环肽作为一类特殊的生物活性分子，因其独特的化学结构和生物功能在药物开发中显示出巨大的潜力。这类分子通常通过肽的环化反应获得更高的稳定性和生物活性，成为研究的热点。尽管合成方法能够生产特定的环肽，但通过生物合成途径生产这些分子更具可持续性和成本效益。其中，核糖体合成及翻译后修饰肽（RiPPs）的天然产物家族包含了许多天然产生的环状肽，如graspetides家族。这些肽类通过特定的酶催化剂在侧链之间形成酯键或酰胺键进行环化，但这一过程的机理和酶类的具体作用仍然是研究的关键所在。（图1）

图片来源：JACS

       在本研究中，A. James Link等人选择了graspetide家族中的pre-fuscimiditide肽，该肽含有22个氨基酸残基并通过ThfB酶介导形成两个酯交联构建了一个茎环结构。此外，ThfB酶同样能够催化形成酰胺或硫酯交联。作者还进一步探索了这些交联在蛋白质水解后如何通过自然化学连接反应(NCL)快速并定量地重排形成头对尾环状的肽，为基于重组的环状肽的开发提供了新的方法和视角。

       本研究主要探索了graspetide家族肽的生物合成路径，特别是如何通过ThfB酶介导的不同类型交联来实现肽的环化，并进一步通过自然化学连接(NCL)技术实现环状肽的生物合成。通过这一研究，我们希望深入理解肽环化过程中的分子机制，并探索利用这一机制进行环状肽合成的新方法。

       作者首先利用基因工程技术在大肠杆菌中共表达ThfA前体蛋白和ThfB酶，通过突变ThfA前体蛋白核心肽的特定位点，生成了几种预期能够在预酰胺基团和硫酯基团上形成交联的变体。通过串联质谱技术和水解分析，我们评估了这些变体的交联效率和特性。（图2）此外，我们还通过NCL技术处理这些经过交联的肽，观察并分析了环状肽的形成和转化效率，以探索这一技术在合成复杂环状肽结构中的应用潜力。

图片来源：JACS

        本研究不仅揭示了一个全新的通过酶催化剂进行肽环化的生物合成路径，而且通过自然化学连接(NCL)技术的应用，为合成新型环状肽提供了一种高效且具有生物相容性的方法。环状肽的这一合成策略不仅能够扩大其在药物开发中的应用，也为未来基于这类生物活性分子的治疗策略提供了新的思路。此外，该研究还可能对理解肽类药物的生物合成机制及其生物活性提供重要的科学数据，对药物设计和生物合成技术的发展具有重要的推动作用。

标题：Cyclic Peptides from Graspetide Biosynthesis and Native Chemical Ligation

作者：Brian Choi, Arthur Acuña, and A. James Link*

链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c02745