手性胺是许多医药、农药等精细化学品的重要结构单元，也是不对称催化反应及手性拆分的重要手性配体。 因此，美国化学会绿色化学研究所的Pharmaceutical Round Table将手性胺的合成列为有机合成的关键挑战之一。单胺氧化酶可以在环境友好的条件下，高立体选择性地氧化消旋体底物中一种构型的碳氮单键生成碳氮双键（C=N），如果反应体系中加入非选择性的还原剂（如：硼铵）则可以将消旋体的胺底物去消旋化得到单一构型的手性胺，最高理论产率能达到100%。这种生物催化方法可以作为化学催化方法的替代或补充，因此单胺氧化酶是一类非常重要的生物催化剂。

　　中国科学院天津工业生物技术研究所朱敦明研究员和吴洽庆研究员带领的生物催化团队通过与加拿大国家研究委员会Peter C. K. Lau教授（中国科学院外国专家特聘研究员）合作，基于结构分析比对，对一种来源于氧化短杆菌的环己胺氧化酶（cyclohexylamine oxidase，CHAO）进行了功能位点分析、定点突变和底物特异性研究。研究结果表明：突变体酶M226A和L353M对底物的活力分别提高了5–400 %（M226A）和 7–445 %（L353M）。使用突变体酶L353M结合硼铵去消旋化成功实现了对抗抑郁药物Norsertraline手性前体(R)-1,2,3,4-四氢-1-萘胺的合成，分离产率为76%，ee值大于99%。显示出该酶及其突变体在手性胺合成当中的应用潜力。

　　虽然该酶及其突变体酶（M226A和L353M等）对一级胺底物表现出较高的立体选择性和底物广谱性，但是对大部分二级胺底物活力较低或无活力，而二级胺底物中喹啉的衍生物是手性胺类药物分子的关键手性结构单元之一，具有重要的应用价值。为了进一步挖掘该酶的应用潜力，研究团队以喹啉衍生物中最简单的2-甲基四氢喹啉作为筛选底物对环己胺氧化酶CHAO进行了分子改造，采用定点饱和突变以及叠加饱和突变结合平板显色高通量筛选方法对CHAO进行了三轮进化筛选获得了6个活力提高的突变体酶（T198F，L199T，M226F，Y459T，T198FL199S，T198FL199SM226F）。底物特异性研究发现，相对于野生型酶6个突变体酶对2-甲基四氢喹啉及其衍生物活力都有明显提高，其中突变体酶T198FL199SM226F对2-甲基四氢喹啉的活力提高了将近100倍，突变体酶Y459T对2-烯丙基四氢喹啉，2-苄基四氢喹啉和2-苯基四氢喹啉的活力提高均超过14倍。使用突变体酶（T198FL199SM226F）结合硼铵去消旋化成功实现了对(R)-2-甲基四氢喹啉的合成，分离产率为76%，ee值为98%。研究结果表明分子改造获得的突变体酶在四氢喹啉衍生物的合成当中具有极大的应用潜力。

　　研究成果以论文形式在Applied Microbiology and Biotechnology（第一作者为：博士研究生李广悦）和ACS catalysis（博士研究生李广悦和任杰为并列第一作者）上发表，其中发表在ACS catalysis 上的论文被选为封面文章。

　　本研究项目得到科技部973计划、国家自然科学基金及中国科学院外国专家特聘研究员计划的资助。

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ACS catalysis 封面