近日，催化领域国际著名期刊ACS Catalysis在线发表了武汉大学药学院组合生物合成与新药发现教育部重点实验室龙凤教授课题组关于强心甾类3-O糖基转移酶机制解析及工程化改造的研究成果。

该研究从药用植物牛角瓜（Calotropis gigantea）中鉴定了一个同时具有糖受体和糖供体宽泛性的强心甾类3-O糖基转移酶UGT74AN2，并解析了一系列该酶与糖受体/糖供体/产物复合物的晶体结构，首次揭示了植物强心甾类糖基转移酶的底物识别和催化机制，并基于晶体结构对UGT74AN2进行了工程化改造，增强了其糖供体宽泛性。

论文题为“Functional and Structural Dissection of a Plant Steroid 3-O-Glycosyltransferase Facilitated the Engineering Enhancement of Sugar Donor Promiscuity”（《强心甾类3-O糖基转移酶结构与机制深入解析及工程化改造增强其糖供体宽泛性》）。武汉大学药学院2019级博士研究生黄伟为论文第一作者，武汉大学药学院龙凤教授为通讯作者。

强心甾类化合物（Cardiotonic steroids,CTSs）是一类历史悠久的能够有效治疗心力衰竭的重要天然产物。CTSs还具有多种药理活性，如神经炎症、抗肿瘤、免疫调节和抗病毒等。强心甾类化合物C-3位的糖基化，可以显著增强其溶解度、降低毒性并提高其生物活性，对强心甾药物的临床开发和应用具有重要意义。此外，C-3位糖基的种类也被证实与其药理活性密切相关。植物强心甾类糖基转移酶（Sb3GTs）是一种高效、绿色、立体/区域选择性强的生物催化工具。然而已被鉴定的几个Sb3GTs均存在糖基化区域选择性弱，糖供体宽泛性差等缺点，其对强心甾的识别和催化作用机理也尚不清楚。

研究者首先确认了来源于药用植物Calotropis gigantea中糖基转移酶UGT74AN2的催化功能。UGT74AN2能够高效的催化不同结构的强心甾进行C-3位糖基化修饰；同时发现UGT74AN2除了可以有效利用UDP-Glc作为糖供体，还可以有限利用UDP-GlcNAc以及UDP-Gal作为糖供体。而后，研究者解析了UGT74AN2及其与不同底物和产物复合物的晶体结构。这些结构几乎涵盖了UGT74AN2发挥催化作用的各个状态，包括apo、结合糖供体、结合糖受体、产物生成和产物释放的形式，结构信息为深入理解UGT74AN2的糖供体/受体识别和催化机制提供了坚实基础。最后，研究者基于晶体结构和序列分析成功设计了糖供体宽泛性显著增强的突变体UGT74AN2 I284R/W390H/V391G。该项研究系统并深刻地解析了植物强心甾类糖基转移酶的催化机制，为新型强心甾类药物前体的开发提供了强大的生物催化剂候选。

该项目得到了国家重点研发计划以及中央高校基本科研业务等基金支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.1c05729