高血脂癥是指血液中膽固醇、甘油三酯等脂類物質(zhì)異常升高，可直接引起一些嚴(yán)重危害人體健康的疾病，通過降膽固醇藥物調(diào)節(jié)血脂是目前預(yù)防和治療高血脂癥的有效方法。辛伐他?。╖ocor）是一種重要的降膽固醇藥物，其工業(yè)生產(chǎn)包括三個步驟：土曲霉發(fā)酵生產(chǎn)洛伐他汀，堿水解洛伐他汀制備中間體monacolin J，化學(xué)或生物方法將monacolin J轉(zhuǎn)化為辛伐他汀。但傳統(tǒng)堿水解生產(chǎn)monacolin J工序相對復(fù)雜、成本昂貴且環(huán)境污染較大。使用特異且高效的洛伐他汀水解酶進(jìn)行酶促合成是綠色生產(chǎn)monacolin J的可替代方法之一。

中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員呂雪峰帶領(lǐng)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(jìn)一步揭示了高效特異洛伐他汀水解酶PcEST的催化機(jī)制及其結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，相關(guān)工作發(fā)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(jié)構(gòu)，包括PcEST單體蛋白、PcEST-monacolin J復(fù)合物、PcEST與底物類似物辛伐他汀的復(fù)合物以及PcEST失活突變體S57A與底物洛伐他汀的復(fù)合物?；诮Y(jié)構(gòu)分析，結(jié)合突變、質(zhì)譜和ITC等多種生化分析方法，研究人員發(fā)現(xiàn)：Ser-57（親核試劑）-Tyr-170（廣義堿）-Lys-60（廣義酸）催化三聯(lián)體、活性位點(diǎn)周圍的氫鍵網(wǎng)絡(luò)和特定的底物結(jié)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(chǔ)上，研究人員基于結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)一步對PcEST進(jìn)行了酶工程改造，成功設(shè)計(jì)改造獲得了可溶性表達(dá)和熱穩(wěn)定性改善的PcEST突變體D106A。這些性質(zhì)的改良意味著D106A突變體在monacolin J工業(yè)生產(chǎn)中可能具有更廣闊的應(yīng)用前景。

這是首次描述洛伐他汀水解酶催化機(jī)理和結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系的報(bào)道，該研究成果為進(jìn)一步的洛伐他汀水解酶的篩選、酶工程改造和工業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。