环丙烷是天然产物和药物中广泛存在的结构单元。目前有机与酶促合成环丙烷骨架的策略主要依赖于烯烃转化，而使用单一催化剂从头构建环丙烷所有三个C-C键的方法目前未见报道。

2025年11月9日，中国科学院上海药物研究所廖苍松、张睿在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Stereoselective De Novo Construction of Cyclopropane by a Multifunctional Class I Aldolase》的研究论文，为论文第一作者，廖苍松、张睿为论文共同通讯作者。

在本文中，作者报道了通过工程化改造I类丙酮酸醛缩酶NahE可实现这一挑战性转化。

该酶催化的级联反应包含连续发生的醛缩反应、脱水、迈克尔加成和分子内SN2型亲核取代，在单一催化循环中构建全部三个C-C键并确立三个立体中心。

三个NahE突变体成功合成30种芳香族与脂肪族环丙烷衍生物，分离收率最高达84%，并具备优异立体选择性（>20: 1 dr，>99% ee）。

图1. 环丙烷合成策略。(a) 环丙烷代表性合成策略；(b) 酶促迈克尔引发关环反应合成环丙烷；(c) 本工作：通过多功能酶实现环丙烷的从头构建。

图2. NahE酶催化环丙烷从头构建的反应发展。(a) NahE天然催化循环与本文提出的催化循环；(b) 野生型NahE多功能反应的UPLC分析；(c) NahE E285V突变体多功能反应的UPLC分析。

图3. NahE的底物混杂性导向工程化改造。(a) 代表性底物的反应路径示意图。(b) 本次蛋白质工程中发现的关键有益残基。(c) 进化工程历程及三种产物的绝对构型。(d) 立体控制机制推测模型。

图4. 底物适用性范围.(a) NahE E285V催化结果。(b) NahE E285V/L185R催化结果。(c) NahE E285V/L185R/S226I催化结果。

综上，作者证实了通过工程化改造可将I类丙酮酸醛缩酶NahE转化为多功能生物催化剂，实现高价值环丙烷骨架的从头合成。

所开发的NahE突变体能接受多种芳香醛与脂肪醛底物，可快速获得具有优异对映选择性与非对映选择性的产物。

本研究成果彰显了I类醛缩酶丰富的催化潜能，其不仅能实现有机催化剂难以企及的高立体控制水平，更为不对称合成领域拓展了新的疆界。

Stereoselective De Novo Construction of Cyclopropane by a Multifunctional Class I Aldolase. J. Am. Chem. Soc., 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c13402.