萜类环化反应是自然界中最复杂的化学反应之一，通常由两类典型的萜类环化酶催化，即I型和II型萜类环化酶。然而，自然界中具备发挥萜类环化功能的酶家族远不止这两类，其中就包括细胞色素P450酶。目前仅发现三种细胞色素P450酶（PenM/PntM, TwCYP71BE86和VrtK）通过类似萜类环化酶的碳正离子反应，作用于萜类生物合成的后修饰阶段。近日，中国药科大学董廖斌教授课题组联合加州大学戴维斯分校Dean J. Tantillo教授课题组挖掘到一类细菌来源的高度氧化的新颖尤尼斯烷型二萜化合物，进一步解析其生物合成途径，发现了一类独特的P450酶（AriF）通过碳正离子机理介导萜类骨架的形成。

作者首先从嗜热放线菌（Amycolatopsis arida）中挖掘到一条细菌萜类生物合成基因簇（BGC），命名为ari。随后，在模式链霉菌中对该基因簇进行异源表达，成功得到了一类具有高度氧化特性的新颖尤尼斯烷型6/7/5三环二萜化合物，aridacins A–C（1–3）。经NMR、化学衍生和X-单晶衍射分析，确定了这类天然产物的绝对构型。

为了揭示aridacins的生物合成途径，作者进行了体内异源表达和体外酶反应。实验结果显示，I型萜类环化酶 AriE仅能催化二萜线性前体GGPP形成6/10双环尤尼斯烷骨架（4）； 而P450酶AriF进一步以6/10双环尤尼斯烷为底物，形成C2-C6键，完成构建aridacins的核心6/7/5三环骨架（5）。此外，作者还证实了AriF在ari基因簇异源表达的分流产物（8–11）中起到了羟基化和环氧化的作用。

为了解释AriF的独特催化机制，作者提出了三种可能的环化机制（pathways i–iii），包括自由基机制和碳正离子机制。量子化学计算结果表明，P450 AriF倾向于通过pathway i的碳正离子环化机制催化6/10双环cis-eunicellane骨架（4）形成6/7/5三环骨架（5）。

综上所述，该研究通过基因组挖掘发现了一类高度氧化的新颖尤尼斯烷型二萜以及benditerpenoic acid类的分流产物。结合体内、体外实验以及量子化学计算系统地阐明aridacins核心6/7/5三环骨架是由萜类环化酶AriE和P450 AriF协同作用形成，全新的构建萜类骨架的策略。这项研究不仅拓展了P450酶的催化反应多样性，也丰富了萜类骨架形成的策略。