——记武汉大学药学院教授高磊

李 莉  马继妍

　　合成化学，作为支撑人类“衣、食、住、行、医”的基石，是推动社会文明进阶的核心驱动力。然而，传统化学合成长期面临效率低、污染严重等瓶颈，已与我国“双碳”目标引领下的绿色发展战略形成尖锐矛盾，开发环境友好、高效精准的合成新路径，成为时代赋予科研工作者的迫切使命。

　　酶催化凭借过程绿色、立体选择性优异、催化效率突出的天然优势，成为破解传统合成困局的关键抓手。但现实挑战同样严峻——酶催化的“工具箱”仍显匮乏，能驱动新颖化学转化的特殊酶类亟待挖掘。瞄准国家战略需求与学科前沿热点，武汉大学药学院教授高磊深耕植物天然产物生物合成与酶催化领域十余载，在分子间D-A酶（能够催化狄尔斯-阿尔德反应的酶）的挖掘、机制解析与合成应用中取得一系列开拓性成果，用科研实践回应时代命题，让自然馈赠的生物催化剂，为绿色合成事业注入强劲动能。

桑下埋首磨一剑

　　从逐梦少年到科研攻坚者，高磊的求学与科研，始终贯穿着“兴趣驱动”的初心与“迎难而上”的执着。中学时，他循着热爱在分科时选择理科。高考填志愿，因对动植物的天然好奇，在华中师范大学免费师范生和化学生物学交叉培养班之间，他坚定选择了后者。

　　步入大学，交叉学科的魅力让高磊坚定深造之志。从本科到博士，他在兴趣指引下深耕科研，进入北京生命科学研究所雷晓光教授课题组，开启10年桑科植物研究之旅。雷晓光出身全合成化学领域，却有涉足生物合成新领域的远见。当他把桑科植物天然产物研究课题交给有交叉学科背景的高磊时，高磊立即被这一课题所吸引。“熟悉的桑葚，竟蕴含强药理活性的D-A类型天然产物。”熟悉与未知的碰撞，让他充满探索渴望。

　　高磊未料到，看似有趣的课题竟成多年“硬仗”，前3年更在迷茫中徘徊。“课题组此前无生物合成研究基础，化学与生物合成体系迥异；当时植物基因组测序成本高昂，桑树作为非模式植物，缺乏完整基因组背景与成熟遗传操作手段，传统研究方法处处受限。”

　　无路可走，高磊转而寻求方法创新。通过仿生合成思路，他先用化学催化手段证明了生物合成逻辑的可行性，坚定了寻找关键酶的信心。2018年，他凭借相关研究获得第19届四面体研讨会“最佳海报奖”时，会上专家的建议更让他坚定了信念：找到植物高效立体选择性酶，不仅具有科学意义，更有巨大应用价值。

　　博士毕业，高磊获清华大学-北京大学生命科学联合中心（CLS）设立的“优秀博士后基金（杰出奖）”资助，进入北京大学继续深耕。受化学蛋白质组学中基于活性的蛋白质谱（ABPP）方法的启发，他提出在蛋白质组水平开发新策略，终于迎来突破曙光。他开发出基于生物合成中间体探针的靶点垂钓策略，成功解决了植物天然产物生物合成研究的关键技术瓶颈，在桑树愈伤组织中鉴定出首个催化分子间D-A反应的单功能酶，成果发表于《自然化学》（Nature Chemistry），并获得英国皇家化学会和《合成化学》（Synfacts，国际化学评论期刊）的专题报道。随后，他又鉴定出自然界中首个催化exo选择性的分子间D-A酶，揭示了不同选择性D-A酶的催化机制，实现了D-A产物的高效精准合成，研究发表于《自然催化》（Nature Catalysis），并再次被《合成化学》专题报道。

　　科研硕果盈枝，离不开雷晓光的悉心指引与精神感召。“雷老师对科研的热忱，以及他的创新魄力与跨界勇气，始终感染着我，成为我十年深耕的精神动力。”高磊坦言。在雷晓光带领下，他核心参与2021年度北京市科学技术奖二等奖项目“功能导向天然产物合成”攻关，以酶法合成为天然产物研究开辟新路径。2024年，高磊以第一作者与恩师在《化学研究述评》（Accounts of Chemical Research）发表封面综述，为自己在团队的10年科研画上圆满句号。论文系统梳理团队核心成果：通过仿生全合成与化学蛋白质组学技术挖掘植物新颖酶催化工具，深入阐释桑树分子间D-A酶的催化机制与演化规律，为该类酶的理性挖掘及定向改造提供理论支撑；创新性提出“多样性导向化学-酶法合成”新策略，融合脱羧官能团化与酶促D-A反应优势，实现D-A产物高效衍生与制备，为相关天然产物药物研发筑牢基础。

　　如今，高磊已在武汉大学开启新征程，但他对D-A酶研究的探索并未停止。10年科研路，他因兴趣选择方向，因热爱抵御迷茫，因创新突破困境，这份“十年磨一剑”的深耕精神，不仅让他在科研领域站稳脚跟，也给初入科研的年轻人提供了值得借鉴的成长范本——以兴趣为灯，以坚持为路，终能在热爱的领域绽放光芒。

珞珈扬帆赴新程

　　从北京大学到武汉大学，高磊的此番奔赴藏着多重情愫与考量。与家人长期异地、难得陪伴孩子的牵挂，让“回武汉”成为他心底的强烈期盼；高考发挥失常与武汉大学失之交臂，当机会出现，这里成为他的不二之选。武汉大学药学院的专业平台与他的研究方向高度契合，这里聚集着天然产物生物合成、酶催化等领域的顶尖学者，其结构生物学优势亦能为酶机制研究提供关键支撑，“专业对口、氛围浓厚”的吸引力，让高磊毅然扎根。

　　2024年8月入职时，实验室尚在装修，高磊的科研热情与育人初心未受影响。为让学生尽早接触高水平科研，他主动联系恩师雷晓光，安排学生赴北京大学课题组学习，每周通过线上组会跟进进展、及时沟通。如今，他的团队已从“光杆司令”发展为5人课题小组。高磊秉持“兴趣驱动”育人理念，构建轻松平等的团队文化，以引导鼓励激发学生内驱力，助力其主动热爱科研。依明确方向，团队分两路攻关：既深耕植物天然产物生物合成，又专注酶催化领域。让他欣慰的是，前期赴北京大学受训的学生已能独当一面，小团队稳步步入正轨。

　　在深耕桑科植物D-A酶研究的同时，高磊亦在拓展多元合作与创新方向。2024年，他参与的两项研究斩获重大突破：与深圳农业基因组研究所闫建斌研究员团队合作解析紫杉醇生物合成途径，成果入选2024年度“中国生命科学十大进展”，他主导分离合成数十个潜在生物合成前体，为打通紫杉醇生物合成途径提供核心物质基础与化学逻辑；另与中国科学院动物研究所康乐院士团队合作，在《自然》（Nature）发表蝗虫聚集信息素4-乙烯基苯甲醚的生物合成途径研究成果，据此开发的小分子抑制剂为蝗灾精准环保防控提供新思路，成果入选2025年度“中国生命科学十大进展”。这些成果让他深刻体悟：“科研不应局限于对人有益的天然产物，动植物内源重要物质及关联农业生产的生物学问题，均具有深耕价值。”

　　此外，高磊还参与了科技部化学酶法反应构建项目，探索化学与酶催化的“一锅法”偶联，减少分离纯化步骤与环境污染。2024年，他利用芳草醇氧化酶实现从醛到噻唑啉骨架的一步合成，为药物分子绿色合成提供了新方案。

　　立足武汉大学的平台优势，高磊为团队规划了清晰的未来蓝图：核心目标聚焦药物合成生物学，围绕基因元件挖掘与功能拓展双线发力。他认为，合成生物学虽被寄予厚望，但当前缺乏核心基因元件的瓶颈亟待突破，而他的研究正是要打通这一关键环节。

　　具体而言，团队将从两方面推进：一是“师法自然”，深耕植物天然药物生物合成。以桑科植物分子间D-A酶为核心，拓展其催化空间——将4+2环加成反应拓展至3+2、5+2等类型，合成新骨架天然产物；结合酶催化的立体选择性优势与化学催化的底物谱宽泛优势，高效合成天然产物及其衍生物，为药物研发提供支撑。同时，持续挖掘紫杉醇等天然药物的生物合成元件，导入大肠杆菌、酵母等底盘细胞实现异源合成，推动产业化应用。二是“超越自然”，通过酶的改造与设计开辟新路径。他与雷晓光课题组合作开发出新的酶催化合成方法：改造醛脱氢酶，使其不再通过氧化醛产生羧酸，而是直接以醛为原料一步合成酰胺键，将传统的“醛→酸→酰胺”的三步反应缩减为两步，大幅提升酰胺的合成效率，相关成果发表在《科学》（Science）上。这一突破不仅优化了合成路线，更为合成生物学提供了高效基因元件，为酰胺类药物的绿色生物制造提供了新途径。

　　尽管科研压力不小，但看到同行的优秀表现高磊更添动力，他始终以饱满的热情投入工作。“我希望在武大平台上，既延续十年科研初心，又开辟新的天地，让基础研究真正落地到药物等领域的应用，实现更大的社会价值。”高磊说。