来源：ACS Omega | 编译：DNA Lab Space
导语：天然产物的化学多样性是药物筛选的基石，但如何高效、绿色地创造新结构骨架始终是瓶颈。瑞士科学家从云芝真菌中提取漆酶，对三种植物来源的活性化合物——二氢芪类gigantol与菲类flavidin、coelonin——进行酶促生物转化，成功分离出13个结构多样的衍生物，其中10个为全新化合物。这项研究不仅展示了漆酶在构建复杂分子库中的潜力，更提供了一条无需化学合成、环境友好的天然产物衍生化路径。
研究背景
天然产物长期是创新药物的核心来源，其化学结构的微小修饰往往能显著改变生物活性。然而，传统化学合成法在构建复杂手性中心和氧取代模式时步骤繁琐、污染严重。生物转化——利用微生物或酶催化底物结构改造——因此成为绿色化学的重要替代方案。
漆酶（laccase）是一类含铜的多酚氧化酶，广泛存在于真菌、植物和细菌中，能够催化酚类底物的单电子氧化，生成活性自由基中间体。这些中间体可自发进行偶联、加成或重排反应，从而产生结构多样的产物。来自云芝（Trametes versicolor）的漆酶因其高氧化还原电位和良好的底物适应性，在生物转化研究中备受关注。
二氢芪类（dihydrostilbenes）与菲类（phenanthrenes）是兰科植物中常见的次生代谢产物，具有抗氧化、抗炎和抗肿瘤等多种药理活性。gigantol、flavidin和coelonin分别是这两类化合物的代表性成员。但它们的结构相对简单，直接筛选往往难以发现高活性先导物。本研究正是瞄准这一缺口，尝试用漆酶催化这三种底物的结构多样化改造，以生成更复杂的衍生物库供后续生物筛选使用。
研究方法
材料与试剂来源明确
三种底物均购自商业供应商：gigantol（CAS: 83088-28-2）来自法国Extrasynthese公司；flavidin（CAS: 83924-98-5）和coelonin（CAS: 82344-82-9）来自中国湖北ChemFaces公司。漆酶（CAS: 80498-15-3）则购自德国Merck公司，来源为Trametes versicolor。
分析仪器配置
紫外光谱由HACH UV–vis DR/4000分光光度计测定。核磁共振（NMR）数据在Bruker Avance Neo 600 MHz谱仪上采集，配备QCI 5 mm低温探头和SampleJet自动进样器。化学位移以残留的DMSO-d6信号为内标（δH 2.50，δC 39.5），耦合常数J以Hz为单位记录。结构确证依赖二维NMR实验组合：COSY、ROESY、HSQC和HMBC。
分析规模生物转化反应
反应在2 mL Eppendorf离心管中进行，每管仅处理一种纯化合物。反应总体积0.5 mL，底物以乙醇溶解，终浓度1 mg/mL（即每管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、以及30%至90%的水（体积比）。配好后，混合物避光、室温、持续温和摇动。孵育3至9小时后，用500 μL乙酸乙酯萃取反应液。有机相经氮气流干燥，最终溶于200 μL甲醇，通过超高效液相色谱（UHPLC）分析。
条件优化与放大
研究者系统筛选了有机溶剂浓度（10%至70%）和漆酶浓度（10至100 U/mL储备液）的组合。反应进程由UHPLC-PDA-ELSD-MS监测，优化标准是底物信号显著下降且MS基峰强度色谱图中出现多个新峰。放大反应使用20至50 mg底物，反应体系5至10 mL，监测条件与分析规模一致。底物消耗完毕后终止反应，粗混合物进行纯化。
纯化与结构鉴定
粗提物采用高分辨半制备HPLC纯化，使用干法上样（dry-load injection）技术。所有分离产物均通过高分辨质谱（HRMS）和NMR全面表征。gigantol生物转化的分析规模反应中，30%有机溶剂、30 μL漆酶溶液（12.5 U/mL）、室温孵育9小时的条件产生了大量MS特征峰，包括羟基化衍生物（m/z 291 [M+H]+）、乙基化衍生物（m/z 319 [M+H]+）以及二聚体（m/z 545–549 [M+H]+）。
研究结果
底物转化与产物多样性
在优化条件下，gigantol（1）被转化为多个单体、二聚体和三聚体衍生物。主要化合物4和5在多种条件下均稳定出现，另有次要衍生物6至9。值得注意的是，gigantol从未被完全转化，但反应确实发生了生物转化。当缩短孵育时间并使用更高漆酶浓度时，获得了额外的非寻常衍生物12和13，代价是部分次要衍生物产量降低。
新化合物数量与结构解析
整个工作流程最终从三种底物的反应混合物中分离出13个结构多样的衍生物，其中10个为首次报道的新化合物。所有产物均通过HRMS和NMR综合表征，二维NMR实验（COSY、ROESY、HSQC、HMBC）确保结构归属无误。flavidin（2）和coelonin（3）同样表现出反应活性，但原文摘要未详述其具体转化产物和收率数据。
反应条件的精细调控效应
研究发现，反应条件对产物谱有决定性影响。gigantol的转化实验中，30%有机溶剂、12.5 U/mL漆酶、9小时孵育的组合最有利于产生羟基化和二聚体衍生物；而缩短时间、提高酶浓度则偏向生成结构更特别的衍生物12和13。这表明漆酶催化的反应网络可以通过调节参数来定向控制——虽然目前尚无法精确预测每种条件的产物分布，但操作窗口的存在为后续优化提供了空间。
放大反应的可重复性
从分析规模（0.5 mL）放大到制备规模（5至10 mL，20至50 mg底物）后，反应进程在相同UHPLC-PDA-ELSD-MS条件下监测，产物谱基本保持一致。这验证了该生物转化体系的可扩展性，为后续制备足量化合物用于生物活性测试奠定了基础。
结构多样性的化学本质
漆酶催化产生的结构多样性源于其自由基介导的反应机制。底物经单电子氧化形成酚氧自由基后，可发生C–C或C–O偶联形成二聚体，也可与溶剂或反应介质中的亲核物种反应引入羟基、乙基等取代基。m/z 545–549的二聚体峰簇提示存在多种偶联方式（如5-5′、3-3′等），而m/z 291和319的单体峰则对应不同程度的氧化修饰。这种“一酶多产物”的特点，使漆酶成为构建类天然产物化学空间的高效工具。
产物的新颖性与筛选价值
10个新化合物的发现意味着这些结构此前从未被报道过。对于天然产物化学而言，新骨架的获得往往比已知化合物的衍生化更有价值——它们可能具有独特的药效团排列或立体化学特征。研究团队指出，这些新衍生物可作为生物筛选的候选库，探索其抗菌、抗炎或抗肿瘤活性。
讨论与展望
本研究用一株真菌漆酶，将三种简单酚类底物转化为13个结构复杂的衍生物，新化合物比例高达77%。这一成果的亮眼之处不在于单个产物的收率——事实上gigantol从未完全转化——而在于漆酶催化所展现的化学多样性生成能力。从二聚体的多种偶联模式到羟基、乙基的随机引入，漆酶将“结构编辑”的门槛降到了只需调节溶剂、酶量和时间即可。
但也要看到局限。反应产物的不可预测性是当前最大障碍：虽然条件可以影响产物分布，但无法精确控制生成特定化合物。此外，放大到更大规模（百毫克级以上）时产物谱是否漂移，尚需验证。未来若能结合定向进化或固定化酶技术提高选择性，漆酶生物转化有望成为天然产物衍生化的常规工具。
这项研究为天然产物化学提供了一条务实路径：与其费力设计复杂的化学合成路线，不如让酶的自由基化学去“探索”结构空间。10个新化合物已经躺在培养皿里，等待生物活性筛选的检验。
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