芳香化萜类生物合成新机制：aza-/thio-倍半萜通过亲核加成促进骨架重排

本研究揭示了真菌来源的aza-/thio-倍半萜类化合物独特的芳香化机制。研究人员通过基因组挖掘激活Penicillium janthinellum H7-4中沉默的jan基因簇，发现黄素依赖单加氧酶JanF通过氧化烯丙醇生成α,β-不饱和醛，触发连续的[1,2]-烷基迁移和骨架重排，形成芳香环结构。该研究不仅阐明了farfugin A和aza-janthinellin A的生物合成途径，还利用JanF的催化广谱性构建了具有显著抗白血病活性的thio-janthinellins，为芳香化天然产物的生物合成提供了新范式。

　　

在天然产物研究领域，萜类化合物的芳香化过程一直是科学家关注的焦点。传统认知中，芳香环的形成多源于聚酮或莽草酸途径，而萜类骨架的芳香化机制则相对罕见。近期发表在《Nature Communications》的研究突破性地揭示了真菌中aza-/thio-倍半萜通过亲核加成触发骨架重排的芳香化新机制，为天然产物的结构多样性提供了全新视角。

中国科学院微生物研究所的研究团队从红树林内生真菌Penicillium janthinellum H7-4中鉴定出jan基因簇，通过异源表达系统在Aspergillus nidulans A1145中重构了生物合成途径。研究发现，黄素依赖单加氧酶JanF通过将烯丙醇氧化为高反应活性的α,β-不饱和醛，促使L-苏氨酸等亲核试剂发生aza-Michael加成，进而引发连续的[1,2]-烷基迁移，最终形成稳定的芳香环结构。这种前所未有的芳香化机制打破了传统萜类修饰的认知边界。

研究采用的关键技术包括：基因组挖掘激活沉默基因簇、异源表达系统构建、DFT理论计算验证反应能垒、分子对接解析酶催化机制，以及基于斑马鱼尾鳍截断模型的抗炎活性评价。

Identification of the Jan BGC

通过比较基因组学发现jan基因簇包含8个基因，其中JanA为aristolochene合成酶，JanB-D为细胞色素P450酶，JanF为关键FAD依赖单加氧酶。异源表达janA-E获得farfugin A(1)等芳香化合物，添加JanF后则特异性产生aza-janthinellin A(2a)。

The formation of farfugin A (1) involves the rearrangement of the cyclohexenone skeleton

通过化学合成中间体8(nigriterpene D)并开展pH梯度实验，发现酸性条件下可自发发生分子内氧亲核加成，经两次[1,2]-甲基迁移形成芳香环。DFT计算显示该过程能垒为+25.6 kcal/mol，最终产物1的热力学稳定性(ΔG=-56.10 kcal/mol)显著优于副产物9。

The flavin-dependent monooxygenase of JanF converts allyl alcohol into α,β-unsaturated aldehyde

系统发育分析表明JanF属于FMO超家族。通过化学模拟实验证实JanF特异性催化C-13羟基氧化为醛基，形成的α,β-不饱和醛10能与L-苏氨酸缩合。分子对接揭示Tyr158和Asn273通过氢键稳定中间体构象，促使亲核攻击发生在C-8位点。

JanF directs regio-selective nucleophilic addition onto the carbonyl group

利用JanF的催化广谱性，构建了12种非天然aza-janthinellins(2b-l)。当使用苯胺等弱亲核试剂时，JanF通过空间位阻效应使C-8加成产物2k占比达87%，而无酶条件下主要生成C-6加成产物2l。

Studies of catalytic sites and promiscuity of JanF led to the discovery

JanF突变体实验证实N273A突变导致区域选择性丧失。将底物替换为8后，成功获得7个新型thio-janthinellins(3a-g)，其中3a/3b对K562细胞显示出强效细胞毒性(IC₅₀=2.63-9.25 μM)。

这项研究的重要意义在于：首次阐明萜类骨架通过亲核加成触发重排的芳香化新机制；发现JanF兼具脱氢酶活性和区域选择性催化功能；构建的thio-janthinellins为抗白血病药物研发提供了新骨架。该成果不仅拓展了天然产物生物合成的理论边界，也为定向改造萜类化合物开辟了新途径。