植物內(nèi)生菌活性代謝產(chǎn)物最新研究進(jìn)展

靳 錦， 趙 慶， 張曉梅*， 李文均

(1.云南中醫(yī)學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 中藥學(xué)院，云南 昆明 650500；2.中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 廣東省熱帶亞熱帶植物資源實驗室，廣東 廣州 510275)

植物內(nèi)生菌(Endophyte)一般是指那些在其生活史的一定階段或全部階段生活在健康植物的組織內(nèi)但不會引起宿主植物產(chǎn)生侵染現(xiàn)象或明顯病害癥狀的一類微生物[1]。1898年Vogle[2]從黑麥草(Loliumtumeletum)種子中分離出第一株內(nèi)生真菌，1993年Stierle等[3]從短葉紫杉的內(nèi)生真菌中發(fā)現(xiàn)紫杉醇(Taxol)，內(nèi)生菌的研究自此引起了國內(nèi)外學(xué)者的重視。內(nèi)生菌是一類非常重要的微生物資源，在自然界中廣泛存在，幾乎每一種植物中都能發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌，它們具有獨特的生理和代謝機制，使其能夠適應(yīng)植物內(nèi)部特殊的環(huán)境，同時還能夠編碼產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)。此外，內(nèi)生菌因長時間與宿主協(xié)同進(jìn)化使其產(chǎn)生某些與宿主植物相似或相同的具有藥用價值的代謝物質(zhì)。有學(xué)者對植物內(nèi)生菌次生代謝產(chǎn)物進(jìn)行整理和總結(jié)[4-8]，但多數(shù)僅涉及特定的活性或結(jié)構(gòu)類型。為了更好地研究和開發(fā)植物內(nèi)生菌次生代謝產(chǎn)物的活性成分，本文對2010年至今從植物內(nèi)生菌中分離得到的具有新穎結(jié)構(gòu)或生物活性的化合物研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 植物內(nèi)生菌的次生代謝產(chǎn)物

研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)生菌分布廣、種類多，幾乎存在于所有研究過的植物(含藥用植物)中，研究內(nèi)生菌代謝產(chǎn)物所涉植物來源較為廣泛。近年來從植物內(nèi)生菌發(fā)酵產(chǎn)物中分離得到的代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類型多樣，包括生物堿、甾體、萜類、蒽醌類、環(huán)肽類、黃酮類等，其中不乏與宿主植物次生代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似的，如表1所示。目前，對植物內(nèi)生菌代謝產(chǎn)物的研究大多集中在真菌和放線菌，細(xì)菌較少。其中，研究較多的植物內(nèi)生真菌類群主要包括擬莖點霉菌屬(Phomopsis)、鐮刀菌屬(Fusarium)、青霉菌屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillus)和毛殼菌屬(Chaetomium)等，少見擬層孔菌屬(Fomitopsis)、鏈格孢屬(Alternaria)及單格孢屬(Ulocladium)，近年來植物內(nèi)生真菌次生代謝產(chǎn)物研究見表2。植物內(nèi)生放線菌仍以鏈霉菌屬(Streptomyces)為研究最多的類群，鏈霉菌屬也是活性化合物出新率較高的類群；此外，小單孢菌屬(Micromonospora)、諾卡氏菌屬(Nocardia)和擬諾卡氏菌屬(Nocardiopsis)等也是植物內(nèi)生放線菌代謝產(chǎn)物研究中較常見的類群，表3歸納了近年來分離自植物內(nèi)生放線菌的主要代謝產(chǎn)物。不難看出，植物尤其藥用植物內(nèi)生菌中有大量結(jié)構(gòu)新穎的代謝產(chǎn)物有待于進(jìn)一步的研究和發(fā)現(xiàn)。

表1 與宿主結(jié)構(gòu)相同或相似的次生代謝產(chǎn)物及其活性

注：表中標(biāo)【藥】的原植物為藥用植物，下表同

表2 源自植物內(nèi)生真菌的次生代謝產(chǎn)物

宿主植物內(nèi)生真菌次生代謝產(chǎn)物茶茱萸科植物(M. dentate)擬層孔菌Fomitopsis sp. MTCC 10177Camptothecine (11)、9-MeO-Camptothecine (12)、10-OH-Camptothecine (13)[18]槲寄生【藥】(Viscum coloratum)毛雙孢菌Lasiodiplodia sp. ME4-2cyclo-(Trp-Ala)、indole-3-carboxylic acid、indole-3-carbaldehyde、mellein、2-phenylethanol[19]胡黃連【藥】(Picrorhiza kurroa)大豆莖潰瘍病菌Diaporthe phaseolo-rum PR4薄荷醇、苯乙醇、檸檬烯、3-戊酮和3-羥基丙酸[20]龍血樹屬植物(Dracaena draco L.)可可球二孢Botryodiplodia theobro-mae Pat生物堿、香豆素、異香豆素、倍半萜、二肽、酰胺類,(14)為結(jié)構(gòu)新穎的生物堿[21]苦橙(Citrus aurantum L.)頂多毛孢菌Bartalinia pondoensis MarinN-(ethyloxy, hydroxymethyl) phenylethyl-amine[22]甘草屬植物(Glycyrrhiza glabra Linn.)莖點霉菌Phoma sp. GG1F1硫代二酮哌嗪類化合物(15、16)[23]紅海欖(Rhizophora stylosa)產(chǎn)黃青霉Penicillium chrysogenum PXP-55腦苷脂類化合物(17)、Chrysogendones A(18)和B[24]美國白松(Pinus strobus)DAOM 242779和242780呫噸類化合物、苯并呋喃類化合物(19～23)[25]訶子【藥】(Terminalia chebula Retz.)鏈格孢霉Alternaria alternateAltenusin(24)[26]香露兜(Pandanus amaryllifolius)間座殼菌Diaporthe sp. P133二氫苯并吡喃酮化合物(25、26)[27]馬錢屬植物(Strychnos cf. toxifera)粘帚霉Gliocladium sp. CR 2.3.1二酮哌嗪生物堿(27)[28]銀杏【藥】(Ginkgo biloba)多節(jié)孢菌Nodulisporium sp. A21Sporothriolide(28)[29]仙人掌(Opuntia dillenii)鐮刀菌Fusarium sp. 伊快霉素衍生物(29)[30]瓶花木(Scyphiphora hydrophyllacea Gaertn. F.)紅樹植物內(nèi)生真菌A1 (unidentified)A Fatty Acid Glycoside(30)[31]云實屬巴西木(Caesalpinia echinata Lam.) 鐮刀霉菌Fusarium sp. KF 611679白僵菌素[32]蒜【藥】(Allium sativum)臍孢木霉Trichoderma brevicompac-tum 0248木霉素[33]木欖(Ruguiera gymnorrhiza)曲霉Aspergillus sp. Aspergillumarin A(31)和B[34]地衣(Lichens)單格孢菌Ulocladium sp. 聯(lián)苯類化合物:Alterlactone(32)、Altenusin和5'-methoxy-6 -methyl-biphenyl-3,4,3'-triol[35]番紅花【藥】(Crocus sativus)青霉菌Penicillium vinaceum X17異喹啉類生物堿(33)[36]苦楝【藥】(Melia azedarach L.)煙曲霉Aspergillus fumigatus LN-43-Hydroxyfumiquinazoline A(34)[37]羅勒屬植物(Ocimum tenuiflorum L.)橘青霉Penicillium citrinum生物堿(35、36)[38]生地黃【藥】(Rehmannia glutinosa)輪枝孢菌Verticillium sp.聯(lián)苯醚類化合物(37)[39]孔石莼(Ulva pertusa)球毛殼菌Chaetomium globosum QEN-14Cytoglobosins A-G(38)[40]未知來源(A dead branch collected from Mt.)GassanNeonectria ramulariae Wollenw KS-246吡咯烷類生物堿(39)[41]

續(xù)表2

表3 源自植物內(nèi)生放線菌的次生代謝產(chǎn)物

宿主植物內(nèi)生放線菌次生代謝產(chǎn)物木欖(Bruguiera gymnorrhiza)鏈霉菌Streptomyces sp. GT2002/1503新骨架吲哚倍半萜生物堿(75、76)[66]秋茄樹【藥】(Kandelia candel)鏈霉菌Streptomyces sp. HKI0595xiamycin B(77)、sespenine(78)、indosespene(79)[67]囊萼花科(Vochysia divergens)小雙孢菌Microbispora sp. LGMB 259β-咔啉類化合物和吲哚類化合物(80、81)[68]益智【藥】(Alpinia oxyphylla)鏈霉菌Streptomyces sp. YIM 66017新化合物(82、83),Flavensomycinoic acid(84)和alpiniamide(85)[69-70]阿爾及利亞褐藻(Fucus sp.)鏈霉菌Streptomyces sp. WR1L1S8Polyketide 13(86)[71]闊葉風(fēng)車子(Combretum latifoliumBlume)擬諾卡氏菌Nocardiopsis prasina CLA68Nocapyrone E(87)[72]未知來源(Unidentified)鏈霉菌Streptomyces sp.Alchivemycin A(88)[73]山金車(Arnica montana L.)鏈霉菌Streptomyces sp.放線菌酮類、環(huán)肽類(89、90)[74]巴西藥用植物【藥】(Lychnophora ericoides MART.)鏈霉菌Streptomyces sp. RLe 8.2,3-dihydro-2, 2-dimethyl-4(1H)-quinazolinone(91)和3-hydroxy-4-methoxybenzamide(92)[75]紅樹植物(Mangrove plants)鏈霉菌Streptomyces sp. HK10052有機胺生物堿(93)[76]雷公藤【藥】(Tripterygium wilfordii)諾卡氏菌Nocardia sp. YIM 646305'-O-acetyl-2'-deoxyuridine(94)[77]

2 植物內(nèi)生菌次生代謝產(chǎn)物的生物活性

大量研究表明，無論是植物內(nèi)生菌發(fā)酵產(chǎn)物的乙酸乙酯提取物還是甲醇提取物，均顯示出一定的生物學(xué)活性，從中得到的一些單體化合物同時也顯示出生物學(xué)活性。通過比較發(fā)現(xiàn)，近年來發(fā)現(xiàn)的活性物質(zhì)中萜類及生物堿類占大部分，其主要表現(xiàn)出抗菌和抗腫瘤活性；醌類和酮類(包括放線菌酮、苯并吡喃酮、α-吡喃酮、黃酮、苝醌、蒽醌等)表現(xiàn)出抗菌、殺蟲活性；內(nèi)酯類和脂肪酸酯類則表現(xiàn)出酶抑制活性；此外，還有次生代謝產(chǎn)物具有抗病毒、抗氧化等生物活性。近年來得到的植物內(nèi)生菌次生代謝產(chǎn)物的具體生物活性見表4～6。

表4 植物內(nèi)生菌代謝產(chǎn)物的抗菌活性

表5 植物內(nèi)生菌代謝產(chǎn)物的細(xì)胞毒活性

表6 植物內(nèi)生菌代謝產(chǎn)物的其他活性

3 展 望

青霉素和鏈霉素作為微生物代謝產(chǎn)物在人類與感染性疾病的抗?fàn)幹惺褂昧撕芏嗄辏股氐牟缓侠硎褂檬沟貌≡霈F(xiàn)耐藥性的時間間隔越來越短，同時生活水平的不斷提高所帶來的新疾病也嚴(yán)重威脅著人類的健康、生存和發(fā)展。植物內(nèi)生菌尤其是藥用植物內(nèi)生菌作為重要的微生物資源，能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)多樣的活性物質(zhì)，具有多種重要生物學(xué)功能。從植物中分離內(nèi)生菌并從中挖掘生物活性成分，尤其抗臨床耐藥菌如MRSA等的活性成分，是阻止人類退回到青霉素發(fā)現(xiàn)以前感染性疾病肆虐時代的有效措施，同時也為解決傳統(tǒng)的天然產(chǎn)物藥源——藥用植物生長緩慢、資源緊缺等問題提供了新的啟發(fā)。

雖然植物內(nèi)生菌次生代謝產(chǎn)物的研究已經(jīng)成為尋找結(jié)構(gòu)新穎活性化合物的一個重要途徑，但就目前的研究來看，大部分集中在菌株的分離及活性菌株的篩選，活性物質(zhì)的追蹤挖掘較少，得到活性物質(zhì)后的作用機制及擴大應(yīng)用則更少，植物內(nèi)生菌的研究在許多方面仍有待加強：①在植物選材上不能盲目跟風(fēng)，應(yīng)選擇新穎或具有一定特色的植物，如道地中藥材和瀕危滅絕的植物。②目標(biāo)菌株的篩選相對簡單，大都是常見的抗菌和抗腫瘤活性及常見的化學(xué)結(jié)構(gòu)類型篩選，應(yīng)建立一些快速、穩(wěn)定、針對性強如抗耐藥菌等的菌株篩選平臺，同時進(jìn)行發(fā)酵條件和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，以服務(wù)生產(chǎn)為導(dǎo)向。③內(nèi)生菌的研究真菌多放線菌少，放線菌是抗生素的主要來源，應(yīng)進(jìn)一步探索植物尤其是藥用植物內(nèi)生放線菌的分離培養(yǎng)方法，為活性代謝產(chǎn)物的深入挖掘提供更有效的菌種資源。