来源：ACS Omega | 编译：DNA Lab Space
天然产物的结构多样性，决定了其生物活性的丰富程度。如何高效、绿色地制造这种多样性，一直是药物筛选领域的核心命题。瑞士日内瓦大学的研究团队近期给出了一份漂亮的答卷——他们利用变色栓菌来源的漆酶，对三种植物来源的芳香族化合物进行生物转化，一次性分离出13种结构各异的衍生物，其中10种为全新化合物。这项工作发表在《ACS Omega》上。
研究背景
天然产物长期以来是药物发现的重要源泉，但自然界提供的骨架终究有限。化学合成虽然能扩展结构空间，却往往涉及有毒试剂和多步反应，与绿色化学的理念相悖。生物转化——利用酶或微生物催化底物发生结构修饰——提供了一个折中方案：反应条件温和、选择性好、环境友好。
在众多生物转化工具酶中，漆酶（laccase）格外引人注目。这种含铜氧化酶能催化酚类底物的单电子氧化，生成反应活性极高的自由基中间体。这些中间体随后可发生偶联、加成等非酶促反应，从而创造出结构远比底物复杂的产物。此前，漆酶介导的转化已在多种化学类型中成功获得生物活性化合物。
本研究的焦点是三类结构相近但氧化程度不同的底物：二氢二苯乙烯类化合物gigantol（1），以及菲类化合物flavidin（2）和coelonin（3）。这些化合物均来自兰科植物，具有潜在的药理活性，但其漆酶介导的生物转化此前未见系统研究。研究者选择变色栓菌（Trametes versicolor）来源的漆酶作为催化剂，试图探索这些底物在酶促氧化条件下能产生怎样的结构多样性。
研究方法
材料与仪器配置
三种底物均购自商业渠道。Gigantol（CAS: 83088-28-2）购自法国Extrasynthese公司；flavidin（CAS: 83924-98-5）和coelonin（CAS: 82344-82-9）购自中国湖北ChemFaces公司。变色栓菌漆酶（CAS: 80498-15-3）购自德国Merck公司。
结构鉴定依赖两台核心仪器。紫外光谱由HACH UV–vis DR/4000分光光度计记录。核磁共振数据在配备QCI 5 mm低温探头和SampleJet自动进样系统的Bruker Avance Neo 600 MHz谱仪上采集，以残余DMSO-d6信号（δH 2.50；δC 39.5）为内标，化学位移以ppm（δ）表示，偶合常数（J）以Hz为单位。完整的结构归属基于COSY、ROESY、HSQC和HMBC等二维核磁实验。
分析尺度生物转化反应
反应在2 mL Eppendorf管中进行，每管只处理一种底物。反应总体积为0.5 mL。底物先用乙醇溶解，终浓度为1 mg/mL，即每管含500 μg底物。漆酶最后加入，用量为30 μL、浓度12.5 U/mL的水溶液。
反应体系的溶剂组成经过精心设计：乙醇占比10%，丙酮最高可达60%，水占30%至90%（体积比）。配制完成后，混合物在室温、避光条件下持续轻微振荡。反应3至9小时后，用500 μL乙酸乙酯萃取反应介质。有机相在氮气流下干燥，最终溶于200 μL甲醇，供超高效液相色谱分析。
条件优化与放大
小型转化实验旨在考察不同条件下底物的反应活性。研究者测试了10%至70%的有机溶剂浓度范围和10至100 U/mL的漆酶储备液浓度范围。反应进程通过UHPLC-PDA-ELSD-MS监测——具体而言，是观察底物信号是否显著下降、质谱基峰强度（BPI）色谱图中是否出现多个新峰。
放大反应采用20至50 mg底物，反应体积5至10 mL，监测条件与分析尺度相同。待底物消耗完全后终止反应，粗混合物经高效半制备液相色谱纯化，采用干法上样（dry-load injection）技术。分离得到的衍生物随后进行详细的波谱学分析，以实现 unambiguous 的结构确证。
研究结果
Gigantol的转化产物
在gigantol（1）的生物转化条件筛选中，30%有机溶剂、30 μL浓度12.5 U/mL的漆酶溶液、室温孵育9小时的组合产生了最丰富的质谱特征峰。这些信号对应三类衍生物：羟基化产物（m/z 291 [M+H]+）、乙基化产物（m/z 319 [M+H]+）以及gigantol的二聚体（m/z 545–549 [M+H]+）。
主要化合物4和5在几乎所有测试条件下都能观察到，另有6至9等次要衍生物伴随产生。值得注意的是，gigantol始终未被完全转化——即便在优化条件下，底物信号依然存在。
当缩短孵育时间并提高漆酶浓度时，反应路径发生了有趣的变化：一些次要衍生物减少，取而代之的是12和13这两个不寻常的化合物。这表明反应条件的微调能改变产物的分布格局。
产物分离与结构鉴定
经过条件优化和放大反应，研究团队从三种底物的转化混合物中分离出13种结构多样的衍生物。经高分辨质谱（HRMS）和核磁共振波谱综合表征，其中10种化合物被确认为首次报道的新化合物。这些产物涵盖单体、二聚体乃至三聚体——不同聚合程度的产物共存于同一反应体系中，反映出漆酶催化产生的自由基中间体具有多种偶联路径。
反应条件的调控效应
有机溶剂比例是一个关键变量。研究者测试了10%至70%的有机溶剂浓度范围，发现溶剂组成显著影响转化效率和产物分布。漆酶浓度同样具有调控作用——10至100 U/mL的储备液浓度范围内，高浓度漆酶配合短时间孵育能诱导非常规衍生物的产生。
反应时间从3小时到9小时不等。延长孵育时间有利于主要产物的积累，而缩短时间则可能捕获动力学控制的中间产物。室温条件和避光处理保证了反应的可重复性。
底物依赖的转化行为
三种底物虽然结构相似，但转化行为各有特点。Gigantol的转化最为复杂，产生了包括二聚体在内的多种衍生物；flavidin和coelonin作为菲类化合物，其转化产物中同样检测到寡聚物。这些差异可能源于底物分子上酚羟基的位置和数量不同，影响了自由基的稳定性和偶联位点。
讨论与展望
这项研究的意义在于方法学层面。漆酶介导的生物转化并非新概念，但将其系统应用于二氢二苯乙烯和菲类骨架，并成功分离出多种新化合物，这本身就拓展了天然产物结构空间的边界。10个新化合物的发现比例相当可观——13个分离产物中，超过四分之三是首次报道。
从实用角度看，该工作流程具有明显优势。反应条件温和（室温、常压、水相为主），催化剂是商业化酶制剂，无需工程菌株或辅因子再生体系。干法上样的半制备液相色谱有效解决了粗提物中极性差异大、易拖尾的分离难题。
当然，这项研究也有未展开的面向。论文摘要未详述13个化合物的具体生物活性数据，也未涉及产物的立体化学细节。漆酶催化偶联反应的区域选择性和对映选择性控制，通常是这类转化面临的共性挑战——但原文未提供相关讨论，这里不做推测。
一个值得注意的观察是gigantol始终无法被完全转化。这究竟是底物抑制、产物反馈抑制还是反应平衡所致，原文未给出明确解释。若后续研究能阐明这一现象的机制，或许能通过调整加酶方式或分批补料策略实现更彻底的转化。
总体而言，这项研究为天然产物衍生化提供了一个高效、绿色的工具箱。真菌漆酶介导的生物转化，有望在药物筛选前期的化合物库构建中发挥更大作用——尤其是对于那些化学合成难度大、但具有良好生物活性的植物源骨架。
参考来源
Favre-Godal Q, Marcourt L, Giraud M, et al. Laccase-Catalyzed Biotransformation of Dihydrostilbenes and Phenanthrenes: A Route to Novel Natural Product Derivatives. ACS Omega, 2025. PMID: 42495288.
PMID: 42495288