生5'-脫氧腺苷自由基，攫取線性氨基糖上的氫原子，從而啟動一個由自由基介導、氧化還原凈結果為中性的脫水過程。產生的線性氨基糖中間體，為在載體蛋白上構筑絲裂霉素特征性的稠環骨架提供了結構基礎。

　　這一工作為絲裂霉素骨架構筑過程的解析提供了新的見解，拓展了發生在載體蛋白水平上的生物合成研究，有望在合成生物學領域得以應用，以設計和開發具有臨床應用潛力的高張力稠環化合物。上述工作已經在J. Am. Chem. Soc.上在線發表（DOI: 10.1021/jacs.2c06969），上海有機所劉文課題組王思禮博士為論文第一作者，該工作得到國家自然科學基金委的資助。

圖 絲裂霉素的生物合成機制研究進展