近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心陳曉亞院士團隊在Science China Life Sciences（《中國科學：生命科學》英文版）在線發表題為「RES transformation for biosynthesis and detoxification」的綜述文章。
含有α,β-不飽和羰基結構的化合物被稱為親電反應體（RES），大多具有細胞毒性。細胞代謝不可避免地產生RES，其親核基團能夠攻擊生物大分子如蛋白質、核酸和脂質等，造成細胞損傷。該文章開篇總結親電反應體的轉化在生物解毒中的作用。以糖代謝副產物甲基乙二醛為例，它廣泛存在於細胞中且具有較強的毒性，而生物中保守的乙二醛酶系催化相應的解毒反應。首先，甲基乙二醛和還原型穀胱甘肽自發形成加合物半硫縮醛，乙二醛酶I催化該加合物的異構化，生成S-D-乳醯穀胱甘肽，進而被水解脫毒。除此之外，人們對乙二醛酶I的功能知之甚少。
隨後，文章系統闡述了親電反應體在生物合成中的重要作用。結合團隊前期研究成果，發現許多次生代謝產物及其中間體含有α,β-不飽和羰基結構。不同物種的乙二醛酶I除了轉化甲基乙二醛的功能外，還能催化某些具有鄰羥基酮特徵結構的環狀化合物發生芳香化反應形成苯環。棉花SPG是一種特化的乙二醛酶I，在進化過程中丟失了N端的細胞器定位信號肽和穀胱甘肽結合位點，雖然不再具有轉化甲基乙二醛的活性，卻可以高效催化棉酚生物合成中間體的芳香化，且不需要輔因子GSH的參與。SPG從解毒酶變身為一類新的芳香化酶，代表了植物次生代謝途徑進化的一個新特徵。在解毒系統中挖掘解毒酶用於天然產物的生物合成，充分體現了植物的生存智慧。
農作物中殘存的真菌毒素嚴重影響人類和動物的健康，許多真菌毒素都具有α,β-不飽和羰基結構。該團隊前期研究結果證實棉花中特化的乙二醛酶I可以識別特殊的真菌毒素並使之分解。生物界解毒酶眾多，如乙二醛酶、細胞色素P450、醛酮還原酶、穀胱甘肽S-轉移酶、UDP-葡萄糖醛酸轉移酶等，與生物合成途徑的酶相比，解毒酶往往能識別多種底物，具有較高混雜性，利用豐富的解毒酶寶庫來探索新的催化活性具有誘人的發展前景。
乙二醛酶I在解毒和生物合成中的作用
Glyoxalase system, 乙二醛酶解毒系統；GossypolPathway, 棉酚生物合成途徑；SPG， 棉花中特化的乙二醛酶I。
該綜述詳細闡述了解毒酶在親電反應體解毒和生物合成方面的作用，鼓勵研究者繼續對其它生物解毒系統開展細緻分析與探索，充分挖掘解毒酶系的生物學功能，為合成生物學、環境修復和食品安全保障提供重要元件。
參考文獻：
Sousa Silva, M., Gomes, R.A., Ferreira, A.E., Ponces Freire, A. & Cordeiro, C. The glyoxalase pathway: the first hundred years... and beyond. Biochem J 453, 1-15 (2013).
Huang, J.-Q. et al. Aromatization of natural products by a specialized detoxification enzyme. Nature Chemical Biology 16, 250-256 (2020).
Ji, C., Fan, Y. & Zhao, L. Review on biological degradation of mycotoxins. Anim Nutr 2, 127-133 (2016).