《Natural Product Reports》：Beyond methylation: (re)generation and application of SAM analogsOpen Access
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利用S-腺苷-L-甲硫氨酸（S-adenosyl-L-methionine，SAM）及其类似物的甲基转移酶（methyltransferases，MTs）能够实现高选择性的烷基化反应。直到最近，SAM再生的低效率和SAM类似物合成的繁琐性限制了其更广泛的应用。
利用S-腺苷-L-甲硫氨酸（S-adenosyl-L-methionine，SAM）及其类似物的甲基转移酶（methyltransferases，MTs）能够实现高选择性的烷基化反应。直到最近，SAM再生的低效率和SAM类似物合成的繁琐性限制了其更广泛的应用。近年来，酶促原位供应与再生方面的进展克服了这些障碍，推动了体内烷基化、基于MT的先进细胞标记以及制备级合成应用的发展。研究人员总结了2021年至2026年间在一步再生、仿生多酶途径以及工程化全细胞系统方面的进展，这些系统可从甲硫氨酸类似物、烷硫醇、卤代烷烃及相关烷基化试剂（再）生成SAM类似物。辅因子修饰包括甲基单元、氨基酸部分和核苷碱基上的变异，以扩展底物范围、增强稳定性并在复杂反应混合物中提供正交性。总之，这些进展将转移酶化学拓展至甲基化之外，为生物催化、药物发现、合成方法开发及合成生物学开辟了新途径。
甲基转移酶（MTs）能够利用S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）对各类亲核位点进行高选择性的甲基化，在天然产物生物合成中发挥核心作用。然而，SAM类似物固有的化学不稳定性和繁琐的化学合成长期限制了这类酶在合成化学与化学生物学中的广泛应用。尽管早在20世纪70年代研究人员就认识到SAM类似物可扩展MTs的催化功能，但直到近年，酶促原位供应与再生策略的突破才真正推动该领域快速发展。这篇发表于《Natural Product Reports》的综述系统总结了2021至2026年间SAM类似物（再）生成与应用的最新进展，涵盖辅因子稳定性设计、体外多酶级联、一步再生系统以及全细胞工程化策略，指出这些进展已将转移酶化学从甲基化拓展至更广泛的烷基化领域，为生物催化、药物发现、合成方法开发和合成生物学带来新机遇。
在关键技术方法方面，研究人员主要围绕三类策略展开综述：一是基于甲硫氨酸腺苷转移酶（MAT）的仿生多酶级联，利用甲硫氨酸类似物原位生成SAM类似物，并进一步耦合O-乙酰-L-高丝氨酸硫氢化酶（OAHS）以简化甲硫氨酸类似物的生物合成；二是基于卤代物甲基转移酶（HMT）催化S-腺苷-L-高半胱氨酸（SAH）再烷基化的一步再生系统，可直接利用卤代烷烃、磺酸酯等商品化试剂实现SAM类似物的循环再生；三是工程化全细胞系统，通过代谢工程改造微生物宿主，提高甲硫氨酸供给、C1-四氢叶酸（C1-H
4F）池通量或引入外源SAM再生途径，从而实现胞内SAM类似物的供给与烷基化反应。该研究为文献综述，未涉及原始样本队列。
研究结果部分按原文小标题展开如下：
**1. Introduction**。该部分指出了MTs作为选择性烷基化催化剂的合成价值，并说明SAM类似物在甲基单元、腺苷单元和(S)-3-氨基-3-羧丙基（acp）部分的修饰可分别用于扩展反应性、调控稳定性或引入正交性，为后续讨论奠定基础。
**2. Reactivity, stability, and functional design of SAM analogs**。该部分系统分析了SAM类似物的非酶降解途径，包括分子内环化、氢氧根亲核攻击、脱嘌呤、差向异构化以及丙炔基特有的烯酮中间体降解途径。研究人员通过文献数据比较了多种稳定化策略：将acp部分替换为四氮唑、氨基醇、H-次膦酸或酰胺可抑制分子内环化；引入7-脱氮嘌呤降低脱嘌呤速率；采用硒代取代可抑制差向异构化并减少丙炔基降解。其中硒代脯氨酸修饰的SAM类似物半衰期可达约24天，较SAM提高90倍，并成功用于DNA甲基转移酶介导的DNA标记。此外，可点击SAM类似物（含末端炔基或叠氮基）已被用于核酸和蛋白质的代谢标记；而结合MAT/MT工程改造的双修饰SAM类似物则可实现活细胞中的正交烷基化标记。该部分还介绍了核酶利用高度修饰的细胞通透性SAM类似物ProSeDMA催化丙炔基转移的实例。
**3. In vitro systems for SAM analog supply or regeneration**。该部分重点讨论了体外SAM类似物供给与再生系统。3.1小节“SAM analog supply cascades”描述了MAT/MT级联的基本架构，并介绍了集成OAHS的四酶级联可从烷硫醇原位合成甲硫氨酸类似物，进而生成SAM类似物，避免了外源添加甲硫氨酸类似物带来的底物抑制和降解问题。此外还涉及氯代酶SalL催化的SAM合成路线，以及MTAN对副产物SAH和5′-脱氧腺苷的降解作用。3.2小节“One-step regeneration of SAM analogs from off-the-shelf reagents”介绍了基于HMT的一步再生循环，即HMT催化SAH与卤代烷烃或磺酸酯再烷基化生成SAM类似物，同时消除SAH产物抑制。该策略已实现烷基、氟烷基、烯基、炔基等多种可转移基团，并应用于天然产物（如黄酮eriodictyol）的位点选择性O-烷基化及药物分子的N-烷基化。但该部分也指出，HMT对亲电试剂的分子识别机制尚不明确，且多数反应仍停留在毫摩尔级底物浓度，距制备级应用仍有差距。
**4. Toward the use of SAM analogs in whole-cell systems**。该部分探讨了全细胞催化的优势，并总结了提高胞内甲基化/烷基化效率的代谢工程策略：包括敲除转录调控因子metJ以增强甲硫氨酸合成，共表达MAT和SAH降解酶（如MTAN、LuxS）以提高SAM再生，通过甜菜碱或甲酸补充C1-四氢叶酸池，以及引入酿酒酵母的直接硫基化途径（ScMET2和ScOAHS）从甲硫醇原位合成甲硫氨酸类似物。研究人员还介绍了通过删除metK和mtan、引入SAM转运体及HMT，使细胞能够摄取胞外SAH并利用甲基磺酸酯再生SAM，进而实现生长偶联筛选和氘代甲基转移。
**5. Future perspectives and challenges**。该部分讨论指出，虽然SAM类似物依赖的烷基化反应已在化学多样性上取得显著进展，但若要成为普适平台，仍需在催化剂效率、机制理解、可持续烷基化试剂和工艺放大四个方面实现突破。线性级联与循环再生系统各有适用场景，可结合酶固定化或粗酶提取物进一步降低成本；全细胞烷基化与正交SAM类似物/酶对的整合则有望用于天然产物多样化。
讨论与结论部分强调，MT催化的选择性甲基化及烷基化（包括氟烷基化）在药物化学中具有重要意义。生物催化策略可选择性地引入一氟或二氟甲基等低氟化官能团，避免高氟化合物带来的环境持久性风险，符合绿色可持续发展需求。该研究结论可概括为：这些进展将转移酶化学拓展至甲基化之外，为生物催化、药物发现、合成方法开发及合成生物学开辟了新途径。
