近日，上海交通大学生命科学技术学院、张江高等研究院合成科学创新研究中心瞿旭东团队在国际权威期刊《Journal of the American Chemical Society》（JACS）发表题为“Iterative enoyl reduction by a FabV-family enzyme expands the chemical landscape of discrete polyketide synthases”的研究成果。上海交通大学博士生高焱为本文第一作者，瞿旭东教授为通讯作者。

聚酮类天然产物具有丰富的结构多样性，其生物合成依赖PKS对碳链进行逐步延伸和修饰。根据组织方式不同，聚酮合酶可分为模块型和离散型等不同体系。模块型I型PKS通常在每一个延伸模块中整合酮基还原酶（KR）、脱水酶（DH）和烯酰还原酶（ER）等还原模块，从而能够精确调控聚酮链不同位置的氧化还原状态。相比之下，离散型PKS由多个相互独立的酶组成，通常缺乏专门的ER模块。因此，这类体系产生的聚酮产物往往以不饱和聚烯烃或芳香结构为主，难以形成高度饱和的聚酮骨架。长期以来，这一现象构成了离散型PKS生物合成中的一个重要“还原缺口”。

图一发现离散型聚酮合酶‘还原模块’

本研究中，研究团队通过对一类离散型PKS系统—KAS III相关聚酮生物合成基因簇开展系统挖掘和进化分析，发现了与KAS III型PKS共同出现的一类FabV家族ER。体外重构实验表明，PbrC16能够在聚酮链逐步延伸过程中迭代催化α,β-烯酰结构的还原，从而将高度不饱和的聚酮中间体转化为高度饱和的产物。进一步研究发现，PbrC16能够接受不同链长及不同起始单元的聚酮底物，对C4–C16范围内的烯酰底物均表现出良好活性。这一结果揭示了一种新的离散型PKS还原逻辑，即通过新ER模块的参与，使聚酮链在逐步延伸的同时同步发生还原，从而实现高度饱和聚酮骨架的形成。

图二系统挖掘KAS III相关聚酮生物合成基因簇

更值得关注的是，PbrC16并不仅仅适用于其天然来源的PKS体系，这类FabV家族成员能够与不同的异源离散型PKS体系协同工作，可对经过多达8轮延伸形成的聚酮链进行连续还原。这表明FabV家族ER具有跨体系应用的潜力，可作为独立的还原模块参与不同聚酮合成途径。

图三FabV型ER在异源离散型PKS系统中协同工作

研究团队进一步解析了PbrC16及其NADH复合物的晶体结构。结果显示，PbrC16具有开放、宽阔的底物结合腔，可容纳较长的聚酮链；其独特的N端β-发夹结构则参与ACP识别，使连接于ACP上的聚酮中间体能够有效进入活性中心。结构分析和MD模拟共同揭示了PbrC16宽泛底物口袋与ACP识别的结构基础，为理解其广泛底物兼容性和ACP识别机制提供了解释。

图四烯酰还原酶PbrC16的晶体结构与底物识别机制

该研究表明离散型PKS并非天然缺乏形成高度还原聚酮的能力，而可能通过招募独立的ER酶实现的还原功能。研究不仅填补了离散型PKS长期存在的“还原缺口”，也为通过引入即插即用的ER模块，为理性改造离散型PKS系统、进一步拓展高度离散型聚酮的化学空间提供了新的酶学工具。

该研究工作获到国家重点研发计划（2025YFA0921000）、国家自然科学基金（32425033，32300044）、上海市重大专项以及吕志和人才发展基金的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c11267