六株海洋真菌次级代谢产物化学结构和生物活性多样性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 罗小卫 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 授予单位 | 南海海洋研究所 |
| 导师 | 刘永宏 |
| 关键词 | 海洋真菌，次级代谢产物，量子化学计算，细胞毒，抗结核 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 海洋生物学 |
| 其他题名 | Chemical and Biological Diversities of Secondary Metabolites from Six Fungal Strains Derived from Marine Habitats |
| 英文摘要 | 海洋具有广阔的地理空间以及特殊的生态环境，是人类赖以生存发展的巨大资源宝库。作为海洋生物中最为丰富的类群，海洋微生物具有物种多样性、遗传多样性、化学多样性以及代谢多样性等特点。近年来，随着海洋采样技术的发展进步以及微生物独特的优越性，越来越多的海洋天然产物化学家将研究焦点由大型海洋动植物转移至海洋微生物上，因此海洋微生物也成为了新颖活性次级代谢产物的重要来源。天然产物一直以来是新药研发的重要源泉，目前从海洋中获得的天然产物数量已经达到3.5万多个，海洋天然产物已成为一个重要的候选药物化合物库。海洋真菌是海洋微生物的重要组成部分，具广泛的分布，如海洋动植物表面或内部组织、海水、深海沉积物或热液口以及地球两极等，在海洋天然产物化学多样性中扮演着重要的角色。本论文主要聚焦于不同海洋生态坏境来源真菌次级代谢产物的化学结构和生物活性多样性研究，共有9章，可以分为四个部分。第一部分即第1章，概述了海洋天然产物研究进展，并对近五年报道的海洋真菌来源新颖活性聚酮和生物碱类化合物研究进行了综述。第二部分即第2章，主要简述了海洋真菌的分离鉴定、化学筛选和目标菌株的发酵优化，以及本研究所涉及的实验方法以及科研思路。第三部分包括第3至8章，主要介绍了六株中国南海或印度洋来源真菌的次级代谢产物及其生物活性研究。第四部分即第9章，主要对全文进行总结以及讨论。本论文主要基于OSMAC策略，综合运用色谱学、波谱学和光谱学等手段并结合文献报道数据对比，从六株海洋真菌中共分离鉴定180个结构多样的化合物，含54个新化合物和6个新的天然产物。包括101个聚酮类，48个含氮化合物（生物碱24个、肽类12个和其他含氮小分子12个），28个萜类（主要为混源萜）和3个甾体化合物。本论文通过发酵小试以及化学筛选从红树林植物、海绵、珊瑚、深海沉积物等不同海洋生境来源118株真菌中筛选出6株目标菌株开展次级代谢产物研究，并对目标菌株进行发酵优化以挖掘化学结构多样性。从中国南海红树林来源的真菌Diaporthe sp. SCSIO 41011中共分离鉴定了以嗜氮酮（16个）为主的聚酮类和萜类化合物等共72个，含25个新化合物。其中从其大米培养基发酵产物中共分离鉴定49个化合物（具13个新化合物），含41个聚酮（DIR1?41）和8个萜类（DIR42?49）化合物，其中化合物isochromophilones A?F（DIR1?6）为6个高度氧化的新颖含氯嗜氮酮类化合物，化合物DIR1?2为首次发现的6-羰基被还原的类型。基于OSMAC策略，从其添加NaBr的小麦培养基发酵产物中又分离鉴定了23个化合物（具12个新化合物），含20个聚酮（DIW1?19, 23）和3个含氮化合物（DIW20?22），其中包括5个间苯二醌环被还原的嗜氮酮类化合物diaporphliones A?E（DIW1?5）和1个罕见的含溴原子取代的类型diaporphlione F（DIW6）。通过ECD计算方法并结合生源合成途径考虑确定了嗜氮酮类等新颖化合物的绝对构型。肾癌细胞毒活性评价显示化合物epi-isochromophilone II（DIR8）对ACHN，OS-RC-2和786-O等3株细胞的增殖具显著抑制活性，IC50值为3.0?4.4 μM。epi-Isochromophilone III（DIR10）对OS-RC-2细胞具选择性抑制作用（IC50 = 4.9 μM）。Isochromophilone D（DIR4）对786-O细胞增殖具一定的选择性抑制活性（IC50 = 8.9 μM），细胞凋亡实验结果表明DIR4能显著诱导786-O细胞凋亡，且呈时间和浓度的依赖性。化合物diaporphlione F（DIW6）对MGC-803细胞增殖具选择性抑制活性（IC50 = 10.11 μM），其结构中的溴原子有利于提高其细胞毒活性。此外，化合物DIR7，DIR26?27和DIR38具有良好抗流感病毒活性，对甲型流感病毒的3种亚型病毒株A/Puerto Rico/8/34 H274Y（H1N1），A/FM-1/1/47（H1N1）和A/Aichi/2/68（H3N2）具良好的抑制活性，IC50 值为2.52–38.0 μM，并初步探讨了以上化合物之间的构效关系。从一株南海海绵来源杂色曲霉A. versicolor SCSIO 41016中分离获得12个二酮哌嗪生物碱（DA，AV1?12），以及10个聚酮类（AV13?20, 22?23）和一个倍半萜（AV21）等共23个化合物，含10个结构新颖的二酮哌嗪生物碱（AV1?10），其中化合物pyranamides A?D（AV1?4）以及secopyranamide C（AV5）属于首次发现的具饱和吡喃螺环或其开环衍生物的DA。综合运用X-ray单晶衍射分析、量子化学计算（ECD和NMR参数计算）等方法确定了新颖DA的绝对构型。对DA化合物AV1?12的生源合成途径进行推导。细胞毒活性评价显示化合物AV7?9和AV11对MGC-803细胞增殖具显著的抑制活性，IC50值分别为4.38，6.21，0.85和4.80 μM。此外，化合物AV7和AV11对3株肾癌细胞ACHN，OS-RC-2和786-O等一定的抑制活性。从另外一株南海海绵来源土曲霉A. terreus SCSIO 41008中分离鉴定4对少见报道的呈顺反异构的链状三肽类似物（AT1?8），以及其他肽类或含氮化合物（AT9?15）和聚酮类（AT16?23）等共23个化合物，含4个新化合物aspergillamides C?F（AT1?4）。该菌主产物丁内酯（AT22）对MptpB酶具有非竞争性地抑制活性（IC50 = 5.11 ± 0.53 μM）。从一株南海珊瑚来源硬核枝顶孢菌Acremonium sclerotigenum SCSIO 41020的大米培养基发酵产物中，定向获得以壳二孢氯素类（AS1?17）为主的化合物共24个，含7个新化合物，其中acremochlorin F（AS6）是少见报道含苯并呋喃片段的壳二孢氯素类化合物。基于旋光比较、ECD计算以及X-ray单晶衍射分析等方法确定化合物的绝对构型。细胞毒活性筛选表明化合物AS1?2，AS4?5，AS9，AS11，AS15?16等对MGC-803、MDA-MB-231、AGS和C4-2B等4株肿瘤细胞的增殖具显著的抑制活性，IC50值为0.29?18.50 μM。从一株印度洋深海沉积物来源小球腔菌属真菌Leptosphaeria sp. SCSIO 41005的大米培养基发酵产物中，分离鉴定了一系列异苯并呋喃酮（LE1?8）或异色酮类化合物（LE9?16）和含氮化合物（LE17?20，24）等共24个，含8个新化合物，其中新化合物leptosphaerin J（LE1）为少见报道的由醚键连接呈中心对称的异苯并呋喃酮二聚体。通过X-ray单晶衍射分析及ECD图谱比较方法确定新化合物以及一对平面结构已知的差向异构体（LE7?8）的绝对构型。基于OSMAC策略从另外一株印度洋深海来源曲霉属真菌Aspergillus sp. SCSIO Ind09F01的液体培养基发酵产物中，分离鉴定以胶霉毒素类和喹唑啉类生物碱为主的化合物共14个。其中胶霉毒素（AP3），12,13-dihydroxy-fumitremorgin C（AP11）和烟曲霉酸（AP12）对结核分枝杆菌具良好的抑制作用，MIC值分别为<0.030，2.41和0.089 μM，且呈现浓度依赖性。胶霉毒素（AP3）还具有良好的金黄色葡萄球菌抑制活性（IC50值为32.6 μM）以及肿瘤细胞毒活性（对K562、Huh-7、A549的细胞毒IC50值分别为0.191，0.015和95.4 μM），其中硫桥键是胶霉毒素类化合物重要的药效团之一。本论文侧重于对六株海洋真菌来源的同类型次级代谢产物进行深入挖掘以及定向分离，主要从中发现了结构多样的聚酮类、含氮类以及萜类化合物，丰富了以嗜氮酮为代表的聚酮类，以二酮哌嗪为代表的生物碱类和以壳二孢氯素为代表的混源萜类等海洋天然产物的化学结构和生物活性多样性。此外，生物活性评价显示部分化合物具良好的肿瘤细胞毒、抗结核、抗病毒等活性。本研究为海洋药物先导化合物的筛选与发掘提供一定依据。 |
| 源URL | [http://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/18175]  |
| 专题 | 南海海洋研究所_学位论文（博士） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 罗小卫. 六株海洋真菌次级代谢产物化学结构和生物活性多样性研究[D]. 南海海洋研究所. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：南海海洋研究所
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