糖苷类化合物是中药中一类重要的活性成分，也是药物先导分子的重要来源，中药中糖苷类化合物常以酰基化的形式存在，其中丙二酰基化是常见的酰基取代形式之一。丙二酰基取代在改善糖苷类化合物亲脂性，保护糖基部分免受降解等过程中发挥重要的作用。利用化学法进行丙二酰基化修饰通常会遇到选择性差、成本高且环境不友好等问题，因此糖苷类化合物的酶法酰基化修饰，以及具有新颖催化活性丙二酰基转移酶的寻找备受关注。

管花肉苁蓉（Cistanche tubulosa）是中药肉苁蓉的基原植物，含有以苯乙醇苷类化合物为代表的结构多样、生物活性显著的酰基糖苷类成分。我中心团队在对其酰基转移酶进行研究的过程中，发现一个新型花色素苷丙二酰基转移酶CtMaT1。体外酶催化活性显示，CtMaT1除能催化花色苷类化合物发生丙二酰基化反应外，还可接受苯乙醇苷、二苯乙烯苷、萘酚苷、蒽醌苷、黄酮苷、二氢黄酮苷、黄酮醇苷、异黄酮苷、查耳酮苷、xanthone苷、香豆素苷、木脂素苷、环烯醚萜苷、氰苷、二萜苷及三萜皂苷类等不同结构类型糖苷类化合物为底物，催化相应单/双丙二酰基化产物的生成，是迄今为止报道的底物杂泛性最强的丙二酰基转移酶。其中苯乙醇苷、二苯乙烯苷、蒽醌苷、木脂素苷、环烯醚萜苷及复杂结构三萜皂苷类化合物的酶法丙二酰基化修饰均为首次报道。研究进一步构建了“一锅法”反应体系并将其应用于系列具新颖结构的丙二酰基取代糖苷类化合物的制备。通过对酶催化产物结构的精确鉴定，发现CtMaT1催化的丙二酰基化反应特异性地发生在底物葡萄糖链的6位羟基，是一个兼具底物杂泛性和催化位置特异性的丙二酰基转移酶。基于CtMaT1独特的催化活性，利用AlphaFold2对CtMaT1的蛋白三维结构进行了预测，并结合分子对接、分子动力学模拟和QM/MM计算揭示了CtMaT1识别底物杂泛性、葡萄糖苷类底物偏好性及催化位置特异性的分子机制，同时结合蛋白定点突变获得了双丙二酰基化产物产率升高的突变体，并通过MM/GBSA反应结合能分析探讨了突变体活性改变的分子机制。

此项研究鉴定了首个兼具底物杂泛性及催化位置特异性的丙二酰基转移酶，为药用活性丙二酰糖苷类化合物的制备提供了新的途径，也为含丙二酰基取代糖苷类化合物生物合成工程菌的构建提供了基因元件，亦为植物来源丙二酰基转移酶结构与功能的研究提供了参考依据。相关研究结果近日以“Molecular characterization and structure basis of a malonyltransferase with both substrate promiscuity and catalytic regiospecificity from Cistanche tubulosa”为题在线发表于药学领域中科院一区期刊Acta Pharmaceutica Sinica B (DOI: 10.1016/j.apsb.2024.02.007)。北京中医药大学北京中医药研究院中药现代研究中心副研究员刘晓为该文的第一作者及共同通讯作者，中药学院2017届硕士毕业生刘雨雨为论文第二作者，屠鹏飞教授、史社坡研究员、李军研究员为该文的共同通讯作者。该项工作得到了国家重点研发计划“合成生物学专项”，国家自然科学基金，北京市自然科学基金，北京中医药大学揭榜挂帅项目，中国科协青年人才托举项目等课题的资助。