我校药学院科研团队在在国际知名催化学期刊《ACS Catalysis》发表研究成果

近日，我校药学院宋恒教授（特聘）团队联合班树荣教授团队在国际知名催化学期刊《ACS Catalysis》（中国科学院一区TOP期刊，影响因子13.1）在线发表题为“Enzyme Engineering and Cofactor Recycling Enable Efficient Biosynthesis of Neuroactive 3α-OH-5βH Steroids with C3 Glycosylation”的研究论文（doi: 10.1021/acscatal.5c06187）。该研究构建了高效多酶级联反应体系，为神经活性3α-OH-5βH甾体及其糖基化衍生物的绿色合成提供了全新策略。我校药学院2022级硕士研究生李郑文为论文第一作者，宋恒教授和班树荣教授为共同通讯作者。

甾体类化合物是一类具有广泛生理活性的重要生物分子，在抗炎、抗癌、免疫调节等方面发挥着关键作用，其中，5β-二氢甾体及其下游代谢产物3α-OH-5βH甾体具有显著的神经活性和子宫收缩抑制作用，是多种临床药物的核心骨架。团队以人源醛酮还原酶AKR1D1为核心，通过酶工程改造策略，成功解决了天然酶催化效率低、底物兼容性有限等关键问题。研究发现，AKR1D1的E120H单点突变可完全丧失其5β-还原酶活性，同时获得羟基类固醇脱氢酶（HSD）活性。在此基础上，团队进一步对活性位点关键残基Y132和W230进行定点突变，构建的双突变体M8和三突变体M16的催化效率（kcat/Km）分别提升了7.8倍和20.7倍，关键还原反应产率分别达到94%和62%。

为实现可持续催化，团队整合葡萄糖脱氢酶（GDH）介导的辅因子再生系统，通过“单酶双构象”的创新设计，仅利用野生型AKR1D1及其E120H突变体便完成了三步连续催化反应，成功构建了从3β-OH-Δ5甾体前体到3α-OH-5βH甾体的通用生物合成途径，实现了五种目标化合物的高效合成，产率介于68%-94%之间。

考虑到甾体类化合物水溶性差的特性，团队进一步开发了YjiC糖基转移酶/SuSy蔗糖合酶耦合的C3位糖基化系统，利用廉价蔗糖作为糖供体再生UDP-葡萄糖，糖基化产物分离产率高达81%-93%，不仅显著提升了化合物的水溶性和生物利用度，还降低了生产成本，为其后续药物研发奠定了坚实基础。

该研究通过酶工程改造、辅因子再生与级联反应设计的有机结合，建立了复杂甾体化合物绿色高效的合成新方法，突破了传统化学合成的诸多局限，为甾体类药物的工业化生产提供了新的技术路线，具有重要的科学价值和应用前景。

（图文/班树荣）