一篇图片说明：图片来源：《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）(2025)。DOI: 10.1021/jacs.5c19654
一位佛罗里达州立大学的化学家开发了一种快速组装具有生物医学应用潜力的复杂天然分子的方法，为基于该分子结构的新型药物疗法打开了大门。化学与生物化学系华纳·赫兹副教授詹姆斯·弗雷德里希（James Frederich）及其团队首次完全合成了镰孢二烯，这是一种新兴癌症化疗疗法中的前体分子。他们的研究成果发表在《美国化学会志》上。
“弗雷德里希实验室专长于合成结构复杂的天然产物，我们认为这些产物具有特殊的转化潜力，特别是在医学领域，但目前还无法以实际方式获得。”弗雷德里希说，“我们通过扩展现有化学方法并开发全新方法，从零开始构建复杂的结构。”
生物分子的功能，即蛋白质、脂质及其他分子在驱动维持生命的细胞过程中所起的关键作用，直接由其结构决定。通过研究自然界中结构复杂的物质——例如产生镰孢二烯的真菌“扁桃镰孢”（fusicoccum amygdali）——科学家可以改造这些分子，然后将这些化学结构转化为药物发现的起点。
理解镰孢二烯
镰孢二烯是镰孢烷（fusicoccanes）的烃类前体分子，镰孢烷是一类源自真菌的天然分子家族，在生物医学应用中具有巨大潜力。几种镰孢烷，包括镰孢菌素A（fusicoccin A）和长叶杉素A（cotylenin A），可以通过使癌细胞对内在细胞死亡机制变得敏感来诱导癌细胞死亡。
尽管镰孢二烯的结构——一个5-8-5环系统——对于转化为新型药物疗法至关重要，但它也非常复杂且难以在实验室中合成。该系统由两个五元环与一个构成分子核心的中间八元环融合而成。
“实现制备镰孢二烯的合成蓝图非常具有挑战性，”弗雷德里希说。“这项合成工作是多个博士论文项目近十年努力的结晶。化学合成需要学生和项目负责人的巨大决心，并且需要特殊的创造力。”
快速、位点特异性合成
弗雷德里希实验室用于制备镰孢二烯的合成技术包括利用光促进化学过程，将一种多烯前体化合物转化为另一种不同的化合物。分子生成后，研究人员进行修饰，使其能够精确地在特定位置改变分子结构，以产生所需的化合物和特定的空间排列，从而实现不同的功能和应用。
“我们并非为特定靶点终点设计分子，而是设想了一种能够捕获未来可用于医学的分子新非天然组合物的组装方案，”弗雷德里希说。“我们的方法侧重于在分子形成的早期阶段直接构建5-8-5核心。然后，我们利用一系列特定的反应，用各种功能基团装饰结构的周边。”
第一步已完成
尽管将实验室新合成的分子转化为可供患者使用的疗法可能需要数年时间，但像弗雷德里希这样的实验室正在执行关键的第一步：测试各种结构、启用某些功能以及改造天然分子，为未来有效药物奠定基础。
“弗雷德里希博士的研究推动了化学与生物化学系在天然产物和合成有机化学领域的传统优势，并连接了我们丰富的历史与令人兴奋的新分子生物设计计划，为佛罗里达州立大学的药物发现创造了一个充满活力且长期追求的现代平台，”化学与生物化学系主任魏杨（Wei Yang）说。
更多信息：Vitalii S. Basistyi 等人，通过光催化多烯异构化对映选择性全合成(+)-镰孢二烯，《美国化学会志》（2025）。DOI: 10.1021/jacs.5c19654
期刊信息：《美国化学会志》、《生物化学》
由佛罗里达州立大学提供
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