近期，我校生物工程学院饶义剑教授团队在光/酶协同催化合成L-犬尿氨酸及其衍生物方面取得重要进展，研究成果“Bioinspired photoenzymatic cascade enabled by a bifunctional arylformamidase for efficient synthesis of L-kynurenine derivatives”正式发表于Green Chemistry (IF = 9.2) (https://doi.org/10.1039/D6GC00950F)。
L-犬尿氨酸作为L-色氨酸代谢通路中的关键中间产物，在调控神经、免疫及代谢等多项生理过程中发挥着至关重要的作用。此外，该化合物广泛存在于多种天然多肽产物中，如具有抗炎活性的cyclomontanin B、具抗增殖作用的jaspamide O、具潜在抗结核活性的brunsvicamide C，以及作为抗生素用于皮肤感染治疗的上市药物达托霉素等，具有重要的经济价值。然而，传统L-犬尿氨酸合成路线大多依赖臭氧、重金属等强氧化剂，且前体需使用保护基团，尤其在脱保护步骤中常涉及强酸、强碱等环境不友好试剂，导致步骤经济性差、环境负担重，与“绿色化学”理念存在显著冲突。因此，开发高效、绿色的L-犬尿氨酸合成新方法具有重要学术价值与现实意义。
光能因其安全、易得，已成为绿色合成中的理想能源，同时光催化可在温和条件下产生活性中间体，促进低活性反应的进行；而酶催化则兼具高度的化学选择性、区域选择性与立体选择性、以及反应的高效性与绿色性。光/酶协同催化策略融合二者优势，为实现绿色、高效的合成路径提供了有力工具，近年来已在多种高附加值产物的绿色合成中展现出广阔的应用前景。
基于课题组前期在光催化合成含犬尿氨酸多肽方面的工作（GC 2022），本研究建立了一种基于仿生策略的一锅一步光/酶级联新方法，用于高效合成L-犬尿氨酸及其衍生物。该体系将非金属光催化剂尾孢菌素（cercosporin，CP）与经分子改造的犬尿氨酸甲酰胺酶突变体（AchAF-V170A）相整合，首次实现了在温和条件下由L-色氨酸直接转化为L-犬尿氨酸。通过结构导向的半理性设计，研究团队有效提升了酶的催化活性，并展现出优异的官能团耐受性。值得注意的是，研究团队基于犬尿氨酸甲酰胺酶与酯酶在基因序列与蛋白折叠上的高度相似性，将其开发为兼具酰胺酶与酯酶活性的双功能催化剂，实现了在温和条件下由L-色氨酸酯衍生物经过一锅一步三过程（酯水解/氧化/酰胺水解）的方法，直接转化为L-犬尿氨酸。结合控制实验与分子动力学模拟，阐明了该双功能酶在反应体系中的多过程催化机制与合理的反应机理。此外，放大实验与绿色指标评估（原子经济性88.1%，E-factor为1.4，EcoScale评分为67）充分验证了该方法在实用性与绿色合成方面的显著优势。该研究不仅为L-犬尿氨酸及其衍生物的合成建立了一个可持续、高效的光酶催化平台，也为其他非天然氨基酸的绿色合成提供了新思路与新策略。
图形摘要
袁振波副研究员为论文的唯一通讯作者，我校实验师刘昌梅和2022级本科生陈晓蕊为共同第一作者，其中陈晓蕊、缪诚悦、何闽、陆鑫澎和黄文瑞是2024年江南大学大学生创新创业训练计划项目成员。上述研究得到了国家自然科学基金项目（22477047、22207044和32270082）及江苏省大学生创新创业训练计划（202410295113Y）资助。同时感谢我校2022届本科毕业生焦硕和2024届本科毕业生珠娜为本课题做出的贡献。
饶义剑教授团队长期以合成生物学、结构生物化学、合成化学和发酵工程等方法系统开展“复杂天然产物（药物）的生物合成途径解析与绿色生物制造”等方面的研究，近年来在Nat Commun (2023，2024，2025，2026)、JACS (2024，2025)、Angew (2022，2023，2024)、Adv Sci (2025)、ACS Catal (2020，2021，2022，2024，2025)、Green Chem (2019, 2022, 2025, 2026)等本领域权威期刊发表了一系列研究成果。
