2025年4月25日，中國科學院上海有機化學研究所劉文課題組在J. Am. Chem. Soc. 上在線發表了題為“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）。該工作報道了代表性硫肽分子諾絲七肽的雙環骨架的構筑邏輯，即在構建硫肽分子特征性大環框架的過程中，以相互依賴和交替的方式引入側環的形成，拓展了核糖體肽類天然產物中翻譯后修飾的引入策略。

硫肽類抗生素是一類由微生物產生的核糖體肽類天然產物，在結構上都包含唑雜環、脫氫氨基酸以及一個以核心氮雜六元環為中心的大環，是核糖體肽類天然產物中結構最為復雜的一類。除介導共同大環骨架形成的共同翻譯后修飾外，硫肽生物合成途徑通常還涉及多種特異性翻譯后修飾以產生結構多樣性。為了在細菌宿主內實現此類硫肽的精準高效合成，如何將各類翻譯后修飾按合適的順序進行排列成為需要解決的關鍵問題，否則酶促反應的底物混雜性可能會導致途徑分支產生非預期副產物。目前盡管形成硫肽共有框架所需的翻譯后修飾機制已被闡明，但依賴額外特異性的酶活性來構建側環系統的雙環硫肽類化合物的生物合成機制仍不清楚。

上海有機所劉文課題組長期從事于硫肽類抗生素的生物合成研究，解析了諾絲七肽相關的多個翻譯后修飾機制（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）。基于前期對諾絲七肽側環單元甲基吲哚酸（MIA）的形成和上載機制的研究，該課題組對諾絲七肽雙環骨架之間的形成邏輯進行了完整闡釋。通過不同體系的異源表達與體外生化實驗，該課題組證實了側環體系的形成在特征大環框架的建立過程中發生，總共使用了11種酶，通過5個翻譯后修飾步驟協調有序地加工前體肽NosM：（1）利用環化脫水酶復合體NosGH和脫氫酶NosF安裝5個噻唑環；（2）α/β水解酶折疊蛋白NosK通過酰化作用，將自由基SAM酶NosL合成并經腺苷酸化蛋白NosI與硫酯化蛋白NosJ以硫酯化形式激活的MIA，轉移至未修飾的半胱氨酸殘基上；（3）脫水酶NosDE處理絲氨酸/蘇氨酸，發生5次脫水形成脫氫氨基酸；（4）另一自由基SAM酶NosN通過C1單元引入將MIA與谷氨酸殘基連接，形成側環體系；（5）吡啶合酶NosO催化[4+2]環加成反應和隨后的芳構化完成主要大環框架的構筑。

該研究為核糖體肽基本框架的發展提供了一個自然模型，即通過引入額外的翻譯后修飾來增加化學復雜性，以滿足潛在的生物需求。這項研究不僅加深了對核糖體肽生物合成的理解，更為基于合成生物學策略理性設計、開發及生產功能性多肽制劑奠定了重要理論基礎。上海有機所劉文團隊博士生熊一嬌為該論文的第一作者，上海有機所劉文研究員為通訊作者。該工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略重點研究計劃、上海市科技重大專項和上海市科委的支持。

圖1 諾絲七肽雙環骨架的生物合成邏輯