近日，我校生物反应器工程国家重点实验室郑高伟教授小组筛选出了用于催化大位阻羰基与胺基化合物还原胺化的新型亚胺还原酶，研究成果以封面文章发表在国际权威期刊《美国化学会志》(Discovery of anImine Reductase for Reductive Amination of Carbonyl Compounds with StericallyChallenging Amines)。
亚胺还原酶是近年发现的一类新颖的氧化还原酶，可以用来催化环状亚胺的还原及羰基与胺基的还原胺化合成仲胺或叔胺化合物。自2010年报道以来，引起了学术界与工业界研究人员的广泛关注，已有多个工业化应用的成功案例。经过十多年的发展，尽管越来越多的亚胺还原酶被研究报道，但是能够利用大位阻胺作为胺基供体进行还原胺化的亚胺还原酶催化剂还非常少见，大大限制了大位阻胺类药物分子的酶促合成。郑高伟教授小组自2011年以来，主要聚焦于亚胺还原酶、胺脱氢酶等手性胺合成用酶的研究，已经开发出数百种手性胺合成酶催化剂(Org. Lett. 2017,19(12): 3151–3154; ACS Catal. 2018, 8, 2622−2628; ACS Catal. 2019, 9,11813–11818; ACS Catal. 2021, 11, 14274–14283)，并成功用于药物中间体的高效酶促合成，如抗癌药拉罗替尼(Org. Lett. 2020,22, 3367−3372; ACS Catalysis, 2022, 12,14795–14803)。
该研究小组以甲状旁腺功能亢进治疗药物西他卡塞的合成前体大位阻的间三氟甲基苯丙醛和(R)-1-(1-萘基)乙胺为模式底物，对不同来源的天然亚胺还原酶进行筛选，鉴定出了一类来源于卡门柏青霉菌的特殊亚胺还原酶，该分支上的酶催化剂可以直接催化大位阻的间三氟甲基苯丙醛和(R)-1-(1-萘基)乙胺合成西他卡塞，且发现该酶更加偏好于利用大位阻的胺作为亲和试剂催化羰基的还原胺化，展现出了独特的底物特异性。为了进一步提升其催化性能，该团队利用计算机辅助的蛋白结构分析，确定可能影响酶活性的关键氨基酸位点，通过多轮的酶分子改造，获得的最优突变酶活力提升了488倍，Tm提升了约10°C。利用获得的突变酶作为催化剂，实现了多种羰基底物与各种大位阻胺供体之间的还原胺化，包括西那卡塞、酚苄明、苄酚宁、阿尔维林等药物分子/药物前体在内的大位阻胺类化合物，转化率高达99%以上，同时表现出较佳的立体选择性(cis/trans选择性高达99:1以上)，展现出了广泛的应用前景。
研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等科研项目的资助。生工学院博士后陈飞飞和硕士研究生何雪峰为本文共同第一作者，英国曼彻斯特大学Nicholas J. Turner院士、我校许建和教授和郑高伟教授为论文的共同通讯作者。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c11354
