萜类化合物的非常规生物合成研究进展

萜类化合物是自然界中广泛存在的一类具有重要生理功能和显著生物活性的天然产物,在食品、医疗及日化行业有着广泛的应用。在萜类化合物的生物合成途径中,萜类合酶往往决定了萜类碳骨架的种类和结构新颖性,细胞色素P450酶等后修饰酶则可对碳骨架进行多种修饰,最终形成结构和功能都具有丰富多样性的萜类化合物。近年来,随着基因测序技术与合成生物学的发展,大量植物和微生物来源的萜类生物合成酶被表征,令人兴奋的是,其中包含一些与经典萜类合酶不同的非常规萜类合酶,它们亦可催化生成独特的环化萜类骨架。与此同时,利用组合生物合成等策略,人们创造了许多新颖的非天然萜类化合物,进一步丰富了萜类资源库。本文综述了近5年在非常规萜类环化酶与组合生物合成途径等方面取得的最新研究进展,以期为未来新型萜类化合物的发现和生物合成提供启示。本文首先综述了新发现的具有萜类环化功能的新酶,包含Ⅰ型萜类合酶新亚族、非角鲨烯来源三萜合酶、UbiA型萜类环化酶、细胞色素P450氧化酶、甲基转移酶、钒依赖卤素过氧化物酶、卤代酸脱卤酶等,同时还对其序列、功能和可能的环化机制进行了介绍,有助于理解自然界中萜类生物合成酶的进化起源和发现新颖萜类化合物。然后,本文介绍了非常规萜类衍生物的组合生物合成,通过将萜类合酶与甲基转移酶、天然或人工细胞色素P450氧化酶进行组合,产生了一系列包含非常规C_(11)、C_(16)骨架以及具有不同氧化形式的非天然萜类化合物,可为往后萜类化合物的结构创新研究带来启发。这些新颖酶元件的挖掘与新型组合生物合成途径的构建,将进一步拓宽萜类化合物的结构多样性和化学空间,有望为临床萜类药物研发提供更多的潜在小分子。