糖苷類化合物是中藥中一類重要的活性成分，也是藥物先導分子的重要來源，中藥中糖苷類化合物常以酰基化的形式存在，其中丙二酰基化是常見的酰基取代形式之一。丙二酰基取代在改善糖苷類化合物親脂性，保護糖基部分免受降解等過程中發揮重要的作用。利用化學法進行丙二酰基化修飾通常會遇到選擇性差、成本高且環境不友好等問題，因此糖苷類化合物的酶法酰基化修飾，以及具有新穎催化活性丙二酰基轉移酶的尋找備受關注。
管花肉蓯蓉（Cistanchetubulosa）是中藥肉蓯蓉的基原植物，含有以苯乙醇苷類化合物為代表的結構多樣、生物活性顯著的酰基糖苷類成分。北中醫團隊在對其酰基轉移酶進行研究的過程中，發現一個新型花色素苷丙二酰基轉移酶CtMaT1。體外酶催化活性顯示，CtMaT1除能催化花色苷類化合物發生丙二酰基化反應外，還可接受苯乙醇苷、二苯乙烯苷、萘酚苷、蒽醌苷、黃酮苷、二氫黃酮苷、黃酮醇苷、異黃酮苷、查耳酮苷、xanthone苷、香豆素苷、木脂素苷、環烯醚萜苷、氰苷、二萜苷及三萜皂苷類等不同結構類型糖苷類化合物為底物，催化相應單/雙丙二酰基化產物的生成，是迄今為止報道的底物雜泛性最強的丙二酰基轉移酶。其中苯乙醇苷、二苯乙烯苷、蒽醌苷、木脂素苷、環烯醚萜苷及復雜結構三萜皂苷類化合物的酶法丙二酰基化修飾均為首次報道。研究進一步構建了“一鍋法”反應體系并將其應用于系列具新穎結構的丙二酰基取代糖苷類化合物的制備。通過對酶催化產物結構的精確鑒定，發現CtMaT1催化的丙二酰基化反應特異性地發生在底物葡萄糖鏈的6位羥基，是一個兼具底物雜泛性和催化位置特異性的丙二酰基轉移酶。
基于CtMaT1獨特的催化活性，利用AlphaFold2對CtMaT1的蛋白三維結構進行了預測，并結合分子對接、分子動力學模擬和QM/MM計算揭示了CtMaT1識別底物雜泛性、葡萄糖苷類底物偏好性及催化位置特異性的分子機制，同時結合蛋白定點突變獲得了雙丙二酰基化產物產率升高的突變體，并通過MM/GBSA反應結合能分析探討了突變體活性改變的分子機制。
此項研究鑒定了首個兼具底物雜泛性及催化位置特異性的丙二酰基轉移酶，為藥用活性丙二酰糖苷類化合物的制備提供了新的途徑，也為含丙二酰基取代糖苷類化合物生物合成工程菌的構建提供了基因元件，亦為植物來源丙二酰基轉移酶結構與功能的研究提供了參考依據。相關研究結果近日以“Molecular characterization and structure basis of a malonyltransferase with both substrate promiscuity and catalytic regiospecificity from Cistanche tubulosa”為題在線發表于藥學領域中科院一區期刊Acta Pharmaceutica Sinica B (DOI:10.1016/j.apsb.2024.02.007)。北京中醫藥大學北京中醫藥研究院副研究員劉曉為該文的第一作者及共同通訊作者，中藥學院2017屆碩士畢業生劉雨雨為論文第二作者，屠鵬飛教授、史社坡研究員、李軍研究員為該文的
共同通訊作者。該項工作得到了國家重點研發計劃“合成生物學專項”，國家自然科學基金，北京市自然科學基金，北京中醫藥大學揭榜掛帥項目，中國科協青年人才托舉項目等課題的資助。
