探索天然产物生源合成途径对于天然产物合成以及化学生物学研究具有重要意义。例如生源合成途径中的“环化/后期氧化”（cyclization/late-stage P450-mediated oxidation）策略被运用于一系列具有抗癌活性二萜的全合成中。生源合成上，从共同的生源前体香叶基香叶基焦磷酸（GGPP）出发，通过萜类环化酶（terpenoid cyclase）催化的多步碳正离子环化和重排反应可产生各种二萜类天然产物 (Nat. Prod. Rep. 2011, 28, 1035–1053)，例如抗癌药物紫杉醇 （Taxol）、巨大戟醇（ingenol）和抗生素截短侧耳素 (pleuromutilin)。因此，人们对二萜类天然产物的生物合成和仿生合成进行了广泛的研究。
香茶菜属（Isodon）二萜是一类结构复杂的多环活性天然产物，迄今为止已分离鉴定出1000多种该家族天然产物。与诸多其他二萜天然产物一样，其生源合成是从GGPP出发，通过一些列酶促环化反应得到共同的生源前体随后通过碳正离子重排得到已知的香茶菜属（Isodon）二萜结构，包括ent-kaurane型，jumgermannenone型和ent-beyerene型（Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 2847–2854）。生源推测不同类型香茶菜属二萜的骨架之间的转化也是通过碳正离子重排实现的。例如最初的生源途径认为，jungermannenone 型是从ent-kaurane 型通过两种可能的碳正离子重排而来。
北京大学雷晓光课题组在前期的工作基础之上（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3112-3116; J. Nat. Prod. 2018, 81, 298−306），近期对香茶菜属二萜的合成研究取得一系列新的重要进展，完成了5个香茶菜属二萜分子的首次不对称全合成，并且发现由紫外光或自然光引发的[3.2.1]桥环骨架自由基重排反应可以高效促发二萜类天然产物的骨架重排，从而揭示了该自由基重排，而非传统上认为的碳正离子重排，是该类天然产物可能的生物合成过程。该反应被应用于一系列复杂萜类天然产物或类似物的后期骨架重排中，表明其具有良好的适用性和官能团耐受性。该发现丰富了我们对于萜类天然产物生物合成多样性的认识，而且也为自由基化学在天然产物合成中的广泛应用提供了新的指导思路。研究成果分别在线发表在《Chem》杂志和《Angewandte Chemie International Edition》杂志上。雷晓光课题组洪本科博士、刘伟龙博士和博士生王进为 Chem 文章共同第一作者，北京大学余志祥课题组与山东大学娄红祥教授为该研究工作提供了帮助。博士生吴金宝和日本籍博士后Yuichiro Kadonaga博士为Angewandte Chemie International Edition文章共同第一作者。该系列工作得到国家自然科学基金（杰出青年基金、重点项目、和创新群体项目）、科技部重点研发计划、973项目、以及北大-清华生命联合中心的资助。
Benke Hong, Weilong Liu, Jin Wang, Jinbao Wu, Yuichiro Kadonaga, Pei-Jun Cai, Hong-Xiang Lou, Zhi-Xiang Yu, Houhua Li, Xiaoguang Lei. Chem 2019, DOI: 10.1016/j.chempr.2019.04.023
Jinbao Wu, Yuichiro Kadonaga, Benke Hong, Jin Wang, and Xiaoguang Lei. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201903682
