来源：ACS Omega | 编译：DNA Lab Space
天然产物是新药发现的重要源泉，但自然界提供的骨架结构终究有限。如何高效拓展活性分子的化学多样性，一直是药物化学与化学生物学领域的核心命题。瑞士日内瓦大学的研究团队近日在 ACS Omega 上发表了一项颇具启发性的工作：利用云芝来源的漆酶，对三种结构相近的植物次生代谢产物——二氢芪类化合物gigantol以及两种菲类化合物flavidin和coelonine——进行酶促生物转化，成功获得13个结构多样的衍生物，其中10个为全新化合物。一把酶，三种底物，十三个新分子。 这项研究将真菌漆酶的应用场景从传统的木质素降解拓展到了精细天然产物衍生化领域，为生物活性筛选提供了全新的化合物库来源。
研究背景
天然产物的结构修饰通常依赖化学合成路线，但多步反应往往伴随低产率、副产物复杂和环境污染等问题。生物转化策略利用整细胞或分离酶催化特定反应，条件温和、选择性好，被视为绿色合成的重要替代方案。漆酶（laccase，EC 1.10.3.2）是一类含铜的多酚氧化酶，能够催化酚类底物的单电子氧化，生成活性自由基中间体，进而引发C–C或C–O偶联、脱甲基、环化等多种后续反应。来自白腐真菌 Trametes versicolor 的漆酶因其氧化还原电位高、热稳定性好，在生物技术领域应用广泛。
二氢芪类（dihydrostilbenes）和菲类（phenanthrenes）化合物广泛存在于兰科、灯心草科等药用植物中，具有抗炎、抗菌、细胞毒等多种生物活性。然而，这类化合物的结构修饰研究相对有限，尤其是利用氧化酶催化其分子间偶联的报道更为稀少。本研究选择gigantol（一种典型的二氢芪）、flavidin和coelonin（两种天然菲类化合物）作为底物，系统考察了漆酶介导的生物转化反应条件，并深入表征了产物的结构特征。
研究方法
实验材料与试剂。 三种底物中，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。漆酶（CAS: 80498-15-3）来自 Trametes versicolor，购自德国Merck公司。所有试剂均按供应商说明使用，未做进一步纯化。
分析平台搭建。 紫外光谱使用HACH UV–vis DR/4000型分光光度计测定。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核磁共振波谱仪上采集。化学位移以残留的DMSO-d₆溶剂峰为内标（¹H: δ 2.50; ¹³C: δ 39.5），耦合常数J以Hz为单位记录。结构归属基于二维核磁实验（COSY、ROESY、HSQC、HMBC）的完整解析。反应进程监测采用超高效液相色谱-光电二极管阵列-蒸发光散射-质谱联用系统（UHPLC-PDA-ELSD-MS）。
分析尺度生物转化反应。 生物转化反应在2 mL Eppendorf管中进行，每次仅转化一种底物。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，取30 μL浓度为12.5 U/mL的水溶液。反应体系设计为含10%乙醇、最高60%丙酮、30%至90%水（体积比）。配好后，混合物置于室温、避光条件下，持续温和振荡。反应3至9小时后，用500 μL乙酸乙酯萃取反应介质。有机相在氮气流下吹干，残留物溶于200 μL甲醇，随后注入UHPLC进行分析。
条件优化与放大。 研究人员系统考察了有机溶剂浓度（10%至70%）和漆酶浓度（10至100 U/mL储备液）对转化效率的影响。判定最优条件的标准是底物信号显著减弱，同时质谱基峰强度（BPI）色谱图中出现多个新峰。放大反应以20至50 mg底物在5至10 mL反应体系中进行。 在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（semipreparative HPLC）采用干法上样（dry-load injection）模式纯化，最终获得单一化合物供结构鉴定。
研究结果
反应条件的系统筛选。 以gigantol为底物的分析尺度实验中，在30%有机溶剂、30 μL浓度为12.5 U/mL的漆酶溶液、室温孵育9小时的条件下，质谱检测到大量新特征峰。这些信号对应羟基化衍生物（m/z 291 [M+H]⁺）、乙基化衍生物（m/z 319 [M+H]⁺）以及gigantol的二聚体（m/z 545–549 [M+H]⁺）。主要产物4和5在多种条件下均稳定出现， 同时伴随多种微量衍生物（化合物6至9）的生成。值得注意的是，gigantol始终未被完全转化，表明反应可能达到某种平衡或存在底物抑制效应。
缩短孵育时间与提高酶浓度的策略调整。 当孵育时间缩短且漆酶浓度提高时，反应方向发生了显著改变。原本占主导的某些微量衍生物被抑制，取而代之的是两种不寻常的衍生物（化合物12和13）。这一现象提示，反应时间的调控可以直接影响产物谱的分布，为定向获取特定类型衍生物提供了操作窗口。
放大反应与产物分离。 在优化条件下进行放大实验，通过半制备高效液相色谱纯化，最终分离得到13个结构多样的衍生物。经高分辨质谱（HRMS）和一维、二维核磁共振波谱全面表征，确认其中10个化合物为首次报道的新化合物。这一数据意味着新化合物占比高达76.9%。 从结构类型来看，产物涵盖了单体衍生物、二聚体以及三聚体，显示出漆酶催化下多种反应路径的并行发生。
结构多样性解析。 漆酶催化的氧化偶联反应本质上涉及底物自由基的生成与重组。对于gigantol而言，检测到的羟基化产物（m/z 291）表明发生了芳环上的直接氧化加成；乙基化衍生物（m/z 319）则暗示乙醇作为共溶剂参与了自由基捕获反应——这一发现颇具趣味，因为乙醇通常被视为惰性助溶剂，而在此体系中它实际充当了反应物。二聚体（m/z 545–549）的形成则归因于两个底物分子自由基的C–C或C–O偶联。对于flavidin和coelonin两种菲类底物，反应同样展现出丰富的产物谱，但具体结构细节因原文摘要未逐一列出，此处不做过度推断。
转化效率与底物消耗。 尽管gigantol在多种条件下均未实现完全转化，但反应混合物的复杂度显著提升——从单一底物峰演变为包含单体、二聚体、三聚体在内的多组分体系。这种"部分转化"在制备衍生化化合物库的语境下未必是劣势：未反应的底物可通过色谱分离回收，而新生成的衍生物则直接丰富了筛选库的化学空间。
新化合物的结构特征。 13个分离产物中，10个为首次报道，涵盖了多种氧化态和聚合度的结构类型。高分辨质谱提供的精确分子量结合核磁共振的二维谱图，使每个产物的结构归属均达到了原子分辨率水平。虽然原文摘要未逐一列出每个新化合物的完整波谱数据，但研究团队采用的"HRMS+NMR"双重确认策略保证了结构鉴定的可靠性。
讨论与展望
这项研究最值得玩味的发现，是反应条件对产物谱的精细调控。缩短孵育时间、提高酶浓度，竟能逆转某些产物的生成优先级——这提示漆酶催化的生物转化并非简单的一锅乱炖，而是存在可操控的反应动力学窗口。酶催化反应的"时间维度"被巧妙地转化为了产物多样性的调控旋钮。
从应用角度看，10个新化合物的获得绝非数字游戏。天然产物化学长期面临"已知化合物重复发现"的困境，而漆酶催化的氧化偶联能够系统性地产生新骨架，为生物活性筛选注入新鲜血液。该研究选择gigantol、flavidin和coelonin作为底物，可能与其已有的抗炎、抗菌活性报道有关——对这些分子进行结构多样化改造，有望获得活性增强或选择性改变的衍生物。
当然，当前工作仍停留在化合物制备与结构鉴定阶段。产物是否具有优于母体的生物活性、漆酶催化的区域选择性能否通过酶工程进一步精确控制、反应规模能否放大至克级制备——这些问题原文摘要未提供数据，有待后续研究揭晓。但无论如何，这项研究为天然产物衍生化提供了一条操作简便、环境友好且产物多样性丰富的技术路线，其方法论价值值得关注。
参考来源
Favre-Godal Q, Marcourt L, Giraud M, Karmime Z, Marcellin-Gros R. Laccase-Catalyzed Biotransformation of Dihydrostilbenes and Phenanthrenes: A Route to Novel Natural Product Derivatives. ACS Omega. PMID: 42495288.
PMID: 42495288