Science：工程醛脱氢酶可形成酰胺键

一种在现代医学中反复出现的单一化学结构，是将羰基连接到氮原子上的酰胺键。它们如此普遍，以至于2023年零售额排名前200的小分子药物中，有117种至少含有一个酰胺键。现在，研究人员发现了一种巧妙的新方法，可以重新设计天然酶，从醛和胺等简单化学品构建酰胺。

研究团队选择了一个自然中丰富的酶家族，即醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenase），特别是对羟基苯甲醛脱氢酶，它能有效地将醛转化为酸。团队通过两种主要方式改造其酶的内部口袋，将其转变为一种新型催化剂，称为氧化酰胺酶：使其具有疏水性以防止形成不需要的酸，并使其变大以容纳更大、更多样化的化学部分，从而使它们能够结合在一起。

根据发表在《科学》杂志上的结果，该团队能够通过在一个容器中进行的、两步酶级联反应，直接从市售的醇中获得酰胺。这种方法可以为生产五种主要药物分子开辟更绿色的新方法，其中包括伊马替尼的关键成分，伊马替尼是用于治疗慢性髓性白血病和胃肠道间质肿瘤的基本药物。

通往药物分子骨架的捷径

酰胺键出现在许多用于治疗癌症、心脏病和血液疾病的知名药物中。尽管它们很重要，但这些键的典型形成方式远非理想。大多数传统的酰胺键制造方法依赖高活性化学品、高温或有毒金属，这会产生大量废物，并使药物制造的可持续性降低。

改用基于酶的方法使过程环保，但也有其自身的局限性。例如，脂肪酶，一种常用于将酯转化为酰胺的酶，仅对窄范围的底物有活性。其他酶，如连接酶，则需要非常高的能量输入才能正常运作。

该团队通过利用蛋白质工程的力量，将天然酶转化为高效的合成工具，克服了传统化学的限制。

为了实现这一目标，研究人员重新设计了PHBDD的内部口袋。他们移除了酶中亲水的部分，即两个关键位置R166和E259，并用疏水的甲硫氨酸和亮氨酸替换它们。这种改变改变了反应方向，导致酶使用胺而不是水，并形成酰胺键而不是不需要的酸。

像PHBDD这样的ALDH的另一个问题是，许多重要的药物构建模块太大，无法进入其活性位点。经过几次尝试，研究人员发现，通过突变一个特定点可以扩大通道，将入口通道从6.1 Å拓宽到8.1 Å。

研究人员将他们的新型OxiAm酶与醇脱氢酶配对，创建了一个一锅两步法过程，仅使用空气中的氧气驱动反应，将普通醇直接转化为酰胺。然后，他们用这种方法测试了五种重要药物前体的生产：Vadadustat、Imatinib、Lazabemide、Saruparib和Vorinostat。

这项研究很好地展示了如何通过酶工程对蛋白质分子进行巧妙调整，从而通过生物催化合成推动药物制造。

研究人员认为，这种策略为合成结构多样的酰胺提供了一个绿色且多功能的平台，其应用不仅限于医药领域。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Lei Gao et al, Engineered aldehyde dehydrogenases for amide bond formation, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adw3365.