呂雪峰團隊揭示洛伐他汀水解酶催化機制

　　高血脂癥是指血液中膽固醇、甘油三酯等脂類物質異常升高，可直接引起一些嚴重危害人體健康的疾病，通過降膽固醇藥物調節血脂是目前預防和治療高血脂癥的有效方法。辛伐他汀（Zocor）是一種重要的降膽固醇藥物，其工業生產包括三個步驟：土曲霉發酵生產洛伐他汀，堿水解洛伐他汀制備中間體monacolin J，化學或生物方法將monacolin J轉化為辛伐他汀。但傳統堿水解生產monacolin J工序相對復雜、成本昂貴且環境污染較大。使用特異且高效的洛伐他汀水解酶進行酶促合成是綠色生產monacolin J的可替代方法之一。

　　中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員呂雪峰帶領的微生物代謝工程研究組致力于他汀類降血脂藥物的生物合成研究（Metab Eng. 2017；Biotechnol J. 2018；ACS Synth Biol. 2019）。近期，該研究組進一步揭示了高效特異洛伐他汀水解酶PcEST的催化機制及其結構-功能關系，相關工作發表在Journal of Biological Chemistry 期刊上。

　　研究人員成功解析了4個高分辨X射線晶體結構，包括PcEST單體蛋白、PcEST-monacolin J復合物、PcEST與底物類似物辛伐他汀的復合物以及PcEST失活突變體S57A與底物洛伐他汀的復合物。基于結構分析，結合突變、質譜和ITC等多種生化分析方法，研究人員發現：Ser-57（親核試劑）-Tyr-170（廣義堿）-Lys-60（廣義酸）催化三聯體、活性位點周圍的氫鍵網絡和特定的底物結合通道共同決定了PcEST高效特異地水解洛伐他汀生成monacolin J，并回答了為什么PcEST能夠高效特異地水解洛伐他汀而不能水解辛伐他汀。在此基礎上，研究人員基于結構分析，進一步對PcEST進行了酶工程改造，成功設計改造獲得了可溶性表達和熱穩定性改善的PcEST突變體D106A。這些性質的改良意味著D106A突變體在monacolin J工業生產中可能具有更廣闊的應用前景。

　　這是首次描述洛伐他汀水解酶催化機理和結構-功能關系的報道，該研究成果為進一步的洛伐他汀水解酶的篩選、酶工程改造和工業應用提供了基礎和理論指導。

　　上述研究工作得到國家自然科學基金、山東省自然科學基金、中科院科技服務網絡計劃（STS計劃）和山東省人才工程的共同資助。

洛伐他汀水解酶PcEST高效特異地催化洛伐他汀水解，而不能水解辛伐他汀。活性中心的關鍵殘基用棍棒形式顯示，氫鍵網絡用黑色虛線標示，參與構成PcEST 特定底物結合通道的區域用淺粉紅色展示。