近日，微生物代谢全国重点实验室、生命科学技术学院、张江高等研究院瞿旭东团队在国际期刊 《Angewandte Chemie International Edition》发表了题为“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 兼具广泛底物兼容性的结构基础与催化机制，并据此构建了天然产物后期酰化修饰的多酶催化平台，成功获得抗真菌活性显著提升的 UK-2A 衍生物，为天然产物的精准修饰提供了新策略。上海交通大学博士后郑梦梦为本文第一作者，瞿旭东教授为通讯作者，本室为第一通讯单位。

研究背景

   酮类天然产物是药物与农用活性分子的重要来源，其结构多样性由碳骨架装配与骨架形成后修饰两个层级共同塑造。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与活性分子创制的核心方向。

前期积累：打通骨架装配链条，走向后期修饰

研究团队前期聚焦聚酮骨架装配阶段，建立了非天然延伸单元的生物合成与供给途径（ACS Catal. 2021；Angew. Chem. Int. Ed. 2022），解析了酰基转移酶（AT）的底物识别机制（J. Am. Chem. Soc. 2015；Angew. Chem. Int. Ed. 2018），并通过酶工程拓展其底物适应范围，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，获得了一系列新结构分子及活性提升的衍生物（ACS Catal. 2025；Org. Lett. 2025）。

随着骨架层面的改造策略逐步成熟，团队将目光转向骨架形成后的后修饰阶段，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”？AntB 是抗霉素家族（antimycin）生物合成中的后修饰酰基转移酶。已有研究表明其具有较好的酰基供体宽泛性，但其受体适应范围是否突破原生抗霉素骨架、扩展至其他类型天然产物，尚不清楚。

研究推进：AntB具有供体—受体双重底物宽泛性

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。AntB 可利用 43 种结构各异的酰基供体，其中 22 种为此前未报道的新底物；其识别范围突破了原生抗霉素骨架，拓展至聚酮、萜类、生物碱及芳香类等 8 种天然产物，部分底物还可发生连续酰化。由此，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”。

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

机制解析：三通道结构支撑双重兼容性

团队解析了 AntB 的游离态、底物及产物复合物晶体结构，结合定点突变与分子模拟揭示了其机制基础。即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，支撑双重底物兼容性；明确了 His117 作为催化碱、Asp121 维持活性构型的关键作用。基于此，团队通过蛋白质工程获得 S17A/M265L 双突变体，催化效率达野生型 AntB 的 4.45 倍。

图2  AntB可利用多样化酰基供体实现天然产物后期酰化

应用验证：多酶催化平台助力UK-2A活性提升

为将这一后修饰酶元件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）、AliA100 耦合，构建一锅式多酶催化体系—以游离羧酸为酰基来源，原位生成酰基辅酶 A后由 AntB 完成酰基转移，实现“供体生成”和“后期修饰”的整合。依托团队前期在农用抗菌剂UK-2A 方面的研究积累（ACS Synth. Biol. 2019；ChemBioChem 2025），以 UK-2A 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，较 UK-2A 提升约 10.7 倍。

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

总结与展望

从前期“非天然延伸单元供给—识别利用—骨架装配”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 的双重底物宽泛性及其可工程化特征，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开辟了新思路。

本研究工作得到了国家重点研发计划、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等支持，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