北京时间2025年4月25日，生命过程小分子调控全国重点实验室刘文课题组在J. Am. Chem. Soc. 上在线发表了题为“Unveiling the Biosynthetic Logic of Nosiheptide Based on Reconstitution of Its Bicyclic Thiopeptide Scaffold”的研究成果（https://doi.org/10.1021/jacs.5c03922）。该工作报道了代表性硫肽分子诺丝七肽的双环骨架的构筑逻辑，即在构建硫肽分子特征性大环框架的过程中，以相互依赖和交替的方式引入侧环的形成，拓展了核糖体肽类天然产物中翻译后修饰的引入策略。

硫肽类抗生素是一类由微生物产生的核糖体肽类天然产物，在结构上都包含唑杂环、脱氢氨基酸以及一个以核心氮杂六元环为中心的大环，是核糖体肽类天然产物中结构最为复杂的一类。除介导共同大环骨架形成的共同翻译后修饰外，硫肽生物合成途径通常还涉及多种特异性翻译后修饰以产生结构多样性。为了在细菌宿主内实现此类硫肽的精准高效合成，如何将各类翻译后修饰按合适的顺序进行排列成为需要解决的关键问题，否则酶促反应的底物混杂性可能会导致途径分支产生非预期副产物。目前尽管形成硫肽共有框架所需的翻译后修饰机制已被阐明，但依赖额外特异性的酶活性来构建侧环系统的双环硫肽类化合物的生物合成机制仍不清楚。

上海有机所刘文课题组长期从事于硫肽类抗生素的生物合成研究，解析了诺丝七肽相关的多个翻译后修饰机制（ACS Chem. Biol. 2009, 4, 855-864; J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16324-16326; Nat. Chem. Biol. 2011, 7, 154-160; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 18186-18189; Org. Lett. 2019, 21, 1502-1505）。基于前期对诺丝七肽侧环单元甲基吲哚酸（MIA）的形成和上载机制的研究，该课题组对诺丝七肽双环骨架之间的形成逻辑进行了完整阐释。通过不同体系的异源表达与体外生化实验，该课题组证实了侧环体系的形成在特征大环框架的建立过程中发生，总共使用了11种酶，通过5个翻译后修饰步骤协调有序地加工前体肽NosM：（1）利用环化脱水酶复合体NosGH和脱氢酶NosF安装5个噻唑环；（2）α/β水解酶折叠蛋白NosK通过酰化作用，将自由基SAM酶NosL合成并经腺苷酸化蛋白NosI与硫酯化蛋白NosJ以硫酯化形式激活的MIA，转移至未修饰的半胱氨酸残基上；（3）脱水酶NosDE处理丝氨酸/苏氨酸，发生5次脱水形成脱氢氨基酸；（4）另一自由基SAM酶NosN通过C1单元引入将MIA与谷氨酸残基连接，形成侧环体系；（5）吡啶合酶NosO催化[4+2]环加成反应和随后的芳构化完成主要大环框架的构筑。

该研究为核糖体肽基本框架的发展提供了一个自然模型，即通过引入额外的翻译后修饰来增加化学复杂性，以满足潜在的生物需求。这项研究不仅加深了对核糖体肽生物合成的理解，更为基于合成生物学策略理性设计、开发及生产功能性多肽制剂奠定了重要理论基础。上海有机所刘文团队博士生熊一娇为该论文的第一作者，上海有机所刘文研究员为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略重点研究计划、上海市科技重大专项和上海市科委的支持。

图1 诺丝七肽双环骨架的生物合成逻辑