生物体通过简洁高效的生物合成途径，合成结构复杂的天然产物，其经历的化学过程如汇聚反应、氧化还原调协和级联反应等，往往给有机合成化学家以启发，对于推动合成策略的改进和开发新型生物催化工具具有重要意义。
近日，美国加州大学洛杉矶分校唐奕教授团队对一类具有吡咯骈苯并噁嗪杂萜类天然产物CJ-12662和CJ-12663的生物合成过程进行了系统研究。CJ-12662 于1991年从曲霉Aspergillus fischeri var. thermomutatus中首次发现。该类化合物属于较为罕见的倍半萜与氨基酸通过酯键相连的结构类型。其氨基酸部分经过氧化、环化和氯化等修饰，形成了独特的吡咯骈苯并噁嗪结构。相关合成研究报道了苯并噁嗪环的产生与氧化级联Meisenheimer重排有关，然而自然界中尚未发现催化该过程的酶。 在定位生物合成基因簇的基础上，作者首先在酵母和构巢曲霉中分别表达了萜环化酶ThmB，获得了倍半萜部分的基本骨架结构amorpha-4,11-diene。继而阐明了3个羟基的产生通过3个细胞色素P450酶依次完成。其3位羟基的乙酰化由酰基转移酶ThmJ和聚酮合酶ThmK共同催化形成。其后在单模块非核糖体肽合酶ThmA的作用下与色氨酸成酯。 研究发现色氨酸部分的后修饰必须发生在与倍半萜成酯之后。首先是黄素依赖的单加氧酶ThmH介导的环氧化以及后续的α氨基进攻形成吡咯骈吲哚环。随后在甲基转移酶ThmD的催化下获得该家族的另一分子fisherindoline。C7位的氯化反应由ThmC催化完成，氨基酸序列分析其并非典型的卤化酶，而属于FMO家族。底物选择性实验表明氯化反应只能发生在吡咯骈吲哚环，结合原生菌株代谢产物分析，推断其催化顺序在甲基化之后。至此，叔胺的形成为后续的N氧化和Meisenheimer重排做好了准备。最终，作者发现另一黄素依赖的单加氧酶ThmM负责该步氧化从而触发Meisenheimer重排形成了吡咯骈苯并噁嗪结构单元，并通过蛋白纯化和体外酶催化实验证实了其功能。 作者通过CJ-12662生物合成途径的系统解析，展现了生物体产生这类复杂天然产物所采取的多种策略，印证了与合成反应相似的体内化学过程。通过对常见倍半萜和色氨酸底物的催化修饰，丰富了相关分子结构。 论文信息： Biosynthesis of Terpenoid-Pyrrolobenzoxazine Hybrid Natural Product CJ-12662 Wei Cheng,Mengbin Chen,Masao Ohashi,Yi Tang 北京大学药学院程伟副研究员为该文章的第一作者，唐奕教授和Masao Ohashi博士为该文章的通讯作者。 Angewandte Chemie International Edition
