综述：辅酶NAD(P)+的再生与NAD(P)H氧化酶在生产高附加值化学品中的应用

这篇综述系统阐述了NAD(P)H氧化酶（NOX）在再生昂贵辅酶NAD(P)+中的关键作用，总结了其与脱氢酶（如GatDH、ArDH、ADH等）偶联生产稀有糖（L-塔格糖、L-木酮糖等）和酮类化合物（乙偶姻、氯内酯等）的工业应用，并探讨了通过酶工程（如表面修饰、催化口袋重塑）提升催化效率的策略，为生物催化领域提供了低成本、高环保的解决方案。

　　

1 引言

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）及其磷酸化形式（NADP）是氧化还原酶的核心辅因子，其再生问题制约着生物催化工业化进程。NAD(P)H氧化酶（NOX）通过催化NAD(P)H氧化为NAD(P)⁺，同时消耗O₂生成H₂O或H₂O₂，成为解决这一瓶颈的关键工具酶。其中，产H₂O的NOX因水相兼容性更受青睐。

2 稀有糖的酶法生产

2.1 L-塔格糖的合成

半乳糖醇脱氢酶（GatDH）与来自链球菌的SmNox偶联，可将D-半乳糖醇转化为L-塔格糖（糖尿病代糖），12小时内转化率达90%。固定化双酶体系（CLEAs）进一步提升了热稳定性。

2.2 L-木酮糖的制备

以木糖醇为底物，源于构巢曲霉的阿拉伯糖醇脱氢酶（ArDH）与NOX联用，在10 mM底物浓度下转化率达92.7%。但高浓度底物抑制问题仍需解决。

2.3 L-古洛糖的生物合成

甘露醇脱氢酶（MDH）与NOX共表达于大肠杆菌，将D-山梨醇转化为抗癌药物前体L-古洛糖，产量达5.5 g/L。

2.4 L-山梨糖的生产

山梨醇脱氢酶（SlDH）与NADPH氧化酶联用，在碱性条件下实现92%转化率，但需解决NOX与SlDH的pH适配性问题。

3 酮类化合物的酶法合成

3.1 乙偶姻的级联催化

乙醇脱氢酶（EtDH）、NOX与甲醛裂合酶（FLS）共固定于磁性纳米颗粒，通过三步反应将乙醇高效转化为香料乙偶姻，转化率90%。

3.2 1,3-二羟基丙酮的转化

甘油脱氢酶（GDH）与NOX共固定化后，将廉价甘油转化为高价1,3-二羟基丙酮，周转数达2137次。

3.3 他汀前体的制备

酒精脱氢酶（ADH）与NADPH氧化酶共表达，氧化氯内酯生成降胆固醇药物中间体氯内酯酮，收率94.7%。

4 香草酸的绿色合成

来自木质素降解菌的香草醛脱氢酶（VDH）与NOX形成复合固定化酶（Combi-CLVNAs），将木质素衍生物香草醛转化为香草酸，4轮反应累计产量达149.98 mM，无副产物生成。

5 手性醇的动力学拆分

融合蛋白技术将乳酸菌ADH与NOX直接连接，显著提升辅酶再生效率，在1-苯乙醇的动力学拆分中获得99% ee值，为手性药物合成提供新思路。

6 未来展望

当前研究聚焦于：①通过Leu179Ser等突变改造NOX底物特异性，实现NAD⁺/NADP⁺双功能再生；②利用Asp251Arg突变调整NOX最适pH，解决与脱氢酶的pH兼容性问题；③开发非天然辅酶（如NCD）再生系统。未来，结合合成生物学与酶工程，NAD(P)H氧化酶将在生物制造领域展现更大潜力。