小分子肽类化合物的体内生物合成由核糖体肽合酶和非核糖体肽合酶（NRPS）。而NRPS合成的肽类具有结构更加复杂，后修饰途径更加多样化及广泛的生物活性的特点。非核糖体肽类化合物具有广泛的生物活性，如抗菌、抗炎、免疫抑制、抗病毒等。有些具有良好的临床应用潜力，有些则已经成为药物，如治疗革兰阳性细菌感染的达托霉素，能够抑制肿瘤细胞生长、扩散的博莱霉素。

在自然界中，细菌、蓝细菌、放线菌和真菌等微生物，甚至果蝇、小鼠等动物，均能通过非核糖体途径合成一系列低分子量的具有药用价值的非核糖体肽类次生代谢产物。这些多肽类物质结构复杂、种类繁多。NRP的生物合成是由非核糖体肽合成酶（NRPSs）、聚酮合成酶（PKSs）、NRPSs/PKSs杂合酶等多功能蛋白复合体完成。其中，NRPSs是NRPS生物合成的主要酶，也是研究最多最深入的酶，该酶由多个模块组成，各模块的特定结构域具有特定的酶活性。

除了20种蛋白质源的氨基酸外，NRPS含有大量的稀有氨基酸，已经鉴定出300多种，包括D-氨基酸、α-羟酸、N-/O-甲基氨基酸、犬尿氨酸等。有些NRPS形成环化或杂合环化的分子；有些还被糖基化、酰基化、脂质化等修饰，这些特点赋予了NRPS生理功能和生物活性的独特性和多样性。

NRPS具有多种对微生物生存、生长繁殖等所必需的生理功能，概括起来主要有：①抗生素。抑制他种竞争者生长，这是微生物界普遍存在的现象。②铁载体。细菌、蓝细菌、真菌等在铁元素成为限制性生长因子时，作为铁离子强敖合剂的铁载体被大量诱导产生，而从环境或宿主的铁结合蛋白中获得充足的铁离子。③毒素。作为选择性侵染特异宿主的毒力因子，突出的例子是烟曲霉产生的胶霉毒素可降低机体防御能力，能引起侵染性曲霉病，烟曲霉已成为临床上仅次于白色念珠菌的一种重要的条件致病真菌。④含氮物质的储存场所。如某些蓝细菌肽。⑤作为调节生长、繁殖和分化的信号分子等。

因其独特多样的生物活性，大量的NRPS已经得到广泛应用或正处于研发中。应用最多的是多肽类抗生素，如杆菌肽、万古霉素、短杆菌肽S、达托霉素等，尤其是达托霉素在临床上具有高效的抗多种已产生抗生素抗性的革兰阳性病原菌的能力。此外，NRPS还可以作为免疫抑制剂药物，如环孢霉素、抗真菌药物、生物表面活性剂、抗癌药物、细胞生长抑制剂和抗病毒药物等。

多年来，人们积极探索如何利用NRPS来生产有药用价值的活性肽，并取得了一些重大进展，例如，利用具有NRPS的微生物通过发酵获得相应的多肽；利用NRPS的某些特定结构域进行多肽的人工合成或半合成；对单个NRPS模块或完整NRPS的基因进行改造，或构建杂合的NRPS，引入到受体菌中，使之能合成我们需要的新的多肽等。但NRPS的广泛应用仍然面临以下亟待解决的问题：发酵单位大多不高，致使产量太低而限制了其应用；基因工程大多局限在产物的氨基酸数较少的NRPS，对于产物的氨基酸数较多、基因簇巨大的NRPS基因在操作上仍有相当的难度；人工设计的NRPS常产生合成效率低或特异性改变的问题；寻找能稳定而高效表达外源NRPS的合适宿主菌；宿主菌若缺乏氨基酸及肽链修饰酶，则需将相关的酶基因整合到所用的宿主系统中；多肽产物的高效转运和输出等。因此，必须在NRPS结构、组织模式和作用机制等方面进行更深入的研究，以促进NRPS的更广泛利用以及非核糖体肽类新药的开发和临床应用。