鳥巢烷型二萜化合物是一類具有獨(dú)特的5-6-7 三環(huán)骨架的物質(zhì)，具有廣泛的生物活性，包括抗病毒、抗炎、腫瘤細(xì)胞毒活性等，其中最引人關(guān)注的是這類物質(zhì)的神經(jīng)營養(yǎng)作用。鳥巢烷型二萜在自然界中僅發(fā)現(xiàn)于少數(shù)幾個(gè)屬的大型真菌中，包括猴頭菌屬Hericium、鳥巢菌屬Cyathus、肉齒菌屬Sarcodon等。發(fā)現(xiàn)于猴頭菌中的erinacine A 被證明可以抑制ROS 介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥、激活神經(jīng)生存的信號通路、促進(jìn)神經(jīng)生長因子的合成和神經(jīng)細(xì)胞突觸的生長。鳥巢烷型二萜有望開發(fā)成為治療神經(jīng)退行性疾病的新型藥物。然而鳥巢烷二萜的獲取阻礙了針對這類分子的深入成藥性評價(jià)，合成生物學(xué)的發(fā)展為其大規(guī)模制備提供了可能性。

中國科學(xué)院微生物研究所劉宏偉研究團(tuán)隊(duì)長期致力于活性鳥巢烷二萜的發(fā)現(xiàn)，及其活性機(jī)制和生物合成研究，相關(guān)研究成果發(fā)表在Angew.Chem.Int.Ed.、J.Biol.Chem.、Eur.J.Med.Chem.、J.Antibio.、Food Chem等刊物。在揭示了鳥巢烷二萜生物合成基因簇及鳥巢烷二萜環(huán)化酶EriG 的功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了在釀酒酵母中重新構(gòu)筑鳥巢烷二萜的生物合成途徑，完成了22 個(gè)不同結(jié)構(gòu)鳥巢烷二萜的產(chǎn)生菌株構(gòu)建，產(chǎn)率最高可達(dá)112.1 mg/L；以同源基因簇的對比分析為線索，發(fā)現(xiàn)并闡明了三個(gè)簇外相關(guān)基因（eriM、eriO 和eriP）的功能；揭示了由FAD 依賴的氧化酶EriM 催化形成烯丙醛的過程，烯丙醛的形成觸發(fā)串聯(lián)邁克爾加成-消除反應(yīng)進(jìn)而形成了具有顯著神經(jīng)營養(yǎng)活性的分子erinacine A。隨后還原酶EriB 作用于自發(fā)反應(yīng)中間體erinacine B 而形成還原產(chǎn)物erinacine C。

同時(shí)，基于糖基轉(zhuǎn)移酶EriJ、脫氫酶EriH 和FAD 依賴的氧化酶EriM 的底物雜泛性，設(shè)計(jì)構(gòu)建了產(chǎn)生新結(jié)構(gòu)“非天然”類似物的菌株。新結(jié)構(gòu)物質(zhì)也展現(xiàn)出對PC12 細(xì)胞的神經(jīng)營養(yǎng)活性，這些新結(jié)構(gòu)物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)也將為構(gòu)效關(guān)系分析提供物質(zhì)基礎(chǔ)，為新藥開發(fā)提供了先導(dǎo)分子。

上述研究成果已于2021年9月在藥學(xué)一區(qū)TOP 期刊Acta Pharmaceutica Sinica B 上發(fā)表，中國科學(xué)院微生物研究所真菌學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生馬柯（現(xiàn)北京大學(xué)博士后）為該論文的第一作者，劉宏偉研究員為該論文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題等項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。（原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsb.2021.04.014 ）

（摘編自2021-10-11 中國科學(xué)院微生物研究所www.im.cas.cn/xwzx2018/kyjz/202110/t20211011_6220316.html）