曲霉菌中酶与非酶协同作用生成两类特殊化合物的奇妙机制

吲哚生物碱是一类重要的天然产物，因其广泛的生物活性和结构多样性备受关注，其中β-咔啉类化合物（βCs）和螺环色胺酮类化合物（STs）因其抗菌、抗肿瘤等活性具有重要药物开发潜力，但其生物合成途径，尤其是P450酶FtmG在ST生物合成中的作用尚不明确。本研究在酸性胁迫条件下，从烟曲霉OUCMDZ-5210中发现了一类新的β-咔啉类化合物——secofumitremorgins（SFs），该类化合物具有独特的脯氨酸侧链结构和酰胺键旋转异构体，在斑马鱼模型中表现出强效抗血管生成活性。同时，在中性发酵环境中分离得到了具有C-7a和C-8位双键的fumitremorgins（Db-FTs）。通过基因敲除、异源表达、前体喂养、同位素示踪、分子对接及定点突变等实验，研究团队揭示了SFs独特的生物合成途径：P450酶FtmG催化单键fumitremorgins（Sb-FTs）生成Db-FTs和二羟基中间体（Dh-FTs）；在不同pH条件下，这些中间体可自发进行非酶催化反应——中性条件下生成STs，酸性条件下则生成SFs。分子对接和定点突变实验证实，FtmG的Arg292和Cys442是维持其催化活性的关键残基。生物活性测试显示，SFs（如化合物5）在丧失细胞毒性的同时，具有显著的抗红细胞生成和抗血管生成活性，有望开发为新型非细胞毒性抗肿瘤药物。该研究首次提供了pH胁迫下酶与非酶协同催化驱动代谢物多样化的详细实验证据和反应机制，拓展了吲哚生物碱的生物合成范式，为天然产物发现和开发提供了新策略。