合成化學(xué)，作為支撐人類“衣、食、住、行、醫(yī)”的基石，是推動社會文明進階的核心驅(qū)動力。然而，傳統(tǒng)化學(xué)合成長期面臨效率低、污染嚴重等瓶頸，已與我國“雙碳”目標引領(lǐng)下的綠色發(fā)展戰(zhàn)略形成尖銳矛盾，開發(fā)環(huán)境友好、高效精準的合成新路徑，成為時代賦予科研工作者的迫切使命。

▲高磊

酶催化憑借過程綠色、立體選擇性優(yōu)異、催化效率突出的天然優(yōu)勢，成為破解傳統(tǒng)合成困局的關(guān)鍵抓手。但現(xiàn)實挑戰(zhàn)同樣嚴峻——酶催化的“工具箱”仍顯匱乏，能驅(qū)動新穎化學(xué)轉(zhuǎn)化的特殊酶類亟待挖掘。瞄準國家戰(zhàn)略需求與學(xué)科前沿熱點，武漢大學(xué)藥學(xué)院教授高磊深耕植物天然產(chǎn)物生物合成與酶催化領(lǐng)域十余載，在分子間D-A酶（能夠催化狄爾斯-阿爾德反應(yīng)的酶）的挖掘、機制解析與合成應(yīng)用中取得一系列開拓性成果，用科研實踐回應(yīng)時代命題，讓自然饋贈的生物催化劑，為綠色合成事業(yè)注入強勁動能。

桑下埋首磨一劍

從逐夢少年到科研攻堅者，高磊的求學(xué)與科研，始終貫穿著“興趣驅(qū)動”的初心與“迎難而上”的執(zhí)著。中學(xué)時，他循著熱愛在分科時選擇理科。高考填志愿，因?qū)又参锏奶烊缓闷?，在華中師范大學(xué)免費師范生和化學(xué)生物學(xué)交叉培養(yǎng)班之間，他堅定選擇了后者。

步入大學(xué)，交叉學(xué)科的魅力讓高磊堅定深造之志。從本科到博士，他在興趣指引下深耕科研，進入北京生命科學(xué)研究所雷曉光教授課題組，開啟10年桑科植物研究之旅。雷曉光出身全合成化學(xué)領(lǐng)域，卻有涉足生物合成新領(lǐng)域的遠見。當他把?？浦参锾烊划a(chǎn)物研究課題交給有交叉學(xué)科背景的高磊時，高磊立即被這一課題所吸引?！笆煜さ纳］?，竟蘊含強藥理活性的D-A類型天然產(chǎn)物?！笔煜づc未知的碰撞，讓他充滿探索渴望。

高磊未料到，看似有趣的課題竟成多年“硬仗”，前3年更在迷茫中徘徊。“課題組此前無生物合成研究基礎(chǔ)，化學(xué)與生物合成體系迥異；當時植物基因組測序成本高昂，桑樹作為非模式植物，缺乏完整基因組背景與成熟遺傳操作手段，傳統(tǒng)研究方法處處受限?！?/p>

無路可走，高磊轉(zhuǎn)而尋求方法創(chuàng)新。通過仿生合成思路，他先用化學(xué)催化手段證明了生物合成邏輯的可行性，堅定了尋找關(guān)鍵酶的信心。2018年，他憑借相關(guān)研究獲得第19屆四面體研討會“最佳海報獎”時，會上專家的建議更讓他堅定了信念：找到植物高效立體選擇性酶，不僅具有科學(xué)意義，更有巨大應(yīng)用價值。

博士畢業(yè)，高磊獲清華大學(xué)-北京大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心（CLS）設(shè)立的“優(yōu)秀博士后基金（杰出獎）”資助，進入北京大學(xué)繼續(xù)深耕。受化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)中基于活性的蛋白質(zhì)譜（ABPP）方法的啟發(fā)，他提出在蛋白質(zhì)組水平開發(fā)新策略，終于迎來突破曙光。他開發(fā)出基于生物合成中間體探針的靶點垂釣策略，成功解決了植物天然產(chǎn)物生物合成研究的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，在桑樹愈傷組織中鑒定出首個催化分子間D-A反應(yīng)的單功能酶，成果發(fā)表于《自然化學(xué)》（Nature Chemistry），并獲得英國皇家化學(xué)會和《合成化學(xué)》（Synfacts，國際化學(xué)評論期刊）的專題報道。隨后，他又鑒定出自然界中首個催化exo選擇性的分子間D-A酶，揭示了不同選擇性D-A酶的催化機制，實現(xiàn)了D-A產(chǎn)物的高效精準合成，研究發(fā)表于《自然催化》（Nature Catalysis），并再次被《合成化學(xué)》專題報道。

科研碩果盈枝，離不開雷曉光的悉心指引與精神感召?！袄桌蠋煂蒲械臒岢?，以及他的創(chuàng)新魄力與跨界勇氣，始終感染著我，成為我十年深耕的精神動力?！备呃谔寡浴Ｔ诶讜怨鈳ьI(lǐng)下，他核心參與2021年度北京市科學(xué)技術(shù)獎二等獎項目“功能導(dǎo)向天然產(chǎn)物合成”攻關(guān)，以酶法合成為天然產(chǎn)物研究開辟新路徑。2024年，高磊以第一作者與恩師在《化學(xué)研究述評》（Accounts of Chemical Research）發(fā)表封面綜述，為自己在團隊的10年科研畫上圓滿句號。論文系統(tǒng)梳理團隊核心成果：通過仿生全合成與化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)挖掘植物新穎酶催化工具，深入闡釋桑樹分子間D-A酶的催化機制與演化規(guī)律，為該類酶的理性挖掘及定向改造提供理論支撐；創(chuàng)新性提出“多樣性導(dǎo)向化學(xué)-酶法合成”新策略，融合脫羧官能團化與酶促D-A反應(yīng)優(yōu)勢，實現(xiàn)D-A產(chǎn)物高效衍生與制備，為相關(guān)天然產(chǎn)物藥物研發(fā)筑牢基礎(chǔ)。

如今，高磊已在武漢大學(xué)開啟新征程，但他對D-A酶研究的探索并未停止。10年科研路，他因興趣選擇方向，因熱愛抵御迷茫，因創(chuàng)新突破困境，這份“十年磨一劍”的深耕精神，不僅讓他在科研領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，也給初入科研的年輕人提供了值得借鑒的成長范本——以興趣為燈，以堅持為路，終能在熱愛的領(lǐng)域綻放光芒。

珞珈揚帆赴新程

從北京大學(xué)到武漢大學(xué)，高磊的此番奔赴藏著多重情愫與考量。與家人長期異地、難得陪伴孩子的牽掛，讓“回武漢”成為他心底的強烈期盼；高考發(fā)揮失常與武漢大學(xué)失之交臂，當機會出現(xiàn)，這里成為他的不二之選。武漢大學(xué)藥學(xué)院的專業(yè)平臺與他的研究方向高度契合，這里聚集著天然產(chǎn)物生物合成、酶催化等領(lǐng)域的頂尖學(xué)者，其結(jié)構(gòu)生物學(xué)優(yōu)勢亦能為酶機制研究提供關(guān)鍵支撐，“專業(yè)對口、氛圍濃厚”的吸引力，讓高磊毅然扎根。

2024年8月入職時，實驗室尚在裝修，高磊的科研熱情與育人初心未受影響。為讓學(xué)生盡早接觸高水平科研，他主動聯(lián)系恩師雷曉光，安排學(xué)生赴北京大學(xué)課題組學(xué)習，每周通過線上組會跟進進展、及時溝通。如今，他的團隊已從“光桿司令”發(fā)展為5人課題小組。高磊秉持“興趣驅(qū)動”育人理念，構(gòu)建輕松平等的團隊文化，以引導(dǎo)鼓勵激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力，助力其主動熱愛科研。依明確方向，團隊分兩路攻關(guān)：既深耕植物天然產(chǎn)物生物合成，又專注酶催化領(lǐng)域。讓他欣慰的是，前期赴北京大學(xué)受訓(xùn)的學(xué)生已能獨當一面，小團隊穩(wěn)步步入正軌。

在深耕?？浦参顳-A酶研究的同時，高磊亦在拓展多元合作與創(chuàng)新方向。2024年，他參與的兩項研究斬獲重大突破：與深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所閆建斌研究員團隊合作解析紫杉醇生物合成途徑，成果入選2024年度“中國生命科學(xué)十大進展”，他主導(dǎo)分離合成數(shù)十個潛在生物合成前體，為打通紫杉醇生物合成途徑提供核心物質(zhì)基礎(chǔ)與化學(xué)邏輯；另與中國科學(xué)院動物研究所康樂院士團隊合作，在《自然》（Nature）發(fā)表蝗蟲聚集信息素4-乙烯基苯甲醚的生物合成途徑研究成果，據(jù)此開發(fā)的小分子抑制劑為蝗災(zāi)精準環(huán)保防控提供新思路，成果入選2025年度“中國生命科學(xué)十大進展”。這些成果讓他深刻體悟：“科研不應(yīng)局限于對人有益的天然產(chǎn)物，動植物內(nèi)源重要物質(zhì)及關(guān)聯(lián)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生物學(xué)問題，均具有深耕價值?！?/p>

此外，高磊還參與了科技部化學(xué)酶法反應(yīng)構(gòu)建項目，探索化學(xué)與酶催化的“一鍋法”偶聯(lián)，減少分離純化步驟與環(huán)境污染。2024年，他利用芳草醇氧化酶實現(xiàn)從醛到噻唑啉骨架的一步合成，為藥物分子綠色合成提供了新方案。

立足武漢大學(xué)的平臺優(yōu)勢，高磊為團隊規(guī)劃了清晰的未來藍圖：核心目標聚焦藥物合成生物學(xué)，圍繞基因元件挖掘與功能拓展雙線發(fā)力。他認為，合成生物學(xué)雖被寄予厚望，但當前缺乏核心基因元件的瓶頸亟待突破，而他的研究正是要打通這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

具體而言，團隊將從兩方面推進：一是“師法自然”，深耕植物天然藥物生物合成。以?？浦参锓肿娱gD-A酶為核心，拓展其催化空間——將4+2環(huán)加成反應(yīng)拓展至3+2、5+2等類型，合成新骨架天然產(chǎn)物；結(jié)合酶催化的立體選擇性優(yōu)勢與化學(xué)催化的底物譜寬泛優(yōu)勢，高效合成天然產(chǎn)物及其衍生物，為藥物研發(fā)提供支撐。同時，持續(xù)挖掘紫杉醇等天然藥物的生物合成元件，導(dǎo)入大腸桿菌、酵母等底盤細胞實現(xiàn)異源合成，推動產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。二是“超越自然”，通過酶的改造與設(shè)計開辟新路徑。他與雷曉光課題組合作開發(fā)出新的酶催化合成方法：改造醛脫氫酶，使其不再通過氧化醛產(chǎn)生羧酸，而是直接以醛為原料一步合成酰胺鍵，將傳統(tǒng)的“醛→酸→酰胺”的三步反應(yīng)縮減為兩步，大幅提升酰胺的合成效率，相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。這一突破不僅優(yōu)化了合成路線，更為合成生物學(xué)提供了高效基因元件，為酰胺類藥物的綠色生物制造提供了新途徑。

盡管科研壓力不小，但看到同行的優(yōu)秀表現(xiàn)高磊更添動力，他始終以飽滿的熱情投入工作?！拔蚁Ｍ谖浯笃脚_上，既延續(xù)十年科研初心，又開辟新的天地，讓基礎(chǔ)研究真正落地到藥物等領(lǐng)域的應(yīng)用，實現(xiàn)更大的社會價值?！备呃谡f。

從桑科植物D-A酶的研究到紫杉醇、蝗蟲信息素的重大突破，高磊的科研路是青年科研人回應(yīng)時代召喚的縮影——跨學(xué)科的視野、敢創(chuàng)新的魄力，是突破瓶頸的利刃；而將個人研究錨定國家綠色發(fā)展、民生健康的需求，則讓每一次實驗、每一篇論文都有了沉甸甸的分量。