近日，EON体育4平台🧚🏿‍♀️、張江高等研究院瞿旭東團隊聯合澳大利亞昆士蘭大學Mehdi Mobli團隊、EON体育4平台趙一雷團隊及孔旭東團隊，在《Nature Chemistry》發表題為“An enzymatic dual-oxa Diels-Alder reaction constructs the oxygen-bridged tricyclic acetal unit of (-)-anthrabenzoxocinone”的研究論文🩺，首次揭示了一種新型雙氧雜Diels-Alder (HDA)酶的催化機製，該酶負責II型聚酮天然產物(-)-anthrabenzoxocinone（(-)ABX）中手性三環縮酮氧橋結構單元的形成。EON体育4平台博士後閆曉麗與昆士蘭大學賈新穎博士為論文共同第一作者，瞿旭東教授、Mehdi Mobli教授以及趙一雷教授為論文共同通訊作者；孔旭東長聘教軌副教授，籍順佳和張夢潔等同學為共同作者👨🏼‍🦰➰。

雜Diels-Alder反應（HDA）是構建六元雜環化合物最高效的方法之一⚅，在藥物化學😯、材料科學及天然產物合成中具有廣泛應用。其中，氧雜HDA反應（即二烯或親二烯中含氧原子）是最常見的類型🧑‍🦯，能夠高效構建含氧雜環骨架。然而🙎🏿‍♂️，盡管自然界已發現多種催化單一氧雜HDA反應的酶（如LepI🧁🩻、EupfF⚒、Tsn11等）🧕🏽，雙氧雜DA反應（即同時涉及兩個氧原子的[4+2]環加成）卻從未被報道，其催化機製與酶學基礎完全未知🎤。

圖1. 氧代HDA反應類型以及含三環縮酮氧橋結構單元的代表性天然產物

瞿旭東課題組長期致力於分子骨架的生物合成研究。前期工作已闡明(-)ABX中的四環芳香母核的形成機製（Proc Natl Acad Sci USA 2024, 121, e2321722121），但其中三環縮酮氧橋這一關鍵結構單元的生物合成機製仍懸而未決🧑🏻‍🍼。值得註意的是，這類三環縮酮氧橋結構廣泛存在於多種具有重要生物活性的天然產物中(圖1b)，其獨特的剛性構象對分子的藥理活性具有決定性影響。因此，解析其生物合成機製對天然產物化學與創新藥物研發具有重要意義。

本項目中⏪，聯合研究團隊通過系統的體內外實驗，首次發現VOC超家族蛋白Abx(-)F是一種具有雙重催化功能的DA酶😣：其首先催化了脫水反應，將化合物2轉化成具有特定軸手性的鄰醌亞甲基(o-QM)中間體(Z, Ra)-3；其次📯，立體選擇性地催化(Z, Ra)-3發生分子內雙氧雜DA反應🙋🏿‍♂️，精確構建手性三環縮酮氧橋結構。研究團隊進一步綜合運用X射線晶體衍射、核磁共振(成功解析Abx(-)F及其與底物的復合物結構)及計算化學等方法，揭示了"脫水-配位協同HDA"這一全新催化機製（圖2）🕵🏻‍♂️，為理解該類復雜結構的生物合成提供了範式轉變。

圖2. Abx_(-)F的催化機理

本研究的科學意義體現在多個維度：

（1）酶學新發現🪙：鑒定出首例雙氧雜HDA酶🧑🏽‍🎨，不僅填補了多雜原子Diels-Alder酶研究的空白，更預示著自然界可能存在一個全新的多雜原子HDA酶家族，極大拓展了酶促HDA反應的認知維度；

（2）天然產物合成突破📅：為理解廣泛存在的縮酮氧橋結構提供了首個酶學模板，解決了該領域長期懸而未決的關鍵科學問題；

（3）聚酮化學新認知⁉️：(-)-ABX中的縮酮氧橋結構代表著近萬種II型聚酮化合物中發現的第9個骨架類型，也是繼課題組近期發現的第1個手性骨架（J Am Chem Soc 2025, 147, 5596-5601）之後的第2個手性骨架，為復雜芳香聚酮的理性設計奠定了重要基礎🧑‍🧒‍🧒。

該研究不僅深化了對HDA反應化學多樣性的理解🤹🏽‍♀️，更為天然產物的定向生物合成和酶工程提供了創新工具，相關技術有望應用於高價值含氧雜環化合物的綠色製造👩🏿‍✈️👳🏼‍♀️。

本論文研究獲得了國家重點研發計劃👩🏼‍⚖️💑、國家自然科學基金、上海市學術/技術研究領軍人才計劃等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41557-025-01804-0