立体选择性可多样化合成与生物活性评估：调控维吉尼亚霉素生产的维吉尼亚丁内酯类化合物

这篇研究报道了一种立体选择性和可多样化的合成路线，用于制备维吉尼亚丁内酯类化合物（VBs）——一类能够解除BarA阻遏蛋白对维吉尼亚霉素生物合成的抑制作用的γ-丁内酯（GBL）信号分子。通过开发绿色荧光蛋白（GFP）报告系统，研究者首次对VBs与BarA的相互作用进行了定量结构-活性关系（SAR）分析，为激活链霉菌（Streptomyces）中沉默的生物合成基因簇（BGCs）提供了新工具，对天然产物（NPs）的定向生产和药物开发具有重要意义。

　　

1 引言

土壤放线菌链霉菌（Streptomyces）是天然产物（NPs）的重要来源，其基因组中含有大量沉默的生物合成基因簇（BGCs）。γ-丁内酯（GBL）类信号分子通过结合TetR样阻遏蛋白调控NPs的生产。维吉尼亚丁内酯（VBs）作为GBL家族成员，可特异性解除BarA对维吉尼亚霉素合成的抑制，但因其天然产量极低（0.06-1.1 μg/L）且立体选择性合成困难，相关研究长期受限。

2 维吉尼亚丁内酯的合成

2.1 既有合成路线的局限

早期合成存在步骤冗长（如Nubbemeyer的12步路线）、非对映选择性差（如Yamada的VB:SCB产物比为2:5）等问题。J?rgensen虽实现了不对称还原，但侧链预先引入的设计限制了衍生物库的构建。

2.2 关键中间体1的立体选择性合成

采用(R)-DTBM-SEGPHOS配体催化氢化，以58%收率和97% ee获得苯甲醚保护的(R)-仲康醇中间体1，较Takabe的酶法路线（21%收率）显著提升效率。

2.3 多样化衍生物的构建

通过酰氯化反应引入不同侧链（5a-n），再经Noyori氢化（dr 77:23-84:16）和脱保护，高效制备14种VB衍生物（8a-n）。核磁数据证实VB-A与文献报道的Gr?fe因子1结构相同，纠正了历史错误归属。

3 BarA GFP报告系统的开发

构建含barA基因和BarA转录因子结合位点（TFBS）调控的GFP质粒，添加RiboJ绝缘子使本底荧光降低至32 RFU，诱导后达9235 RFU（293倍变化）。通过剂量响应曲线定量分析参数：

• •

  链长影响：VB-C（C6直链）表现最优（AUC 1.2×10⁶），VB-D（C7）活性降低30%

• •

  分支效应：VB-B（C6带甲基分支）较直链VB-S4活性提升2倍

• •

  氧化状态：还原型（醇）普遍优于酮型（kVB），但VB-A例外（K_D=72 nM）

4 分子对接揭示结合机制

AlphaFold3模型显示VB-E与BarA结合模式类似已知结构（如AvaR1/avenolide）：侧链被W129/V160/F163包围，内酯环与T164氢键作用。短链衍生物（VB-S1/S2）因结合构象紊乱而失活，而长链（VB-S5）虽能结合但诱导构象变化能力不足。

5 结论

该研究建立了VB类化合物的高效合成与评价体系，证实VB-C和VB-B是最强效的BarA诱导剂。这些发现不仅为优化维吉尼亚霉素生产提供了分子工具，也为设计合成生物学回路中的人工调控元件奠定了基础。