科技日?qǐng)?bào)記者 陳曦
3月6日，記者從中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所獲悉，該院高書山研究團(tuán)隊(duì)與杭州師范大學(xué)郭瑞庭教授課題組在酶催化機(jī)制研究中取得突破。長(zhǎng)期以來，活性氧超氧陰離子（O2??）被視為細(xì)胞中的“健康殺手”，它像一把失控的“分子剪刀”，肆意破壞DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子，與癌癥、衰老等重大疾病密切相關(guān)。然而，該研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)最新研究徹底顛覆了這一傳統(tǒng)認(rèn)知。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，超氧陰離子竟能成為藥物合成的“催化劑”，這為藥物綠色制造和合成生物學(xué)領(lǐng)域開辟了全新路徑。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間3月6日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
超氧陰離子是生物體代謝時(shí)產(chǎn)生的一種活性氧自由基。一直以來，科學(xué)家們持續(xù)研究如何清除它，以減輕其對(duì)健康的危害。然而研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，超氧陰離子在特定條件下可以成為高效的生物催化劑，參與麥角堿藥物分子的合成。
據(jù)了解，麥角堿是一類重要的藥物分子，臨床上有10余種藥物基于其結(jié)構(gòu)開發(fā)，用于治療孕婦大出血、帕金森病和偏頭痛等疾病。在合作團(tuán)隊(duì)杭州師范大學(xué)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)數(shù)據(jù)支撐下，高書山首先發(fā)現(xiàn)了參與麥角堿合成的過氧化氫酶EasC工作的奧秘。
高書山介紹，EasC擁有兩座“車間”：一座位于酶中心，負(fù)責(zé)生產(chǎn)超氧陰離子；另一座位于酶表面，負(fù)責(zé)催化麥角堿分子的合成。兩座“車間”之間通過一條“輸送管道”相連，超氧陰離子通過這條管道被精準(zhǔn)輸送到酶表面，啟動(dòng)藥物分子的合成。
“這種‘雙車間-輸送管道協(xié)同’酶催化方式的設(shè)計(jì)，既利用了超氧陰離子的強(qiáng)大反應(yīng)能力，又規(guī)避了它的破壞性，體現(xiàn)了微生物酶系統(tǒng)在氧化學(xué)利用方面的進(jìn)化智慧?！备邥秸f。
團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，超氧陰離子的生產(chǎn)過程并不需要消耗外源電子，而是由麥角堿底物分子直接“供電”完成。超氧陰離子只在酶表面的底物到位時(shí)才會(huì)生產(chǎn)并啟動(dòng)運(yùn)輸。這種精密的調(diào)控機(jī)制不僅提高了藥物合成的效率，還避免了超氧陰離子對(duì)細(xì)胞的毒性作用。
這項(xiàng)研究首次揭示了超氧陰離子在生物催化中的多功能性，突破了現(xiàn)有對(duì)其“負(fù)面”功能的傳統(tǒng)認(rèn)知。高書山表示，這種基于超氧陰離子的催化機(jī)制可能廣泛存在于不同的酶系統(tǒng)中，為人工設(shè)計(jì)高效生物催化劑開辟了全新路徑。
在應(yīng)用方面，這一發(fā)現(xiàn)將加速麥角堿等抗抑郁藥物的新藥開發(fā)和綠色制造進(jìn)程。相關(guān)酶制劑的開發(fā)將為傳統(tǒng)化學(xué)合成提供綠色低碳的可持續(xù)替代方案，推動(dòng)醫(yī)藥制造向高效、環(huán)保的范式轉(zhuǎn)變。
國(guó)內(nèi)外領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)該成果給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為其“可能重塑氧化酶進(jìn)化認(rèn)知”，并強(qiáng)調(diào)“為人工設(shè)計(jì)高效生物催化劑開辟全新路徑，在生物制藥、綠色化工及新型能源開發(fā)等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用潛力?！?/p>
