种类丰富的天然植物代谢物被人类用来作为药物来源已经具有很悠久的历史。其中，长春花生物碱被广泛应用于制药行业以及病虫害综合治理领域。长春花生物碱类化合物是由环烯醚萜衍生而来，由包含了已经商业化的癌症治疗药剂（长春碱和长春新碱）在内的约130种萜类吲哚生物碱组成。　　为了更好的开发研制这些有价值的天然产物，人们对于它们的生物化学合成途径进行了深入的研究。对于所有长春花生物碱而言，其生物合成过程中的关键步骤就是产生环烯醚萜环状骨架的环化反应。最近植物长春花中催化这一环化反应的酶被鉴定并被命名为环烯醚萜合成酶(Iridoid Synthase，IS，EC:1.3.1.99)。IS作为一种仅存在于植物中的酶，属于短链脱氢酶/还原酶(SDR)家族中的孕酮-5β-还原酶(P5βR)亚家族。然而从其功能来讲IS行使的是环化酶的功能，它以线性单萜八氧香叶醛为底物催化一种特殊的环化反应，最终产生下游生物碱的环状骨架，这一环化反应与经典萜类环化酶催化的环化反应截然不同，然而其行使催化功能的分子机制仍是不明确的。　　本论文报道了长春花环烯醚萜合成酶的晶体结构，包括无底物结合状态的蛋白结构及其结合了NADP+和底物八氧香叶醛的三元复合物的晶体结构，分辨率分别为2.20埃和2.65埃。IS呈现出了与Digitalis lanata P5βR的结构相似的经典Rossmann折叠构象。将两个结构进行比对，我们鉴定出了一些新的负责二核苷酸辅酶结合的基序，其中一个为保守的SPxSxMN基序，在复合物结构中该基序发生了明显的构象变化来形成一个疏水缝隙从而进一步固定辅酶。在三元复合物的结构中，我们观察到在IS活性位点附近有一些对于催化反应非常重要的氨基酸残基，它们很好的排列在一起形成一个特定的骨架来稳定底物使其能够接受来自NADPH的氢负离子。这些位点的突变均会导致IS催化活性不同程度的降低。值得一提的是，IS所呈现出的活性中心缺失了SDR成员中经典的在空间上高度保守的酪氨酸/赖氨酸/丝氨酸催化三角，而是仅保留了发挥关键催化功能的酪氨酸残基（在IS中为第178位酪氨酸）。将Tyr178突变为苯丙氨酸几乎完全淬灭了IS的催化活性，而位于活性位点周围的一个高度保守的Lys146的突变并未对IS的催化活性产生明显影响，进一步证实了在IS中传统催化三角的缺失。在底物结合口袋中，线性八氧香叶醛呈现出一种舒展的状态，它的两个醛基末端分别与Tyr178-OH和Ser349-OH以氢键的形式结合。除此之外，底物中间的碳链由Ile145、Phe149、Leu203、Met213、Phe342、I1e345和Leu352形成的疏水骨架固定。突变体的研究表明Ser349和底物周围的疏水氨基酸对于IS的底物特异性乃至催化活性都是起决定性作用的。相比之下，之前被认为可能参与底物结合的Gly150～Pro160环并没有太大的贡献，因为将Ile151～His161敲除之后IS的催化活性并未受到明显的影响。我们的研究不仅揭示了IS活性位点的底物特异性，也进一步证实了P5βR亚家族催化底物1，4-加成反应的机制。我们相信该工作不仅可以帮助完善IS的具体催化机制，而且还可以帮助研发IS类似的酶来高效的合成环烯醚萜类化合物用于更广泛的应用。