摘要
Securinega生物碱是一类植物来源的具有独特四环桥环骨架的次级代谢产物，具有良好的生物活性。尽管大量的化学合成相关的研究，但是目前没有生物合成相关基因的报道。本研究从一叶萩（Flueggea suffruticosa）中分离到一个新的具有5/5/5/6/5/6/5七元环的C-2和C-3衍生化的Securinega生物碱衍生物fluesuffine A (1)。在对1的生物合成研究中，作者发现一个berberine bridge enzyme（BBE）家族的酶FSBBE，FsBBE可以催化allosecurinine和L-ascorbicacid (L-AA)或dehydroascorbic acid (DHA)缩合生成1。FsBBE还能催化allosecurinine和isoascorbic acid缩合生成非天然化合物fluesuffine B (2)。此外，通过对FsBBE催化机理的研究发现烯胺中间体3的存在，3是之前推测的生物合成Securinega生物碱C-2和C-3位衍生物的关键中间体。3的存在也表明1和2是通过分子间的烯胺型加成反应生成的。因此，本文的发现对Securinega生物碱C-2和C-3位衍生物的生物合成过程有了进一步的认识，并且扩大了抗坏血酸化（ascorbylated）天然产物的多样性。
内容
Securinega生物碱是一类从大戟科植物中分离得到的次级代谢产物，这类生物碱在结构上拥有α,β-不饱和的丁烯酸内酯和6-氮杂双环[3.2.1]辛烷的拥挤四元环独特结构（Scheme 1），同时该类生物碱拥有多种生物学活性，其中一叶萩碱（securinine）（Scheme 1）是被用来治疗小儿麻痹后遗症和面瘫的药物。因其结构的独特性和具有多种生物活性，该类生物碱一直是天然产物化学和化学合成研究的热点。然而对该类生物碱生物合成的研究却非常少，至今没有生物合成相关基因的报道。
作者在对Securinega生物碱生物合成研究的过程中，偶然间从一叶萩茎叶总生物碱提取物中分离得到了新化合物1（Scheme 2），对1的结构分析发现该化合物是一个Securinega生物碱在C-2和C-3位的衍生物，文献调研发现Securinega生物碱C-2和C-3位的衍生物目前发现的并不多（Scheme 2），并且文献中推测该类生物碱生物合成过程中有烯胺中间体的存在（Scheme 2），但还没有研究对此中间体的存在进行证实。进一步对化合物1结构进行分析，发现1中被高度氧化的6碳单元结构与报道的抗坏血酸化的天然产物hongkonoid A和pimentelamine A结构中拥有的5,5,5-融合三环螺酮内酯结构十分类似，因此作者推测了化合物1的生物合成途径（Scheme 3），根据推测的生物合成途径，作者进一步对化合物1的生物合成途径进行了解析。
综合运用前体喂养、蛋白组分析、转录组分析等多种方法，作者从一叶萩中找到了一个BBE家族的氧化还原酶FsBBE，该酶以别一叶萩碱（allosecurinine）和LAA/DHA为底物合成化合物1（Scheme 4）。对FsBBE催化机制研究的过程中发现，FsBBE首先催化allosecurinine生成烯胺中间体3，在氘代水中进行体外实验结果证明3是以与4互变的形式存在的，然后3在FsBBE酶的崔化下,与LAA/DHA以亲核加成的方式形成5中的C-3和C-2’键，再经过级联反应最终生成化合物1（Scheme 4），也可以在没有酶的情况下以非酶促的形式与LAA/DHA反应生成化合物1（Scheme 4）。此外，FsBBE还可以以allosecurinine和isoascorbic acid为底物生成1的差向异构体2（Scheme 4）。
综上，本文从一叶萩中分离鉴定了一个新的C-2和C-3位衍生化的Securinega生物碱fluesuffine A(1)。并且发现了一个新的BBE家族的蛋白FsBBE，FsBBE可以催化allosecurinine和LAA/DHA生成1，也可以催化allosecurinine和isoascorbic acid生成1的差向异构体fluesuffine B(2)。对FsBBE的催化机制研究发现，FsBBE首先催化allosecurinine生成烯胺中间体3，因此本文证明了之前的推测。同时FsBBE的发现为酶法合成1和2这对差向异构体提供了方法，并且对酶法合成其他C-2和C-3位衍生化的securinine型生物碱提供了可能性。
本文的通讯作者为中科院分子植物科学卓越创新中心肖友利研究员，工作主要由博士毕业生范震和博士后Amit Jaisi完成，并且得到上海有机化学研究所唐功利研究员和广东省微生物研究所章卫民研究员的帮助。该工作得到国家重点研发计划、上海市自然科学基金、国家自然科学基金和中国科学院等的支持。对肖友利研究员的不幸离世深表惋惜！
原文刊载于【遇见生物合成】公众号
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