酶可以精确调控化学活性中间体，是不对称合成的理想催化剂之一。将酶催化和光催化结合的光酶催化，融合了可见光化学多样的反应性和酶的高选择性，成为当下开发新酶功能、解决不对称催化难题的有效策略之一。目前已报道的烯烃还原酶(ERs)的光酶催化体系主要通过可见光激发电子供体-受体络合物(图1a)、或者可见光直接激发触发单电子氧化的策略(图1b)，从而实现一系列自由基类型的不对称脱卤以及C-C/C-N/C-S键的构建。然而，这些基于ER的光酶反应的关键立体决定步骤通常是苄位自由基终止的氢原子转移(HAT)，而初始自由基成键步骤的立体化学难以控制。此外，目前还没有能够实现非天然自由基型C-O键形成的光酶催化体系。

南京大学黄小强课题组长期致力于开发新型光酶元件和光酶协同催化体系。近期，黄小强实验室与张艳课题组和王斌举课题组合作，通过对ERs的进化改造以及可见光引发的单电子氧化策略，调控自由基C-O键形成和HAT步骤，实现含有相邻立体中心的内酯类化合物的不对称光酶催化合成(图1d)。

具体地，作者选取1a作为模板底物，并通过聚焦理性迭代位点特异性突变（FRISM）策略进行定向进化，经过点突变和三轮迭代组合突变，获得最佳突变体ER-M5，能以57%的收率，95%的ee值和7.3:1 d.r.催化模板反应。控制实验表明，酶，光敏剂Rh6G和光照是该催化体系必不可少的关键因素。

该体系的底物耐受性考察结果表明，带有给电子和吸电子基团、邻位和对位取代以及杂环的芳香烯酸衍生物都能顺利发生反应(19例，高达86%产率, 99% ee, 7.5:1 d.r.)。同时，作者进一步实现了更具挑战性的分子间双C-O和C-C键的形成(8例，产率高达95%，96% ee 12.9:1 d.r.)。

随后，团队通过自由基捕获、脱辅因子蛋白催化、初始反应速率测定和氘代实验，验证了所提出的自由基阳离子加成→分子内亲核进攻→质子转移→氢原子转移途径。作者进一步借助了密度泛函理论（DFT），分子动力学模拟（MD）以及量子力学/分子力学（QM/MM）等计算方法，阐明了突变体对产物立体选择性控制的可能机制。

总之，南京大学黄小强团队通过整合可见光诱导的单电子氧化策略以及酶的定向进化，重塑烯烃还原酶，将其改造成为能够调控自由基型C-O/C-C成键和HAT步骤的光酶，最终合成一系列含有相邻立体中心的手性内酯类化合物。本文预计能够启发更多光酶催化新体系的创制、以及更多非天然的不对称生物转化的开发。