基于半理性设计的CYP107D1单加氧酶催化熊去氧胆酸C7β-羟基化反应的区域选择性与活性提升研究

研究人员通过半理性设计策略结合无细胞酶催化方法，以CYP107D1(OleP)三突变体F84Q/S240A/V291G为模板，成功构建了催化性能更优的四突变体G294A/N236H/F321W/V297A。该突变体将石胆酸(LCA)转化为熊去氧胆酸(UDCA)的产量提升至0.68 mM（底物1 mM），催化活性和区域选择性分别提高50%和40%，为胆汁酸类药物工业化生产提供了新思路。

　　

熊去氧胆酸(UDCA)作为一种天然胆汁酸，因其降低胆汁浓度和保护肝功能的作用被广泛应用于肝胆疾病治疗。虽然CYP107D1(OleP)三突变体F84Q/S240A/V291G是首个被发现能通过C7β-羟基化将石胆酸(LCA)直接转化为UDCA的细菌单加氧酶，但其较低的催化效率限制了工业应用。

研究团队采用半理性设计策略，以OleP三突变体为模板，通过迭代组合突变筛选获得性能显著提升的四突变体G294A/N236H/F321W/V297A。这个"超级突变体"在1 mM底物LCA条件下可催化生成约0.68 mM UDCA，与模板相比催化活性提升50%，区域选择性提高40%。分子对接和动力学模拟揭示，四突变体通过优化酶-底物结合相互作用稳定了复合物结构，从而提升催化效率。

这项研究不仅为UDCA的工业化生产提供了高效生物催化剂，更阐明了调控LCA分子C7位点羟基化的关键结构决定因素，为其他胆汁酸衍生物的酶法合成提供了重要参考。