来源：ACS Omega | 编译：DNA Lab Space
天然产物化学筛选的成败，往往取决于化合物库的化学多样性。结构越丰富，找到活性分子的概率就越高。但自然界能提供的天然骨架终究有限，化学合成又常伴随污染和低选择性。生物转化作为一种绿色策略，正被越来越多地用于扩展天然产物的结构空间。ACS Omega 近期发表的一项研究，利用云芝（Trametes versicolor）来源的漆酶，对三种植物来源的酚类化合物进行酶促改造，成功获得了一系列结构复杂的新衍生物。
该研究由 Favre-Godal 等人完成，聚焦于二氢二苯乙烯类化合物 gigantol 以及两种菲类化合物 flavidin 和 coelonin。在漆酶作用下，这三种底物被转化为多个单体、二聚体和三聚体产物。经条件优化和放大反应后，研究者通过高分辨半制备 HPLC 纯化，最终分离出 13 个结构多样的衍生物，其中 10 个为全新化合物。全部产物经高分辨质谱（HRMS）和核磁共振（NMR）光谱完成结构表征。
研究背景
生物转化并非新概念——微生物或酶催化化学反应已有百年应用史。但在天然产物化学领域，它的价值近年来才被充分挖掘。传统化学修饰往往需要多步保护和去保护操作，条件苛刻且产生大量废弃物。酶催化则温和得多，通常在室温、近中性 pH 的水相中即可进行，选择性也往往优于传统试剂。
漆酶是一种含铜的多酚氧化酶，能够氧化酚类底物，使其形成自由基中间体。这些自由基随后可发生偶联反应，生成结构更为复杂的二聚体或低聚物。这一特性使漆酶成为构建分子复杂性的有力工具。此前已有研究利用漆酶对多种天然产物进行结构修饰，获得了具有新生物活性的化合物。
本研究选择的三个底物——gigantol、flavidin 和 coelonin——均来自兰科植物，属于二氢二苯乙烯或菲类骨架。这类化合物本身具有多种生物活性，包括抗炎、抗菌和细胞毒作用。研究者希望借助漆酶的氧化偶联能力，在这些骨架上引入新的结构特征，为后续生物活性筛选提供更多候选分子。
研究方法
材料与试剂。 底物 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。云芝漆酶（CAS: 80498-15-3）购自德国 Merck 公司。紫外光谱使用 HACH UV–vis DR/4000 仪器测定。NMR 数据在配备 QCI 5 mm 低温探头和 SampleJet 自动进样器的 Bruker Avance Neo 600 MHz 核磁共振波谱仪上采集，以残余 DMSO-d₆ 信号（δH 2.50；δC 39.5）作为 ¹H 和 ¹³C 化学位移内标，偶合常数 J 以 Hz 记录。结构归属基于二维 NMR 实验（COSY、ROESY、HSQC、HMBC）的完整解析。
分析规模生物转化反应。 反应在 2 mL Eppendorf 管中进行，每次转化单一底物。反应总体积 0.5 mL，底物以乙醇溶解，终浓度 1 mg/mL，即每管含 500 μg 底物。漆酶最后加入，用量为 30 μL 的 12.5 U/mL 水溶液。反应体系设计为含 10% 乙醇、最高 60% 丙酮、30%–90% 水（v/v）。配制完成后，反应混合物置于室温、避光、持续温和振荡条件下。反应 3–9 小时后，用 500 μL 乙酸乙酯萃取，有机相经氮气流干燥，最终以 200 μL 甲醇复溶，供超高效液相色谱分析。
条件筛选与放大。 小规模实验中，研究者系统考察了有机溶剂浓度（10%–70%）和漆酶浓度（10–100 U/mL 储备液）的影响。反应进程通过 UHPLC-PDA-ELSD-MS 监测，最优条件定义为底物信号显著下降且 MS 基峰强度（BPI）色谱图中出现多个新峰。放大反应使用 20–50 mg 底物，反应体积 5–10 mL，监测条件与分析规模一致。待底物消耗完全后终止反应，粗混合物经高分辨半制备 HPLC 纯化，采用干法上样（dry-load injection）技术。分离所得衍生物随后进行详细波谱分析以完成结构确证。
gigantol 的优化条件。 在 gigantol（1）的多种反应条件中，30% 有机溶剂、30 μL 的 12.5 U/mL 漆酶溶液、室温孵育 9 小时，产生了最多的 MS 特征峰。这些峰对应 gigantol 的羟基化衍生物（m/z 291 [M+H]⁺）、乙基化衍生物（m/z 319 [M+H]⁺）以及二聚体衍生物（m/z 545–549 [M+H]⁺）。主要化合物 4 和 5 在多种条件下均频繁出现，另有次要衍生物 6–9。值得注意的是，gigantol 始终未被完全转化。当缩短孵育时间并提高漆酶浓度时，获得了额外的非常规衍生物 12 和 13，但部分次要衍生物的产量有所下降。
研究结果
产物分离与结构鉴定。 经过条件优化和放大反应，研究者从三种底物的生物转化混合物中分离出 13 个结构多样的衍生物。其中 10 个化合物为首次报道，这一比例相当可观——意味着该酶促体系具有强大的结构创新潜力。所有产物均通过 HRMS 和 NMR 光谱进行了全面表征，包括基于 2D NMR（COSY、ROESY、HSQC、HMBC）的完整信号归属。
gigantol 的转化产物。 从 gigantol（1）的生物转化混合物中，研究者鉴定了多个类型的衍生物。羟基化产物（m/z 291 [M+H]⁺）和乙基化产物（m/z 319 [M+H]⁺）的存在表明漆酶催化不仅限于经典的氧化偶联，还伴随其他修饰反应。二聚体衍生物（m/z 545–549 [M+H]⁺）则是漆酶催化酚类氧化的典型产物——两个底物分子经自由基偶联形成 C–C 或 C–O 键连接的二聚结构。主要产物 4 和 5 在几乎所有测试条件下都占主导地位，说明它们的形成路径在动力学上具有明显优势。次要产物 6–9 则对反应条件更为敏感，其产量随有机溶剂比例和酶浓度的变化而波动。
反应条件对产物谱的影响。 反应条件不仅影响转化效率，更直接决定产物谱的组成。当使用 30% 有机溶剂、30 μL 的 12.5 U/mL 漆酶、室温反应 9 小时，gigantol 产生丰富的 MS 特征峰，涵盖羟基化、乙基化和二聚体衍生物。但缩短孵育时间并提高漆酶浓度后，产物谱发生显著变化——非常规衍生物 12 和 13 成为主要产物，而部分次要衍生物（6–9）的产量降低。这一现象提示，反应动力学路径之间存在竞争关系：较长的反应时间有利于某些中间体的进一步转化，而高酶浓度和短时间则可能捕获到不同的反应中间态。
flavidin 和 coelonin 的转化。 摘要中提及 flavidin（2）和 coelonin（3）同样被用作底物，但全文关键段未提供这两种底物的具体转化条件及产物数据。从研究整体框架推断，这两种菲类底物的转化遵循类似的实验流程——分析规模条件筛选、放大反应、半制备 HPLC 纯化、波谱结构鉴定。但具体产物数量、结构类型和产率信息，原文摘要未详述。
产物多样性分析。 13 个分离产物中，10 个为全新化合物。这些产物涵盖单体、二聚体和三聚体等多种聚合度。单体衍生物主要来自羟基化或烷基化修饰，二聚体通过分子间氧化偶联形成，三聚体则可能经过连续偶联反应生成。从化学结构角度看，这些产物在原有二氢二苯乙烯或菲骨架上引入了新的官能团和连接方式，显著扩展了该类天然产物的结构空间。漆酶催化的自由基偶联反应具有区域选择性和立体选择性，这解释了为何产物以特定结构为主，而非随机混合。
讨论与展望
这项研究的核心价值在于方法论的示范效应。云芝漆酶作为一种市售商品酶，价格低廉、稳定性好、无需辅因子，却能催化三种不同底物产生如此丰富的结构多样性，这对其在天然产物化学中的推广应用具有积极意义。10 个新化合物的发现也说明，即便在天然产物结构修饰研究已相当充分的今天，酶促策略仍能带来结构创新。
不过，研究也存在明确局限。gigantol 未能被完全转化，意味着部分底物在反应结束后仍以原形存在，这给纯化带来一定困难。此外，部分次要衍生物的产量较低，可能不足以支撑全面的生物活性测试。原文摘要未提供各产物的具体产率数据，也未涉及任何生物活性评价结果。
从应用角度看，这类漆酶介导的生物转化产物可作为天然产物类似物库的来源，用于后续生物筛选。新化合物 12 和 13 的发现尤其值得关注——它们仅在特定的高酶浓度、短时间条件下生成，提示通过精细调控反应参数，可能获得更多非常规骨架。未来的研究若能将酶工程与反应工程结合，定向调控产物谱，这一策略的实用价值将进一步提升。
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