综述：模块化聚酮合酶的结构解析与理性工程策略：综述

这篇综述系统探讨了顺式酰基转移酶（cis-AT）聚酮合酶（PKSs）的结构与工程策略，聚焦其模块化设计、催化域（如AT、KS、KR等）的理性改造，以及通过结构解析提升聚酮类化合物（如抗生素、免疫抑制剂）的定向合成能力，为合成生物学和药物开发提供关键见解。

　　

Abstract

聚酮合酶（PKSs）是自然界最复杂的酶系统之一，负责合成包括抗生素、抗真菌剂和免疫抑制剂在内的多种聚酮化合物。其中，顺式酰基转移酶（cis-AT）PKSs因其模块化结构、催化域多样性和工程灵活性，在合成生物学和天然产物发现中展现出巨大潜力。然而，单个域的微小改变可能引发组装线整体结构和功能的连锁反应，这为理性设计多样化聚酮产物带来挑战。本综述从多维角度探讨cis-AT PKS的设计策略，强调基于结构机制的模块化构建块选择与催化域设计。通过改造酰基转移酶（AT）、酮合酶（KS）和酮还原酶-脱水酶-烯酰还原酶（KR-DH-ER）可精确调控底物特异性和立体化学复杂性，而硫酯酶（TE）域的工程化则能实现产物的可控水解或环化。未来研究方向包括解析构象动态、优化高通量筛选及计算工具应用，以拓展可获取聚酮产物的多样性。

Introduction

聚酮合酶（PKSs）通过线性排列的多功能催化域（如AT、KS、ACP）分阶段（起始、延伸、终止）组装聚酮链。cis-AT PKSs的每个模块包含核心域和可选加工域（如KR、DH、ER），通过ACP介导的底物穿梭实现链延伸与修饰。其模块化特性使其成为合成新型聚酮类似物的理想平台，但域间动态互作的复杂性要求高分辨率结构解析支持理性设计。

Domain–domain interactions are essential for the catalytic function of cis-AT PKSs

X射线晶体学和冷冻电镜（cryo-EM）揭示了KS-AT-KR-ACP等模块的全域结构，证实域间互作对底物通道化和催化效率的关键作用。例如，AT域通过构象变化选择特定酰基-CoA，而KS-ACP界面稳定性直接影响缩合反应速率。

Rational engineering of cis-AT PKS for targeted polyketide synthesis

通过域交换（如AT或KR域替换）和位点定向突变（如KS活性中心改造），可定向改变产物骨架或官能团。典型案例包括红霉素衍生物的合成和抗肿瘤聚酮的模块重组，其成功依赖于对域互作网络的精确调控。

Future directions

结合人工智能预测域互作热点、开发动态追踪技术（如单分子荧光）及构建嵌合PKS库，将推动高效聚酮生物合成体系的开发。

Conclusion

cis-AT PKSs作为“分子工厂”，通过模块化编程实现复杂聚酮的绿色合成。结构解析与理性工程的协同创新，将为药物研发和工业生物技术开辟新路径。

（注：全文严格基于原文内容缩编，未添加非原文信息。）