蛋白质精准改造是生物医药等领域的核心问题，而高效、精准的分子连接工具则是实现这一目标的重要基础。天冬酰胺多肽连接酶（Peptide asparaginyl ligases, PALs）是一类来源于含环肽植物的天然生物催化剂，能够高效催化肽链骨架间酰胺键形成，在环肽合成、蛋白质修饰、抗体偶联药物及纳米药物开发等领域具有重要应用潜力。然而，天然PALs资源稀缺，且异源表达产量低，限制了其进一步应用。
针对这一瓶颈，研究团队系统挖掘了23种富含环肽资源的堇菜属（Viola）植物，发现29种此前未报道的PALs，并通过“活性—表达量”双目标荧光筛选体系，鉴定出来源于裂叶堇菜的高效、高表达连接酶VdiPAL1，突破了Viola来源PALs低表达瓶颈。同时，VdiPAL1及其同源酶在P2″位点可识别多种氨基酸，为联合点击化学实现纳米脂质体双功能修饰提供了新的合成路线。在机制研究方面，团队通过解析VdiPAL1高分辨率晶体结构（PDB: 9VSX，1.8 Å），并结合恒pH分子动力学模拟，揭示了活性中心预组织“近攻击构象”对其高效催化及pH依赖性的关键作用。此外，团队以VdiPAL1为模板，结合ProteinMPNN序列设计和Rosetta_ddG稳定性预测，对低表达同源酶VyPAL2进行计算辅助改造，获得表达量提升24倍的五位点突变体VyOpt1，建立了可迁移的PAL表达优化策略。该研究展示了天然酶多样性挖掘与计算辅助酶工程的结合在新型生物催化剂发现和优化中的重要价值，为多肽药物开发及生物医药领域提供了新的催化工具和研究思路。
该研究成果于2026年4月27日以“Mining of natural diversity enables efficient and expressible peptide asparaginyl ligases”为题发表于Nature Communications上。中药学院2023级博士研究生杜雯煜和2024级博士研究生齐是为论文第一作者，中药学院何牟欣亚教授、中科院武汉植物园胡光万研究员为共同通讯作者，中国药科大学为第一通讯单位。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北江夏实验室重点研发计划等项目资助。
图1 研究框架图
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72367-y