来源:Marine Drugs 发布时间:2022/3/8 17:06:07
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中国科学院南海海洋研究所刘永宏周雪峰团队——海洋放线菌来源微量粉蝶霉素类天然产物的挖掘 | MDPI Marine Drugs

论文标题:Cytotoxic Minor Piericidin Derivatives from the Actinomycete Strain Streptomyces psammoticus SCSIO NS126

期刊:Marine Drugs

作者:Kunlong Li,Ziqi Su,Yongli Gao,Xiuping Lin,Xiaoyan Pang,Bin Yang,Huaming Tao,Xiaowei Luo,Yonghong Liu and Xuefeng Zhou

发表日期:28 July 2021

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期刊链接:https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs

原文通讯作者简介

周雪峰,中国科学院南海海洋研究所研究员,博士生导师。研究方向是海洋微生物来源新颖天然产物和药物先导化合物的发现。近年来聚焦海洋放线菌来源粉蝶霉素类天然产物的抗肾癌活性筛选、机制研究和成药性评价。

罗小卫,广西中医药大学海洋药物研究院助理研究员,2019年7月博士毕业于中国科学院南海海洋研究所 (导师:刘永宏研究员)。研究方向是海洋微生物活性天然产物的发现和药物先导物的优化。

原文第一作者简介

李坤龙,中国科学院南海海洋研究所博士研究生 (导师:周雪峰、刘永宏研究员),2021年7月获得博士学位。研究方向是海洋微生物活性天然产物的发现。

引言

粉蝶霉素类 (piericidins) 是放线菌来源的α-pyridone类抗生素。作为呼吸链抑制剂,粉蝶霉素主要被关注的是其杀虫和抗菌活性。2016年之前报道的粉蝶霉素类天然产物有40个。近年来,海洋放线菌逐渐成为新结构粉蝶霉素类天然产物的主要来源,粉蝶霉素类天然产物的抗肿瘤活性也越来越受到关注 [1]。

科院南海所刘永宏、周雪峰团队利用化学排重策略,在海洋放线菌资源库中筛选到两株红树林底泥来源的富产粉蝶霉素类的链霉菌,从中分离获得粉蝶霉素类天然产物34个,包括21个新化合物 [2,3]。经活性筛选,团队聚焦于粉蝶霉素类的特异性抗肾癌作用。周雪峰研究员和南方医科大学唐斓教授合作,利用化学基因组学策略,对其中产量较大的piericidin A (PA) 和glucopiericidin A (GPA) 进行抗肾癌作用靶标和药理机制研究 [3],并进一步进行肝毒性靶点和ADME成药性研究 [4]。

为了深入挖掘粉蝶霉素类天然产物的结构多样性,为抗肾癌药物先导物优化提供思路,团队利用300L发酵罐,对其中SCSIO NS126菌株进行大发酵并进一步分离发现微量的粉蝶霉素类天然产物。

实验过程

本研究进一步优化SCSIO NS126菌株发酵条件,发现pH 4条件下粉蝶霉素类多样性最为丰富,而发酵30小时产量最高。利用300L发酵罐在最佳条件下进行大发酵,对提取物进行次生代谢产物的分离纯化。除了大量制备PA和GPA供进一步成药性评价,在LC/MS导向下定向分离本团队尚未获得的粉蝶霉素类天然产物,最终纯化获得微量的粉蝶霉素类天然产物9个 (1–3毫克),其中新化合物8个 (1–8) (图1)。

图1. 微量粉蝶霉素类天然产物 (1–9)。

利用一维/二维核磁共振、质谱、Mosher反应以及ECD量子化学计算的方法,确定了新化合物的平面结构和绝对构型。这些微量的粉蝶霉素类天然产物大多为支链上较为特殊的后修饰产物,比如piericidin L (1) 支链上含有粉蝶霉素类中罕见的羰基,是首个发现的含有端烯与羰基共轭片段的粉蝶霉素衍生物。Piericidins Q (3)和O (4)是第一次发现的粉蝶霉素C-10羟基转移到C-12的衍生物,提示其中含有非常特殊的后修饰过程。Piericidin M (6)支链C-7位上的乙基也是本类型化合物中罕见的。

图2. 部分粉蝶霉素类天然产物生源途径推导。

本研究利用三株肾癌细胞和三株白血病细胞对粉蝶霉素类天然产物进行细胞毒筛选,发现piericidins L (1)和M (6)对肾癌OS-RC-2 细胞具有选择性抑制活性,IC50分别是2.2和4.5μM。化合物2–5对白血病HL-60 细胞抑制活性较强,IC50均小于0.1 μM。粉蝶霉素新糖苷(8)对肾癌ACHN细胞, 白血病HL-60和K562细胞具有较为广谱的抑制活性。为了进一步研究其抗肿瘤潜力,对部分化合物进行阻滞细胞周期 (图3) 和诱导细胞凋亡的研究。结果显示5 μM浓度的化合物1和6可以将OS-RC-2细胞周期阻滞在G2/M期,并显著诱导细胞凋亡。而化合物2 (0.1 μM)和8 (2 μM)可以分别将HL-60和ACHN细胞周期阻滞在S期,化合物2在0.1和0.4 μM浓度下均可明显诱导HL-60细胞凋亡。

图3. 部分粉蝶霉素类天然产物阻滞肿瘤细胞周期活性。

结论

本研究利用发酵罐系统进行SCSIO NS126菌株发酵条件优化和规模化发酵,分离提取物获得了9个微量粉蝶霉素类天然产物,其中新化合物8个。加上之前的发现,本团队共报道了海洋放线菌来源粉蝶霉素类天然产物43个,其中新化合物29个,大大扩充了粉蝶霉素的化学结构类型。特别是发现了一系列在支链上具有特殊后修饰的产物,如之前发现支链上C-C环合成5元环的粉蝶霉素新骨架化合物,本论文发现的含有支链端烯与羰基共轭片段粉蝶霉素,还有发现C-10羟基位移现象,这些特殊结构片段增加了对粉蝶霉素类化合物的新认识,同时提示在生物合成中,粉蝶霉素类代谢产物的后修饰过程非常的复杂和多样化。粉蝶霉素类天然产物化学结构多样性丰富,代谢稳定,活性显著,是一类值得深入研究开发的放线菌代谢产物。

团队之前的粉蝶霉素抗肾癌机制研究 [3]和近期的毒理和成药性研究工作 [4]显示,粉蝶霉素类天然产物在抗肿瘤特别是抗肾癌中具有重要的药用研究价值。本研究作为团队粉蝶霉素系列研究工作中的重要组成部分,为粉蝶霉素类药用价值的深入挖掘和海洋来源新型抗肾癌药物研发奠定了重要基础。

该研究成果以“Cytotoxic Minor Piericidin Derivatives from the Actinomycete Strain Streptomyces psammoticus SCSIO NS126”为题,发表于化学药物类期刊Marine Drugs (DOI: 10.3390/md19080428) 的“中国海洋药物研究”特刊 (Special Issue:Marine Drug Research in China: Selected Papers from the 15-NASMD Conference)。博士生李坤龙为第一作者,周雪峰研究员、刘永宏研究员和罗小卫博士为通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划、广东省海洋经济发展 (海洋六大产业) 专项和国家自然科学基金等项目的资助。

原文来自Marine Drugs 期刊

Li, K.; Su, Z.; Gao, Y.; Lin, X.; Pang, X.; Yang, B.; Tao, H.; Luo, X.; Liu, Y.; Zhou, X. Cytotoxic Minor Piericidin Derivatives from the Actinomycete Strain Streptomyces psammoticus SCSIO NS126. Mar. Drugs 2021, 19, 428.

参考文献

1. Zhou Xuefeng; Fenical William. The unique chemistry and biology of the piericidins. Journal of Antibiotics. 2016, 69(8): 582−593.

2. Li Kunlong, Liang Zhi, Chen Weihao, Luo Xiaowei, Fang Wei, Liao Shengrong, Lin Xiuping, Yang Bin, Wang Junfeng, Tang Lan, Liu Yonghong, and Zhou Xuefeng. Iakyricidins A?D, antiproliferative piericidin analogs bearing carbonyl group or cyclic skeleton from Streptomyces iakyrus SCSIO NS104. The Journal of Organic Chemistry, 2019, 84(19): 12626−12631.

3. Zhou Xuefeng; Liang Zhi; Li Kunlong; Fang Wei; Tian Yuanxin; Luo Xiaowei; Chen Yulian; Zhan Zhikun; Zhang Tao; Liao Shengrong; Liu Shuwen; Liu Yonghong; Fenical William; Tang Lan. Exploring the natural piericidins as anti-renal cell carcinoma agents targeting peroxiredoxin 1. Journal of Medicinal Chemistry, 2019, 62, 7058−7069.

4. Zhi Liang, Yulian Chen, Tanwei Gu, Jianglian She, Fahong Dai, Huanguo Jiang, Zhikun Zhan, Kunlong Li, Yonghong Liu, Xuefeng Zhou*, Lan Tang. LXR-mediated regulation of marine-derived piericidins aggravates high cholesterol diet-induced cholesterol metabolism disorder in mice. Journal of Medicinal Chemistry. 2021, 64, 9943−9959.

Marine Drugs 期刊介绍

主编:Orazio Taglialatela-Scafati, University of Naples Federico II, Italy

主题涵盖所有来自海洋活性物质的研究,涉及其发现、鉴定及各方面的应用。

2020 Impact Factor:5.118

2020 CiteScore:6.4

Time To Published:30

 
 
 
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