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對結構獨特、活性顯著的復雜天然產物進行生物合成研究需要從基因、途徑及酶催化反應的角度理解自然界生物-化學合成、調控及拮抗的過程，屬于典型的有機化學-微生物學-生物化學-天然產物藥學的交叉學科，對于天然產物藥物研究中重點關注新結構的發現、創造和復雜化合物的高效制備均具有重要的推動作用。
自1974年萘啶霉素（Naphthyridinomycin，NDM）首次分離，四氫異喹啉生物堿類（Tetrahydroisoquinline, THIQ）天然產物已有四十余年的研究歷史。該家族化合物共包括60多種分子，大多具有顯著的抗菌及抗腫瘤活性。代表性化合物除NDM外還包括假單胞菌產生的番紅菌素（Safracin）、鏈霉菌產生的番紅霉素A（Saframycin A, SFM-A）及加勒比海鞘分離到的Ecteinascidin 743（ET-743）。特別是ET-743作為第一例海洋天然產物來源的抗腫瘤新藥于2007年在歐洲獲批，隨后于2015年獲得美國FDA批準上市。該家族化合物在有機合成和藥物化學領域一直備受青睞，其生物合成途徑和涉及的詳細酶學機制也引起化學家和生物學家的廣泛關注。
中國科學院上海有機化學研究所生命有機化學國家重點實驗室的唐功利研究團隊多年來一直致力于該家族化合物的生物合成與合成生物學研究。最近該團隊成功解密SFM-A生物合成過程最后的修飾步驟，該過程涉及兩個關鍵蛋白SfmE和SfmCy2，它們分別參與SFM-A生物合成中后期獨特的前藥激活（Prodrug-activation）及胞外脫氨（Extracellular deamination）修飾過程。
2008年，唐功利與劉文課題組合作首先克隆了SFM-A的生物合成基因簇，初步提出其生物合成途徑。在隨后的研究中課題組成員唐滿成博士發現并證實了蛋白SfmD以過氧化氫為氧化劑催化3-甲基酪氨酸芳香環發生羥基化。而日本的Hideaki Oikawa課題組通過體外生化實驗重構SFM-A的THIQ核心骨架結構，并發現SfmC催化兩次連續的Pictet-Spengler反應形成分子骨架，該過程中長鏈脂肪酸起到了非常關鍵的導向作用。在最新的研究中，通過前期工作的積累以及對SFM-A基因簇的進一步分析，唐功利研究團隊提出以下假設：SfmC在細胞體內催化生成SFM-A的分子骨架化合物，然而其攜帶的脂肪酸長鏈保護細胞內的DNA不受到傷害；隨后跨膜蛋白SfmE將中間產物中的長鏈保護基解離，同時小分子被泵出胞外，實現前藥激活并裸露一個氨基，隨后分泌型氧化酶SfmCy2催化一步脫氨反應，將該氨基消除并形成最終產物SFM-A（化合物1）。
圖1. 推測的SFM-A生物合成途徑
基于以上假設，該團隊設計了相關實驗，將SfmCy2在S. lividans 1326中異源表達，結果顯示SfmCy2能分泌到胞外；隨后他們對胞外分泌蛋白富集后進行端基測序，測序結果表明SfmCy2與生物信息學分析的結論一致：胞外分泌蛋白缺失N-端信號肽序列，屬于雙精氨酸轉運（Twin-arginine translocation, Tat）蛋白同源的分泌蛋白，在胞外行使催化功能。同時，他們在氰化鉀處理后SfmE的缺失突變體發酵液中檢測到氰基化的長鏈脂肪酰中間體（圖1，化合物7），隨后的全細胞轉化和膜蛋白組分生化實驗進一步表明蛋白SfmE解離了中間體的長鏈脂肪酸，生成化合物3，發生前藥激活。他們同樣通過SfmCy2的體內敲除及體外酶催化實驗，進一步證明其胞外脫氨修飾的酶學功能，并發現最終生成的羰基官能團中氧來源于H2O。
該工作揭示了SFM-A生物合成中的前藥活化機制及獨特的胞外脫氨修飾機制，不僅補充了SFM-A生源合成路徑的最后一環，也是整個THIQ家族生物合成研究中的重要一步，為進一步在分子水平上調控THIQ家族化合物的組合生物合成及合成生物學研究奠定了理論基礎。
這一成果近期發表在Angewandte Chemie International Edition 上，宋立強博士、研究生章盈盈和蒲津越博士為并列第一作者。