近期，我校生物工程学院饶义剑教授团队系统地阐述了四氢异喹啉生物碱（THIAs）天然合成途径解析及微生物异源合成方面的研究进展，以“Elucidation and biosynthesis of tetrahydroisoquinoline alkaloids: Recent advances and prospects”为题正式发表于“Biotechnology Advances”（IF = 12.1）（https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2025.108524）
THIAs是一类重要的植物次生代谢产物，具有广泛的药理活性，如镇痛、抗菌、抗癌等。然而，传统的植物提取方法效率低，难以满足市场需求。随着合成生物学和代谢工程的发展，利用微生物异源合成THIAs成为了一种极具潜力的替代方案。
近年来，随着基因组学、转录组学和代谢组学技术的进步，研究人员解析了多个THIAs的天然合成途径，特别是秋水仙碱、加兰他敏和原吐根碱（图1），为此类化合物的微生物异源合成提供了坚实的基础。通过结合蛋白质工程、辅因子工程和全局优化工程等手段，成功在大肠杆菌和酿酒酵母中实现了多种THIAs的高效合成，如吗啡、诺司卡品和血根碱等。通过构建人工多酶级联反应，简化了天然产物的合成步骤，有效地提高了终产物产量（图2）。此外，化学酶级联反应也为THIAs的合成提供了新的思路，结合化学合成和酶催化的优势，实现了复杂分子的高效合成（图3）。尽管目前仍面临THIAs在微生物异源合成产量低等挑战，但通过新酶挖掘、辅因子工程、模块化调控和设计人工多酶级联反应等策略，未来有望实现THIAs的工业化生产。这项研究为THIAs的高效生物合成提供了新的思路，预示着未来通过微生物工厂大规模生产这些高价值化合物的可能性。
图1 基于前体骨架结构的THIAs分类
图2 合成THIAs的多酶级联反应
图3 合成THIAs的化学酶级联反应
本项目得到国家重点研发计划（2021YFC2100100）、国家自然科学基金（32270082和22108122）、江苏省自然科学基金（BK20202002）和中央高校基本科研业务费专项资金（JUSRP124020）项目资助。江南大学饶义剑教授和罗正山副研究员为共同通讯作者，原江南大学生物工程学院2019级博士研究生为论文第一作者。
近年来饶义剑教授团队围绕“天然产物的途径解析、仿生定向合成与应用”开展了系统性的研究，并取得了一系列原创性研究成果，部分成果已发表在Nature Communications (2023，2024，2025)、J Am Chem Soc（2024）、Angew (2022, 2023，2024)、ACS Catalysis (2020，2021，2022，2024)、Green Chemistry (2019, 2022)、Water Research (2022)、Journal of Hazardous Materials (2021, 2023)、Chemical Engineering Journal (2021)等本领域权威期刊。
