7β-羟基类固醇脱水酶Hsh3在鞘氨醇单胞菌降解熊去氧胆酸过程中的关键作用及环境生物技术意义

这篇研究首次鉴定了鞘氨醇单胞菌(Sphingobium sp.) Chol11中特异性催化7β-羟基胆汁酸（UDCA）脱水的7β-羟基类固醇脱水酶Hsh3，揭示了其通过Δ4,6-途径降解UDCA的分子机制。该酶与已知7α-羟基类固醇脱水酶Hsh2进化起源不同，具有更广泛的底物谱，其缺失导致新型HIP中间体（3′,5-二羟基-H-甲基-六氢-5-茚-1-酮-丙酸酯）积累。研究发现Hsh3同源物广泛分布于环境微生物组，为胆汁酸环境代谢和生物技术应用提供了新靶点。

　　

7β-羟基类固醇脱水酶Hsh3的发现与功能解析
在脊椎动物胆汁酸代谢研究中，熊去氧胆酸(UDCA)因其7β-羟基构型成为治疗肝胆疾病的重点药物。鞘氨醇单胞菌Chol11通过独特的Δ^4,6-降解途径分解UDCA时，需要特异性消除7β-羟基。通过蛋白质纯化与肽质量指纹鉴定，研究者从Chol11 Δhsh2突变体中分离出新型脱水酶Hsh3（Nov2c681）。AlphaFold3结构预测显示其具有EthD结构域，形成α/β桶状核心，与已知NTF2超家族的Hsh2/BaiE进化距离显著。

底物特异性与酶动力学特征
纯化Hsh3可高效催化Δ⁴-3-酮-UDCA转化为3-氧代-胆-4,6-二烯酸(OCDA)，k_cat达129.67 s^-1，比Hsh2高8倍。有趣的是，高浓度酶条件下Hsh3对7α-羟基底物Δ⁴-3-酮-CDCA也显示微弱活性。使用7β-HADD（7β-羟基-雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮）的动力学分析揭示其K_M为1.26 mM，催化效率(k_cat/K_M)达102.91 mM^-1·s^-1。

基因缺失的表型与代谢瓶颈
Chol11 Δhsh3突变体在UDCA培养基中呈现30小时延滞期，终浓度降低15-30%。代谢分析发现其积累两种新型中间体：羟基化Δ⁴-3-酮化合物P1（403 Da）和持久性HIP衍生物P2（253 Da）。核磁共振鉴定P2为3′,5-二羟基-H-甲基-六氢-5-茚-1-酮-丙酸酯（P2A）与其内酯化产物P2B的混合物，前者保留原7β-羟基并呈现烯醇式互变异构。

生态分布与生物技术潜力
Hsh3同源物在鞘氨醇菌科（如芳香烃降解菌F199）中保守性达62-84%。宏基因组分析显示其广泛存在于水产养殖废水等环境样本，而人类肠道微生物组中未见报道。值得注意的是，部分假单胞菌可通过Δ^1,4-途径直接降解UDCA，暗示存在替代代谢路线。该酶在环境胆汁酸清除和定制化类固醇药物合成中具有应用前景，其逆向催化可能用于7β-羟基类固醇的生物制造。

HIP中间体的降解启示
突变体积累的HIP化合物P2A虽能被野生型缓慢降解，但7β-羟基的存在显著延缓其代谢。这与Δ^1,4-途径中7α-羟基为B环β-氧化必需的观点形成对比，提示鞘氨醇菌可能通过先脱水再引入构型适宜羟基的策略实现代谢通量整合。这一发现为理解类固醇核降解的进化适应性提供了新视角。