近日，我院王帅博士与中国医学科学院药物研究所戴均贵研究员团队合作以共同第一和通讯作者身份在国际顶级化学期刊Angewandte Chemie International Edition (Top Journals，IF: 16.6)在线发表了题为 “Functional Characterization and Cyclization Mechanism of a Diterpene Synthase Catalyzing the Skeleton Formation of Cephalotane-type Diterpenoids”的研究论文。该研究发现并功能鉴定了三尖杉烯合酶CsCTS，首次明确了海南粗榧内酯等三尖杉烷型二萜前体为三尖杉烯(cephalotene)，并阐明了其环化机制。
海南粗榧内酯(harringtonolide)是三尖杉属Cephalotaxus植物中cephalotane-type二萜的代表性成分，具有一个刚性骈合的6/6/5/7四环二萜骨架、一个六元内酯桥环和一个四氢呋喃环，分子中共有7个手性中心，骨架新颖独特，具有多种生物活性，尤其对人KB细胞的IC50值达43 nM，极具研发前景。但该化合物的生物合成研究未见报道，其二萜合酶、二萜烯骨架及其环化机制仍是谜团。
该研究从粗榧(C. sinensis)中发现了一个I型二萜合酶能够产生一个主产物和四个脱轨产物，经NMR、化学衍生和X-射线单晶衍射分析确定了主产物的结构为三尖杉烯，从而鉴定了该酶的功能，并命名为三尖杉烯合酶CsCTS (Cephalotaxus sinensis Cephalotene Synthase)。为阐明CsCTS催化机制，作者首先通过分离鉴定脱轨产物结构提出了可能的环化机制，进一步经同位素标记实验和密度泛函理论计算证明了CsCTS的催化机制。最后，结合分子对接、点突变和分子动力学模拟等技术手段，阐明了调控环化过程关键的氢迁移、甲基迁移的关键氨基酸残基，以及CsCTS/TbTS同源酶的进化关系，显示了自然界中植物-基因/酶-途径-代谢产物之间的演化关联性。
该研究发现并鉴定了海南粗榧内酯等三尖杉烷型二萜生物合成第一步反应相关二萜合酶，阐明了其催化机制，为破译和人工构建海南粗榧内酯等三尖杉烷型二萜完整生物合成途径奠定了基础。
王帅博士为论文共同第一作者和共同通讯作者，中国医学科学院药物研究所博士生李常康为论文第一作者，中国医学科学院药物研究所戴均贵研究员为通讯作者。该项目得到了国家重点研发计划(2020YFA0908000)、山东省自然科学基金(ZR2019PC030)及中国医学科学院医学与健康科技创新工程(CIFMS-2022-I2M-2-002)的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202306020
