血管紧张素转换酶（ACE）抑制剂被广泛用于治疗高血压和心力衰竭[1]。它们通过抑制血管紧张素I转化为血管紧张素II（一种强效的血管收缩剂）来发挥作用，从而放松血管、降低血压并减少心脏负担[2]。1975年，从蛇毒中发现的一种ACE抑制剂肽促成了卡托普利的合成，由于其口服生物利用度，这一发现标志着心血管治疗的重大突破[3]。卡托普利源自琥珀酰-L-脯氨酸[4]，为下一代ACE抑制剂如依那普利、雷米普利、贝那普利和赖诺普利等铺平了道路，这些抑制剂具有更好的疗效、药代动力学特性和安全性[5]。其中，贝那普利（商品名Lotensil或Benzil）仍然是最常用的ACE抑制剂之一，其全球市场规模预计从2023年的110亿美元增长到2030年的160亿美元（Cognitive Market Research预测），凸显了其持续的治疗和工业价值。
多年来，ACE抑制剂的合成方法经历了显著发展。最初使用的是化学方法，这些方法通常复杂且步骤繁多，耗时且成本高昂[1]。例如，L-同型苯丙氨酸（L-HPA）的合成[2]是一个关键的手性中间体，用于生产ACE抑制剂、蛋白酶抑制剂、乙酰胆碱酯酶抑制剂、中性内肽酶抑制剂和β-内酰胺类抗生素[3, 4]，但存在立体选择性问题、反应条件复杂、产率低、使用有毒试剂以及起始材料成本高等挑战，限制了L-HPA的工业生产[2]。近年来，生物催化方法已成为L-HPA合成的首选替代方案[5]。利用L-苯丙氨酸脱氢酶[6]、天冬氨酸氨基转移酶[7]和酪氨酸氨基转移酶[8]等酶，可以通过还原胺化和氨基转移等过程生产出对映纯的L-HPA。然而，这些方法也存在一些挑战，如底物特异性窄[9]、氨基转移酶反应的平衡限制、对昂贵辅因子的依赖[10]、酶在工艺条件下的不稳定性[11]、非天然底物的产率较低[Höhne, 2013]以及产物抑制等问题。因此，需要通过计算机模拟（insilico）筛选和酶工程来寻找适用于工业生产的稳定转氨酶。
研究人员开发了一种新的生物催化级联反应，利用醛缩酶、烯还原酶和苯丙氨酸脱氢酶从苯甲醛和丙酮酸高效生产L-HPA[2]。该方法在5升反应器中实现了100.9克/升的产率和94%的转化率，显示出很强的工业潜力。然而，这种方法也存在一些问题：L-HPA容易形成两性离子结构，显著降低其溶解度，并在典型反应条件下产生盐类，这会干扰化学合成和生物催化过程。为了解决这些问题，我们选择了一种基于酯的底物，以避免两性离子的形成，从而提高溶解度和工艺兼容性[5]。
另一种化学合成路线是利用L-同型苯丙氨酸乙酯（L-HPE）分子来生产贝那普利和其他ACE抑制剂，提供了一种新颖且高效的药物制造方法[12]。该过程的核心是L-HPE的不对称氮杂迈克尔加成反应，生成贝那普利合成所需的关键中间体[13]。尽管这种方法很有前景，但仍面临一些挑战，包括实现立体选择性、优化反应条件、控制中间体的反应性以及处理纯化问题。环境因素和成本因素进一步增加了L-HPE化学合成的复杂性，亟需创新解决方案。目前，OPBA是酶法合成L-HPA的主要原料。然而，对于ACE抑制剂的合成，起始底物实际上是L-HPE，需要额外一步将其转化为L-HPE[2]。近年来，在ACE抑制剂合成方面取得了一些进展。我们提出了一种新的酶促路线，其中OPBE底物在转氨酶（TA）的作用下转化为L-HPE，如图1所示。TA是一种依赖吡哆醛-5′-磷酸（PLP）的酶，可通过酮的还原胺化反应催化手性胺的不对称合成[14]。转氨酶的晶体结构仅能接受烷基底物[15]，因此进一步改造TA以接受更大体积的取代基在合成上具有重要意义，因为它扩大了可处理的底物范围，增强了这些酶在制药合成中的多功能性和适用性[16]。研究表明，经过改造的TA（如3FCR Y59W/Y87F/Y152F/T231A）活性提高了8,900倍，对映体过量（ee）超过99.9%，能够高效地将这些大体积酮转化为相应的胺类，同时保持高对映选择性和产率[16]。
我们当前的计算机模拟（insilico）研究，包括分子对接和分子动力学（MD）分析，首次报道了使用转氨酶将OPBE底物转化为L-HPE中间体的生物催化过程，用于ACE抑制剂的合成。本研究旨在提高野生型转氨酶（SbTA-WT）及其变体的催化活性，以提高产品产率和工业应用价值。识别与OPBE相互作用的残基是设计具有改进活性的变体的关键步骤。经过改造的变体SbTA10和SbTA11在底物与辅因子之间的反应距离以及结构和能量稳定性方面表现出改善。研究表明，OPBE底物可以通过转氨酶催化生成L-HPE中间体，后者是ACE抑制剂合成的关键前体。
