近日，上海交通大学张江高等研究院、生命科学技术学院瞿旭东教授团队在国际化学期刊 Angewandte Chemie International Edition 发表题为“Structural and Mechanistic Basis of Dual Substrate Promiscuity in the Acyltransferase AntB Enables Late-Stage Diversification of Natural Products”的研究论文。该研究系统揭示了细菌酰基转移酶 AntB 同时兼容多种酰基供体与不同天然产物受体的结构基础和催化机制，并据此构建了天然产物后期酰化修饰的多酶催化平台，获得了抗真菌活性显著提升的 UK-2A 衍生物。

图1  AntB双重底物宽泛性及其用于天然产物后期多样化修饰的示意图

聚酮类天然产物是药物和农用活性分子的重要来源，其结构多样性主要在两个层级被塑造：一是碳骨架装配阶段对延伸单元的选择与组合，二是骨架形成后通过后修饰进一步拓展结构与功能。如何在这两个层级实现可预测、可编程的结构改造，是天然产物合成生物学和活性分子创制的重要研究方向。

围绕这一目标，瞿旭东团队前期主要聚焦于聚酮骨架装配阶段的精准改造与多样性创新。在抗霉素等聚酮天然产物生物合成机制研究基础上，团队一方面建立非天然延伸单元的生物合成与供给途径（ACS Catal. 2021, 11, 12179；Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202208734），拓展可用于聚酮装配的结构单元；另一方面解析负责延伸单元选择与装载的酰基转移酶（AT）的底物识别机制（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4183；Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5823），并通过酶工程拓展 AT 的底物适应范围，使人工设计的非天然延伸单元能够被识别并装载到聚酮合成过程中。由此，团队打通了“非天然延伸单元生成—AT识别与装载—聚酮骨架构建”的关键链条，建立了聚酮骨架侧链精准改造的普适性策略，并进一步结合化学—生物合成耦合等方法（ACS Catal. 2025, 15, 889），获得了一系列新结构分子及活性提升的衍生物（Org. Lett. 2025, 27, 4565）。

上述工作主要是在聚酮链装配过程中改变碳骨架。随着骨架层面的精准改造策略逐步建立，团队进一步将研究问题推进到骨架形成之后：能否利用底物宽泛、可工程化的后修饰酶，对已形成的天然产物骨架进行位点选择性的“二次编辑”，从而进一步扩展结构空间和生物活性？围绕这一问题，团队近期将研究重点由“骨架装配阶段”延伸至“骨架形成后的后修饰阶段”，聚焦后修饰酰基转移酶的功能发掘、机制解析与工程化应用。

AntB 是抗霉素家族（antimycin）生物合成过程中的后修饰酰基转移酶。此前，Wenjun Zhang 教授团队首先证实 AntB 可催化抗霉素 C8 位羟基的酰化；随后，刘文教授和 Ikuro Abe 教授等团队进一步揭示了其对多种酰基辅酶 A 供体的适应性，并将其用于抗霉素 C8 位的多样化修饰。这些研究表明 AntB 具有较好的酰基供体宽泛性，但其受体适应范围是否同样宽泛、能否突破原生抗霉素骨架并用于不同类型天然产物的后期修饰，仍有待回答。

本研究围绕这一问题系统扩展了 AntB 的供体与受体结构空间。结果显示，AntB 能够利用 43 种结构各异的酰基供体，其中 22 种此前尚未被报道用于 AntB 催化的此类酰化反应；更重要的是，其受体范围突破了原生抗霉素骨架，可进一步拓展至聚酮、萜类、生物碱及芳香类等 8 种结构差异显著的天然产物，部分底物还可发生连续酰化。由此，研究将对 AntB 的认识从单一的“酰基供体宽泛性”推进到“供体—受体双重底物宽泛性”——该酶既能适应多样化的酰基供体，也能识别不同类型的天然产物受体。

图2  AntB可利用多样化酰基供体实现天然产物后期酰化

为阐明 AntB 如何在同一活性中心中实现这种“双重底物宽泛性”，团队解析了 AntB 的游离态、底物复合物和产物复合物晶体结构，并结合定点突变与分子模拟开展机制研究。结构分析表明，AntB 活性中心形成三个功能通道，分别参与天然产物受体、辅酶 A 部分和酰基链的识别。宽敞的受体结合口袋与开放的供体识别通道相互配合，为其同时兼容不同酰基供体和天然产物骨架提供了结构基础。研究进一步明确了 His117 作为催化碱、Asp121 维持活性构型的关键作用，支持受体羟基去质子化后直接进攻供体硫酯羰基的催化路径。基于这些结构与机制认识，团队通过蛋白质工程获得 S17A/M265L 双突变体，其对模型底物 SPN-J 的催化效率达到野生型 AntB 的 4.45 倍。

为了将这一后修饰酶元件进一步转化为可操作的分子创制平台，团队将 AntB 与工程化酰基辅酶 A 合成酶 UkaQ^FAV（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202208734）、AliA100 耦合，构建一锅式多酶催化体系：以易于获得的游离羧酸为酰基来源，原位生成相应的酰基辅酶 A，再由 AntB 完成后续酰基转移，从而将“酰基供体生成”和“天然产物后期修饰”整合于同一反应体系。依托团队前期在农用抗菌剂UK-2A 生物合成方面的研究积累（ACS Synth. Biol. 2019, 8, 2659；ChemBioChem 2025, 26, e202401050），研究人员以 UK-2A 的去酰化前体为受体，制备了 43 种酰化衍生物。其中 3 种对白色念珠菌的体外抗真菌效力优于 UK-2A；活性最佳的 UK-2-38 最低抑菌浓度为 3.76 ng/mL，而 UK-2A 为 40.13 ng/mL，体外抗真菌效力提高约 10.7 倍。该结果验证了利用酶催化后期修饰进一步拓展天然产物结构空间并优化生物活性的可行性。

图3  AntB多酶催化体系用于UK-2A衍生化及代表性衍生物的抗真菌活性

从前期通过“非天然延伸单元供给—识别利用—骨架装配”实现聚酮碳骨架的精准改造，到本研究利用 AntB 对骨架形成后的官能团进行后期酰化编辑，团队的研究由“骨架怎么构建和改造”进一步延伸至“骨架形成后如何继续功能化”。两类策略前后衔接，逐步形成覆盖“骨架精准构建—后修饰多样化编辑”两个层级的天然产物结构创新路径。AntB 所展现出的双重底物宽泛性及其可工程化特征，不仅为复杂天然产物的后期精准修饰提供了新的生物催化工具，也为药物和农用活性分子的结构优化与功能提升提供了新的研究思路。

论文第一作者为瞿旭东团队博士后郑梦梦，现任上海大学生命科学学院副教授；上海交通大学瞿旭东教授为通讯作者。特别感谢华中科技大学同济药学院张勇慧教授、朱虎成教授、李琴副教授为本研究提供相关酰基受体化合物。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、吕志和人才发展基金及上海市科技重大专项支持，并获得上海同步辐射光源相关线站的技术支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.9826344