Hericenones类化合物是一类源自猴头菇（Hericium erinaceus）的具有神经保护活性的杂萜，其通过增强神经生长因子（NGF）合成，在治疗神经退行性疾病方面具有重要潜力。然而，该类化合物中至关重要的异戊烯基化步骤所涉及的酶系统尚不清晰。本研究基于猴头菇的基因组数据，鉴定出8个候选异戊烯基转移酶（prenyltransferases, PTs），命名为HePT1–8。通过异源表达与底物投喂实验，发现HePT8可催化Orsellinic acid（OA）与GPP的连接，生成Hericenones前体Cannabigerorcinic acid，而HePT7则可将DMAPP转移至对羟基苯甲酸上。进一步利用点突变和分子对接手段解析了HePT8的关键催化位点，为后续该类天然产物生物合成调控和合成生物学提供了新见解。

杂志名：Bioorganic Chemistry 164 (2025) 108822

英文题目：Discovery and biochemical characterization of prenyltransferases in the biosynthetic pathway of hericenones from Hericium erinaceus

作者：Haiyan Han, Shuang Peng, Yuxin Yang, Chao Lin, Pengchao Wang, Chang Li, Peipei Zhao, Wenbing Gong, Chunliang Xie, Xuekui Xia, Jianzhao Qi*, Chengwei Liu,**

单位：东北林业大学，西北农林科技大学

内容

大型真菌来源的天然产物因其结构多样性和生物活性而受到广泛关注。杂萜是一类源自聚酮与萜类生物合成路径的混合产物，具备抗肿瘤、抗炎等药理活性。Hericenones类化合物作为其中代表，最早从猴头菇子实体中分离，具有诱导NGF表达的独特活性。然而，目前对于其生物合成路径中的关键酶类认识仍较有限，尤其是萜基化步骤所涉及的PTs尚未被系统解析。

图1: 代表性真菌杂萜及Hericenones类化合物结构特征

1.基因组挖掘与系统进化分析

通过以真菌异戊烯基转移酶MpaA和BYPB为参考序列对猴头菇基因组进行同源比对，共鉴定出8个候选PT基因（HePT1–8）。进一步的系统进化树分析将HePT4–8归为UbiA型膜结合类PT，而HePT1–3则为可溶性sPT型。多个序列比对显示HePT4、HePT7、HePT8保有典型的催化保守基序（NDxxDxxxD等），具有潜在催化活性。

图2: 猴头菇PT系统进化树分析

2.功能验证与产物鉴定

将HePT1–8分别在已可产OA的A. oryzae AO-HerA株中异源表达，发现仅HePT8可催化OA生成产物2和3。进一步构建AO-HePT8单独表达菌株，在添加OA后检测到同样产物生成。HR-ESI-MS分析显示产物2为Cannabigerorcinic acid，产物3为其氧化物。大规模发酵与NMR结构解析进一步确认了这两种产物的结构，并推测产物3由A. oryzae内源性酶氧化而来。

图3: HePT1-8功能鉴定

3.底物适配性探索

通过底物投喂实验测试HePT1–8对11种底物的适配性，发现HePT7对4-羟基苯甲酸具有DMAPP转移活性，可生成两个新的异戊烯基化产物（15、16），HePT8则能催化其GPP转移生成产物（17、18）。NMR与HR-MS分析确认了这些产物的结构，其中氧化产物的形成亦与A. oryzae内源性酶有关，揭示了HePT7/8对不同底物具有多样性特征。

图4: PT底物杂泛性解析

4.关键催化残基解析

基于AlphaFold构建HePT8三维结构，结合自动分子对接及定点突变，识别出HePT8中6个关键位点（D96、D100、Y158、D211、D218），其突变后酶活性几乎完全丧失，说明这些位点对GPP定位与底物结合至关重要。此外，若干辅助位点如R85、C89，M76，D222等亦参与了底物结合但影响较小。其中H40R突变，丧失了与OA反应的能力，却可以和4-羟基苯甲酸进行反应。此部分为深入理解HePT8催化机制及后续蛋白工程奠定了基础。

图5: HePT8关键活性位点分析

总结

本研究系统解析了猴头菇中Hericenones生物合成路径中异戊烯基转移关键步骤，首次明确了UbiA型PT酶HePT8可催化OA的GPP转移，合成Hericenones类化合物的核心骨架中间体Cannabigerorcinic acid。通过结构预测与突变验证确定了多个催化关键残基，扩展了对真菌PT酶功能与结构多样性的理解，也为新型杂萜类天然产物的合成生物学设计提供了基础。