我科學家突破酶催化新機制

科技日報記者 陳曦

3月6日，記者從中國科學院天津工業生物技術研究所獲悉，該院高書山研究團隊與杭州師範大學郭瑞庭教授課題組在酶催化機制研究中取得突破。長期以來，活性氧超氧陰離子（O2・⁻）被視為細胞中的“健康殺手”，它像一把失控的“分子剪刀”，肆意破壞DNA、蛋白質等生物大分子，與癌症、衰老等重大疾病密切相關。然而，該研究團隊的一項最新研究徹底顛覆了這一傳統認知。團隊發現，超氧陰離子竟能成為藥物合成的“催化劑”，這為藥物綠色製造和合成生物學領域開闢了全新路徑。相關研究成果於北京時間3月6日發表在國際學術期刊《自然》上。

超氧陰離子是生物體代謝時產生的一種活性氧自由基。一直以來，科學家們持續研究如何清除它，以減輕其對健康的危害。然而研究團隊發現，超氧陰離子在特定條件下可以成為高效的生物催化劑，參與麥角鹼藥物分子的合成。

據瞭解，麥角鹼是一類重要的藥物分子，臨牀上有10餘種藥物基於其結構開發，用於治療孕婦大出血、帕金森病和偏頭痛等疾病。在合作團隊杭州師範大學的結構生物學數據支撐下，高書山首先發現了參與麥角鹼合成的過氧化氫酶EasC工作的奧秘。

高書山介紹，EasC擁有兩座“車間”：一座位於酶中心，負責生產超氧陰離子；另一座位於酶表面，負責催化麥角鹼分子的合成。兩座“車間”之間通過一條“輸送管道”相連，超氧陰離子通過這條管道被精準輸送到酶表面，啓動藥物分子的合成。

“這種‘雙車間-輸送管道協同’酶催化方式的設計，既利用了超氧陰離子的強大反應能力，又規避了它的破壞性，體現了微生物酶系統在氧化學利用方面的進化智慧。”高書山説。

團隊進一步研究發現，超氧陰離子的生產過程並不需要消耗外源電子，而是由麥角鹼底物分子直接“供電”完成。超氧陰離子只在酶表面的底物到位時才會生產並啓動運輸。這種精密的調控機制不僅提高了藥物合成的效率，還避免了超氧陰離子對細胞的毒性作用。

這項研究首次揭示了超氧陰離子在生物催化中的多功能性，突破了現有對其“負面”功能的傳統認知。高書山表示，這種基於超氧陰離子的催化機制可能廣泛存在於不同的酶系統中，為人工設計高效生物催化劑開闢了全新路徑。

在應用方面，這一發現將加速麥角鹼等抗抑鬱藥物的新藥開發和綠色製造進程。相關酶製劑的開發將為傳統化學合成提供綠色低碳的可持續替代方案，推動醫藥製造向高效、環保的範式轉變。

國內外領域專家對該成果給予了高度評價，認為其“可能重塑氧化酶進化認知”，並強調“為人工設計高效生物催化劑開闢全新路徑，在生物製藥、綠色化工及新型能源開發等領域具有重大應用潛力。”