近期，我校生物工程学院饶义剑教授团队在生物合成手性螺环化合物方面取得重要进展，研究成果“Photoenzymatic catalysis enables enantioselective radical dearomative spirocyclization”正式发表于Nature Communications。
螺环结构普遍存在于天然产物、药物分子及功能材料中。特别是含有全碳季碳中心（即连有四个碳原子的立体碳中心）的手性螺环，其独特的三维拓扑与结构新颖性，使其不对称合成具有重要意义。尽管去芳构化策略为高效构建手性螺环分子提供了有效途径，但基于生物催化的去芳构化反应仍未被充分探索。例如自然界中即存在大量手性螺环天然产物，但是仅有极个别的去芳构化螺环化酶被鉴定解析；而人工设计的非天然酶催化体系也主要依赖含有血红素的细胞色素P450单加氧酶和氯过氧化物酶等特定酶系，限制了该策略在合成生物学中的广泛应用。因此，设计开发新型的非天然生物催化去芳构化途径，实现螺环化合物的高效不对称合成，具有重要的学术价值与实际意义。
光酶催化策略融合了酶优异的立体选择性与光活化底物的能力，为温和绿色条件下的不对称合成提供了强大平台。其中，可见光激发的酶催化策略通过对天然酶的直接光激发，成功实现了多种非天然自由基反应，并已广泛应用于手性链状、单环及稠环化合物的合成。然而，针对立体位阻更大、更具合成挑战性的手性螺环化合物，该策略尚未得到研究。
本研究构建了一种新颖的光酶催化去芳构化反应平台，结合可见光活化与工程化的烟酰胺依赖性酮还原酶（KRED），成功实现了非天然生物催化去芳构螺环化反应（图1）。首先，在建立光激发酶催化不对称合成螺环己二烯酮体系的基础上，通过对KRED进行半理性设计，有效缓解了活性位点的空间位阻，从而以高产率与高对映选择性合成了一系列手性螺环己二烯酮类化合物，包括具有合成挑战性的邻螺环己二烯酮，并展现出良好的官能团耐受性。进一步结合控制实验与分子对接模拟，本研究提出了合理的反应机理，阐释了立体选择性产生的根源。此外，该方法成功应用于天然产物（+）-denobilone A的首次不对称全合成，以93%的ee值获得目标分子。本工作不仅为复杂手性螺环骨架的绿色合成提供了新途径，也为拓展非天然光酶催化反应库提供了新思路。
饶义剑教授团队的袁振波副研究员为论文的唯一通讯作者，我校2020级博士生朱长通和张艳副教授为共同第一作者。上述研究得到了国家自然科学基金项目(22477047、22207044和32270082)及中央高校基本科研业务费(JUSRP202404012, JUSRP124020)资助。
饶义剑教授团队长期以合成生物学、结构生物化学、合成化学和发酵工程等方法系统开展“复杂天然产物（药物）的生物合成途径解析与绿色生物制造”等方面的研究，近年来在Nature Commun (2023，2024，2025)、JACS (2024，2025)、Angew (2022，2023，2024)、Adv Sci (2025)、ACS Catal (2020，2021，2022，2024，2025)、Green Chem (2019, 2022, 2025)等本领域权威期刊。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-68028-1
图1 图文摘要
