南海礁棲海藻共附生微生物藥用天然產(chǎn)物研究取得重要進展
礁棲海藻是珊瑚礁生物群落的重要組成部分。海藻共附生微生物與宿主相互依存，通過產(chǎn)生活性代謝產(chǎn)物構(gòu)建化學防御體系，幫助宿主海藻抵抗捕食者和致病微生物，維護珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)平衡。這些微生物代謝產(chǎn)物往往結(jié)構(gòu)新穎、活性獨特，是新型藥物先導化合物的寶貴來源。中科院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室和廣東省海洋藥物重點實驗室劉永宏學科組長期從事海洋微生物活性天然產(chǎn)物研究，學科組周雪峰研究員對我國南海永興島附近低潮帶珊瑚礁來源的腔節(jié)藻進行了多年的共附生微生物代謝產(chǎn)物研究，近期在新穎天然產(chǎn)物和藥物先導物發(fā)現(xiàn)方面取得了重要進展。
學科組通過抗菌、殺蟲和細胞毒活性篩選，結(jié)合LC-MS化學排重策略，從腔節(jié)藻共附生真菌中篩選出4株代謝產(chǎn)物豐富、具有潛在化學防御功能的活性菌株。對其中赭曲霉Jcma1F17進行優(yōu)化發(fā)酵，在先前發(fā)現(xiàn)罕見的硝基苯酯倍半萜化合物基礎上（MedChemComm 2014, 5, 701），進一步挖掘獲得6個硝基苯酯倍半萜，并發(fā)現(xiàn)其具有腫瘤細胞增殖抑制和NF-κB抑制活性（J. Nat. Prod. 2018, 81, 92）[1]。該類化合物發(fā)表后，北京大學深圳研究生院楊震教授團隊對其進行了化學全合成（Org. Lett. 2018, 20, 4298）。學科組通過微生物發(fā)酵大量制備硝基苯酯倍半萜，并與南方醫(yī)科大學合作進行深入的抗炎免疫活性研究。通過體內(nèi)外模型篩選發(fā)現(xiàn)其中NS4可顯著抑制RANKL誘導的破骨細胞生成以及骨吸收功能，并闡明作用機制，揭示其在治療骨質(zhì)疏松和骨破壞疾病中的藥用價值。成果于2020年6月30日在線發(fā)表于國際藥理學權(quán)威期刊《英國藥理學雜志》(IF 7.73)（Brit. J. Pharmacol. doi:10.1111/bph.15179）[2]。
從旋孢腔菌SCSIO41401無海鹽發(fā)酵物中分離發(fā)現(xiàn)多個新穎的艾里莫芬烷型倍半萜，其中含有罕見肟基的小樹孢菌素J，可選擇性抑制腎癌ACHN細胞增殖和誘導凋亡（J. Nat. Prod. 2018, 81, 1406）[3]。在含海鹽培養(yǎng)基中，該菌新產(chǎn)生4個螺環(huán)γ內(nèi)酰胺類化合物，篩選發(fā)現(xiàn)新化合物螺圓孢菌素X對多種甲型流感病毒具有顯著抑制活性，包括對“達菲”耐藥株H274Y（抑制率IC50 1.2 μM）。機制研究表明螺圓孢菌素X作用于病毒感染早期，作用靶標為不易產(chǎn)生耐藥的RNA聚合酶PB2-cap結(jié)合域。論文在《天然產(chǎn)物雜志》發(fā)表后被評為當月“Most Read Articles”（J. Nat. Prod. 2018, 81, 2722）[4]。
在LC-MS導向下，從青霉菌SCSIO41402發(fā)酵物中快速定向分離獲得兩個骨架新穎的sorbicillinoid類化合物，其中sorbicillfuran B為自然界首例桔霉素駢合sorbicillinoid骨架，具有抑制HL-60細胞增殖活性。成果以封面文章形式發(fā)表于《有機與生物分子化學》（Org. Biomol. Chem. 2019, 17: 8721）[5]。Sorbicillfuran B被國際權(quán)威雜志《天然產(chǎn)物報告》Hot off the Press欄目選為“熱點化合物”（Nat. Prod. Rep. 2019, 36, 1614）。
從擬盤多毛孢菌SCSIO41403中分離鑒定26個次生代謝產(chǎn)物，其中新化合物17個，包括具有COX-2抑制活性的二苯甲酮類新化合物（J. Antibiot. doi:10.1038/s41429-020-0308-3）[6]和7個烯炔對苯二酚類新化合物。活性篩選發(fā)現(xiàn)其中新穎的烯炔對苯二酚糖苷pestalotioquinoside C對肝X受體α具有較好的激活作用，在高膽固醇血癥、動脈粥樣硬化等代謝類疾病中具有潛在藥用價值。這類海藻微生物來源“稀缺”藥源分子被《天然產(chǎn)物雜志》作為2020年4月刊的內(nèi)頁封面圖片形式展示（J. Nat. Prod. 2020, 83,1258）[7]。
劉永宏學科組從礁棲腔節(jié)藻來源的4株共附生真菌中分離鑒定56個天然產(chǎn)物，其中新化合物29個，合作篩選發(fā)現(xiàn)多個具有抗腫瘤、抗流感、激活肝X受體α和抗炎免疫抑制活性的先導化合物，為研究礁棲海藻化學防御物質(zhì)和珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中的化學功能物質(zhì)增加了新的維度，為海洋生物資源的深度開發(fā)利用和海洋創(chuàng)新藥物研發(fā)奠定基礎。
本研究中腔節(jié)藻由學科組楊斌副研究員采集，共附生真菌由林秀萍副研究員分離鑒定，真菌代謝產(chǎn)物的分離鑒定工作由碩士生王健嬌（論文3-7）和南方醫(yī)科大學博士生譚艷輝（論文1,2）在周雪峰研究員指導下完成，活性篩選和機制研究由南方醫(yī)科大學藥學院（論文1,2,4,6,7）合作完成。本研究得到了國家自然科學基金、廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展專項基金和廣東省自然科學基金杰出青年項目的資助。
相關論文鏈接：
[1] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jnatprod.7b00698
[2] https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.15179
[3] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jnatprod.8b00015
[4] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jnatprod.8b00656
[5] https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/OB/C9OB01595G
[6] https://www.nature.com/articles/s41429-020-0308-3
[7] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jnatprod.0c00050
腔節(jié)藻共附生真菌來源藥用活性天然產(chǎn)物
《天然產(chǎn)物雜志》和《有機與生物分子化學》雜志封面圖片展示成果
