两株海洋来源木霉属真菌的次级代谢产物研究及海洋天然产物Pachybasin的结构修饰

作     者：Saif Ur Rehman 

作者单位：中国海洋大学 

学位级别：博士

导师姓名：王长云

授予年度：2020年

学科分类：1008[医学-中药学(可授医学、理学学位)] 1006[医学-中西医结合] 100602[医学-中西医结合临床] 10[医学] 

主      题：海洋来源真菌 里氏木霉 哈茨木霉 次级代谢产物 结构修改 生物活性 

摘      要：海洋栖息地拥有独特而丰富的结构和功能性生物分子资源，这些资源有望开发为新药或药物先导化合物。研究表明，生活在竞争激烈且生存条件苛刻的海洋环境中的真菌会产生引人瞩目的结构复杂的天然产物，其通常具有显著的生物活性，例如细胞毒性，抗菌，防污及其他生物活性。特别地，来源于海绵和珊瑚的木霉属真菌是结构特殊的活性次级代谢产物的潜在来源。鉴于此，海绵和珊瑚来源的木霉属真菌可能会产生具有广泛开发前景的化合物，成为多种药物和先导化合物。 在我们进行的有关发现活性天然产物的研究中，已从南海来源的海洋无脊椎动物及其共生微生物中获得了数百种次级代谢产物。在本研究中，以海绵来源真菌里氏木霉（HN-2016-018）和软珊瑚来源真菌哈茨木霉（Trichodermaharzianum）（XS-20090075）为研究对象，运用OSMAC方法研究其次级代谢产物，以发现新的具有生物活性的天然产物。通过柱色谱法和半制备型HPLC等方法共分离出32个天然化合物（1-32），并通过NMR、IR、UV和MS的综合光谱研究以及ECD计算和化学反应（水解反应）对其进行结构鉴定。这些次级代谢产物包括山梨素、蒽醌、类固醇、三联苯、色酮等多种结构类型，其中有8个化合物被鉴定为新化合物（1-5、7、13和16）。此外，本研究对分离自***（XS-20090075）的主要化合物之一，Pachybasin（25），进行结构修饰，总共衍生合成了40个新的Pachybasin醚和Pachybasin酯衍生物（33-72）。基于这些合成的衍生物，进一步探讨了Pachybasin相关化合物的构效关系，为发现更多的活性化合物和衍生物奠定了基础。 真菌***在PDB培养基中天然产物的分离。使用PDB培养基发酵***（HN-2016-018）菌株，共分离鉴定出15个化合物。分离出的大多数化合物为山梨醇类似物（1-12），其中包括6个新化合物，一种新的呋喃酮衍生物，melleilactoneC（13）以及另外两种已知化合物。通过分析NMR，MS数据和ECD计算确定了其平面结构及绝对构型。 真菌***在大米培养基中天然产物的分离。通过使用大米培养基发酵***（HN-2016-018）菌株，共分离鉴定出12个化合物（9-11、16-24），包括三联苯，蒽醌，甾醇等结构类型，其中三联苯苷gliocladininD（16）是新化合物。三联苯苷gliocladininD（16）中葡萄糖部分的绝对构型通过酸水解反应确定。尽管培养基的改变丰富了该菌产生的化合物类型，包括三联苯，甾醇和蒽醌，以及山梨醇类化合物。但是，与PDB培养基一样，大米培养基中的主产物也是vertinolide（11）。 哈茨木霉中天然产物的分离。利用PDB培养基发酵珊瑚来源真菌***（XS-20090075），共分离鉴定出8个化合物（25-32）。其中化合物pachybasin（25）和chrysophanol（26）为该菌的主要代谢产物。 分离自***的化合物pachybasin的结构修饰。为了评估pachybasin（25）的生物学意义，对该化合物进行了结构修饰。通过醚化和酯化反应合成了一系列新的pachybasin醚衍生物（33-53）和pachybasin酯衍生物（54-72）。利用1HNMR、13CNMR和HR-ESMIS的综合分析使这些衍生物的结构得以确定。 分离化合物及合成衍生物的生物活性测定。对分离出的化合物进行了药理活性评估，包括细胞毒性、抗菌、抗真菌、DNA拓扑异构酶I抑制、乙酰胆碱酯酶（AchE）抑制和防污活性。结果显示其中有14个化合物（12、13、19、21、27、28、33、35、38、42、44、46、51、52）显示出抗菌和抗真菌活性，6个化合物（10、12、19、21、23、27）具有防污活性，8个化合物（3-6、17、27、28、29）具有DNA拓扑异构酶I抑制活性，此外，化合物5具有细胞毒活性，化合物8具有AChE抑制活性。其中化合物5对A549，MCF-7和HCT116细胞系表现出较强的细胞毒活性，IC50值分别为5.1、9.5和13.7μM。另外，化合物12和21对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌显示出强的抗菌活性，化合物19对金黄色葡萄球菌显示选择性的抗菌活性，其MIC值为1.17至2.88μM。 综上所述，通过对南海来源木霉属真菌进行化学和生物活性筛选，并对其中一个天然真菌代谢物进行结构修饰，获得了次级代谢物及其衍生物的独特结构。通过色谱分离和化学合成共获得了72个化合物，其中32个化合物是利用OSMAC策略在两株海洋木霉属真菌中分离得到的天然产物，40个合成衍生物是通过对其中一个真菌产物pachybas