炭角菌次生代謝產(chǎn)物及藥理作用研究進(jìn)展

胡琳珍，羅夢(mèng)穎，肖雪洋，童周，胡萍，黃志勇

(1.藥物高通量篩選技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，中藥生物技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430062；2.中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，天津 300308)

0 引言

炭角菌屬(Xylariasp.)真菌廣泛分布于熱帶、亞熱帶和溫帶[1]，多數(shù)腐生于爛木和蟻穴等物質(zhì)中，少數(shù)寄生.其菌屬物種豐富，有縱條紋炭角菌(Xylariastriata)、黑柄炭角菌(Xylarianigripes(Klotzsch) Sacc.)、球形炭角菌(Xylariasp. 808)和叉炭角菌(Xylariapedunculata)等300多個(gè)種，但其中研究得較多的是縱條紋炭角菌和黑柄炭角菌[2].縱條紋炭角菌是一類(lèi)藥用菌物，其活性化學(xué)成分主要是脂肪酸及其酯類(lèi)、甾體類(lèi)和細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物，具有抗腫瘤、抗菌、抗氧化和改善睡眠等生物活性.毒理實(shí)驗(yàn)顯示其無(wú)毒性或毒性較低.縱條紋炭角菌的子實(shí)體已實(shí)現(xiàn)工廠化培養(yǎng)[3].黑柄炭角菌別名烏靈參，為該菌屬開(kāi)發(fā)較成熟的食藥用菌，具有補(bǔ)氣、安神和養(yǎng)血等功效；現(xiàn)代藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)黑柄炭角菌具有調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)、改善記憶力、提高血紅蛋白含量和增強(qiáng)免疫力等功能.由黑柄炭角菌制成的烏靈膠囊已獲批上市，目前已廣泛應(yīng)用于臨床治療[4].

炭角菌的次生代謝產(chǎn)物非常豐富，主要為細(xì)胞松弛素類(lèi)[5]、萜類(lèi)、酮類(lèi)、甾醇類(lèi)及內(nèi)酯類(lèi)等化合物.最近文獻(xiàn)報(bào)道，從炭角菌屬真菌中發(fā)現(xiàn)了具有多環(huán)結(jié)構(gòu)的新型細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物、eremophilane型和drimane型的倍半萜以及多種骨架類(lèi)型的二萜類(lèi)化合物.研究表明，這些代謝產(chǎn)物大多具有抑菌、抗腫瘤、抗氧化及酶抑制等活性.本文中綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)炭角菌次生代謝產(chǎn)物和藥理活性方面的研究現(xiàn)狀，以期為炭角菌屬真菌的資源開(kāi)發(fā)和藥物研發(fā)提供參考思路和理論依據(jù).

1 次生代謝產(chǎn)物

1.1 細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物細(xì)胞松弛素(cytochalasans)是一類(lèi)真菌來(lái)源的、聚酮-氨基酸雜合的次生代謝產(chǎn)物.早期研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞松弛素具有顯著的抗菌和抗腫瘤的活性，一些細(xì)胞松弛素還具有抑制膽固醇合成、干擾糖轉(zhuǎn)運(yùn)和激素釋放等作用.

近年來(lái)，從炭角菌里發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，主要包括xylochalasin(1)[6]、xylariasins A～C(2～4)[7]、cytochalasin D(5)[8]、cytochalasin P1(6)[9]、curtachalasins A～Q(7～23)[10-13]、具有罕見(jiàn)的5/6/6/5/6五環(huán)骨架的xylastriasan A(24)[14]以及具有6/7/5/6/6多環(huán)結(jié)構(gòu)的xylarichalasin A(25)[15].

1.2 萜類(lèi)化合物萜類(lèi)化合物多是異戊二烯的聚合體及其衍生物，其骨架一般以5個(gè)碳為基本單位，也有少數(shù)例外情況.其種類(lèi)繁多，骨架龐雜，在自然界中分布廣泛.萜類(lèi)化合物大都具有多種生物活性，是挖掘具有藥用價(jià)值先導(dǎo)化合物的重要資源.

圖1 炭角菌中細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)

續(xù)圖1 炭角菌中細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)

研究表明，炭角菌屬真菌的次生代謝產(chǎn)物較多為萜類(lèi)化合物，包括xylarinoriterpenes A～R(26～43)[16].化合物26～41具有18-或19-nor-isopimarane骨架，化合物42和43具有18,19-dinor-isopimarane骨架.近年來(lái)，文獻(xiàn)報(bào)道從炭角菌中分離鑒定了具有雙環(huán)[2.2.2]辛烷部分的二萜xylarilongipins A～B(44～45)[17]、eremophilane型倍半萜nigriterpenes A～F(46～51)[18]和相同骨架類(lèi)型的13,13-dimethoxyintegric acid(52)[19]、drimane型倍半萜xylariaines A～C(53～55)[20]及相同骨架類(lèi)型的polymorphines A～B(56～57)[21]以及isopimarane型二萜hypoxylonoids A～G(58～64)[22].化合物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.

1.3 酮類(lèi)化合物從炭角菌中分離鑒定的酮類(lèi)化合物主要為吡喃酮類(lèi)和環(huán)己酮類(lèi)化合物.吡喃酮類(lèi)化合物包括xylaropyrones B～C(65～66)[23]以及xylaromanones A～C(67～69)[24].化合物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.環(huán)己酮類(lèi)化合物包括(R)-4-hydroxy-2-ethyl-2-cyclohexen-1-one(70)[24]、4,8-dihydroxy-3,4-dihydronaphthalen-1(2H)(71)[25]以及xylarinaps A～E(72～76)[26].化合物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4.

圖2 炭角菌中萜類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)

續(xù)圖2 炭角菌中萜類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)

圖3 炭角菌中吡喃酮類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)

圖4 炭角菌中環(huán)己酮類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)

1.4 甾體類(lèi)化合物甾體類(lèi)化合物是以甾核(環(huán)戊烷多氫菲)為骨架的一類(lèi)化合物，其與生物體的新陳代謝密切相關(guān)，故也是較常見(jiàn)的一類(lèi)天然產(chǎn)物.目前，已從炭角菌屬發(fā)現(xiàn)多種甾體類(lèi)化合物，包括xylarester(77)[27]、(24R)-22,23-dihydroxy-ergosta-4,6,8(14)-trien-3-one 23-β-D-glucopyranoside(78)[27]、xyloneside A(79)[28]、具有較少見(jiàn)的在C-3和C-4位開(kāi)環(huán)的麥角甾烷L(zhǎng)D1(80)[29]以及3,4-seco-ergostane型甾體皂苷mannosylxylarinolide(81)[30].化合物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5.

圖5 炭角菌中甾體類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)

1.5 內(nèi)酯類(lèi)化合物炭角菌屬真菌中含有多種內(nèi)酯類(lèi)化合物，包括(3aS,6aR)-4,5-dimethyl-3,3a,6,6a-tetrahydro-2H-cyclopenta[b]furan-2-one(82)[31]、6-heptanoyl-4-methoxy-2H-pyran-2-one(83)[32]、annularin C(84)[33]、7-異色滿(mǎn)羧酸(85)[29]、xylariamalin(86)[34]、xylarphthalide A(87)[35]、xylariahgins A～E(88～92)[36].化合物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6.

圖6 炭角菌中內(nèi)酯類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)

1.6 其他類(lèi)化合物從炭角菌中發(fā)現(xiàn)的其他類(lèi)化合物包括有xylatriol(93)[37]、piliformic acid(94)[8]、hexacycloxylariolone(95)[37]、鄰苯二甲酸二丁酯(96)[29]、2,5-diamino-N-(1-amino-1-imino-3-methylbutan-2-yl)pentanamide(97)[38]、xylariahgin F(98)[36]、(Z)-3-{(3-acetyl-2-hydroxyphenyl)diazenyl}-2,4-dihydroxybenzaldehyde(99)[39]、以及具有環(huán)五肽結(jié)構(gòu)的LB4(100)[29]和pentaminolarin(101)[6].化合物結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7.

圖7 炭角菌中其他類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)

2 藥理作用

2.1 抑菌活性從炭角菌中得到的多種類(lèi)型的次生代謝產(chǎn)物如細(xì)胞松弛素類(lèi)和內(nèi)酯類(lèi)化合物等，對(duì)真菌和細(xì)菌均有較好的抑制活性.Luciana等[8]從兩株炭角菌Xylariasp. 249和Xylariasp. 214中分別得到羧酸類(lèi)化合物piliformic acid(94)和細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物cytochalasin D(5)，并利用紙片擴(kuò)散法和肉湯微量稀釋法測(cè)得這兩個(gè)化合物對(duì)瓜拉納炭疽病的病原真菌ColletotrichumGloeosporioides抑制率分別為51.33%和38.76%，最低抑菌濃度(MIC)分別為2.92和2.46 μmol/mL.Zheng等從Xylariasp. GDG-102中發(fā)現(xiàn)的兩種內(nèi)酯類(lèi)化合物6-heptanoyl-4-methoxy-2H-pyran-2-one(83)[32]和xylarphthalide A(87)[35]對(duì)大腸桿菌(Escherichiacoli)和金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)均有抑制活性：前者對(duì)E.coli和S.aureus的MIC值均為50 μmol/mL，后者對(duì)E.coli的MIC值為25 μmol/mL，對(duì)S.aureus的MIC值為12.5 μmol/mL.此外，xylarphthalide A(87)還對(duì)枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)具有較好的抑制作用，MIC值為2.5 μmol/mL；對(duì)巨型芽孢桿菌(Bacillusmegaterium)、副傷寒沙門(mén)氏菌(SalmonellaparatyphiB)和痢疾志賀氏菌(Shigelladysenteriae)等多種細(xì)菌的生長(zhǎng)有抑制作用，MIC值為25 μg/mL.

2.2 抗氧化活性炭角菌發(fā)酵物的提取物中富含具有酚類(lèi)母核結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分或多糖類(lèi)組分，具有較好的抗氧化活性.Xylarianigripes菌絲體的熱水提取物和70%乙醇提取物通過(guò)上調(diào)bcl2、下調(diào)bax和caspase3，抑制乳酸脫氫酶的釋放，減輕DNA損傷，恢復(fù)線粒體膜電位，阻止異常凋亡，從而有效地保護(hù)PC12細(xì)胞免受H2O2誘導(dǎo)的氧化損傷.此外，兩種提取物具有明顯的DPPH·自由基清除作用(IC50值分別為(2.04 ± 0.06)和(1.13 ± 0.03) mg/mL)和脂質(zhì)過(guò)氧化抑制作用(IC50值分別為(4.35 ± 0.09)和(1.08 ± 0.04) mg/mL)[40].薛凡尼氏炭角菌(Xylariaschweinitzii)菌絲體的水提物(2.5 mg/mL)對(duì)DPPH·自由基的清除率高達(dá)91.8%，可能與其具有較高的總酚和總黃酮含量有關(guān)[41].體外實(shí)驗(yàn)研究表明，Xylarianigripes發(fā)酵液中的多糖組分Xn-40有較強(qiáng)的抗氧化能力，其清除DPPH·自由基的IC50值為 1 300 mg/L，清除ABTS·+自由基的IC50值為699.16 mg/L.此外，體外活性實(shí)驗(yàn)表明，Xn-40能顯著減少AAPH誘導(dǎo)的活性氧(ROS)的生成[42].

2.3 對(duì)酶的抑制活性文獻(xiàn)報(bào)道從炭角菌發(fā)酵物中分離鑒定的萜類(lèi)化合物對(duì)多種酶具有抑制活性.從Xylarianigripes中得到的萜類(lèi)化合物nigriterpene C(48)能夠劑量依賴(lài)性地抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的小鼠腦小膠質(zhì)BV-2細(xì)胞中NO的產(chǎn)生，IC50值為(21.7 ± 4.9) μmol/L；Western blot結(jié)果表明，nigriterpene C(48)能夠劑量依賴(lài)性地抑制一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧合酶-2(COX-2)的表達(dá)，IC50值分別為(8.1 ± 2.3)和(16.6 ± 5.5)μmol/L，推測(cè)化合物可能通過(guò)下調(diào)iNOS和COX-2的表達(dá)而達(dá)到抗神經(jīng)炎癥的功效[18].Xylariapolymorpha中發(fā)現(xiàn)的萜類(lèi)化合物xylariaines A～C(53～55)和polymorphine B(57)在濃度均為50 mg/mL時(shí)，對(duì)乙酰膽堿酯酶(AchE)的抑制率分別在12.4%～18.0%之間[20].

2.4 抗腫瘤活性大量文獻(xiàn)報(bào)道炭角菌的次生代謝產(chǎn)物如細(xì)胞松弛素類(lèi)和甾體類(lèi)化合物等，具有潛在的抗腫瘤活性.汪雯翰等[43]通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)從牛肝菌Boletussp.中分離得到的一株炭角菌，其石油醚和氯仿的提取物均對(duì)人肺腺癌細(xì)胞SPCA-1具有明顯的抑制活性，抑制率分別為60.08%和68.41%；體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其抗腫瘤的藥理作用機(jī)制可能是通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞線粒體釋放ROS，并上調(diào)促凋亡蛋白Caspase-3和Bax的表達(dá)、下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl2的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)的.此外，文獻(xiàn)報(bào)道炭角菌的次生代謝產(chǎn)物對(duì)多種腫瘤細(xì)胞具有潛在的抗腫瘤活性.Chen等研究人員[9]從源自中國(guó)南海的Xylariasp. SOF11中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物cytochalasin P1(6)：采用SRB(sulforhodamine B)法對(duì)其進(jìn)行抗腫瘤活性評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)該化合物對(duì)MCF-7細(xì)胞和人神經(jīng)癌細(xì)胞SF-268具有顯著的抑制活性，IC50值分別為(0.71 ± 0.05)和(1.37 ± 0.06) μmol/L，優(yōu)于陽(yáng)性對(duì)照藥物順鉑(IC50值分別為(5.87 ± 0.45)和(1.93 ± 0.16) μmol/L).Wang等學(xué)者[15]從Xylariacf.curta中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物xylarichalasin A(25)對(duì)人肝癌細(xì)胞SMMC-7721和人乳腺癌細(xì)胞MCF-7有明顯的細(xì)胞毒活性(IC50值為6.2～8.8 μmol/L)，對(duì)人早幼粒急性白血病細(xì)胞HL-60、人肺泡腺癌基底上皮細(xì)胞A549和人結(jié)腸癌細(xì)胞SW480有中等活性(IC50值為11.6～18.9 μmol/L).甾體類(lèi)化合物(78)對(duì)MCF-7細(xì)胞增殖也具有顯著的抑制作用：在濃度為40 μmol/L時(shí)，其對(duì)MCF-7細(xì)胞抑制率高達(dá)72%[27].

2.5 免疫調(diào)節(jié)活性炭角菌的次生代謝產(chǎn)物如萜類(lèi)化合物和細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物等，具有一定的免疫調(diào)節(jié)活性.Wang等學(xué)者[11]對(duì)來(lái)自于Xylariacf.curta中的15個(gè)細(xì)胞松弛素類(lèi)化合物(化合物7～9和11～22)進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)活性篩選，將雄性BALB/c小鼠中的脾細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，篩選出對(duì)該細(xì)胞無(wú)毒性的化合物后，再通過(guò)CCK-8法對(duì)LPS誘導(dǎo)的B淋巴細(xì)胞和對(duì)ConA誘導(dǎo)的T細(xì)胞的增殖進(jìn)行抑制活性篩選，發(fā)現(xiàn)curtachalasin F(12)對(duì)B細(xì)胞增殖有選擇性抑制作用(IC50值為2.42 μmol/L)，curtachalasin O(21)對(duì)T細(xì)胞增殖有選擇性抑制作用(IC50值為12.15 μmol/L)；根據(jù)細(xì)胞松弛素與活性的構(gòu)效關(guān)系推測(cè)：這類(lèi)化合物的7位氧取代的結(jié)構(gòu)可能是抑制免疫活性的關(guān)鍵藥效團(tuán).此外，Chen等人[17]從XylarialongipesHFG1018中分離得到的萜類(lèi)化合物xylarilongipin A(44)，對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的B淋巴細(xì)胞和刀豆蛋白A(ConA)誘導(dǎo)的T淋巴細(xì)胞的增殖有一定的抑制作用(IC50值分別為22.4和13.6 μmol/L).

3 結(jié)語(yǔ)與展望

相較于同為炭角菌科的肉球菌屬,如輪層炭殼屬和炭墊屬等真菌，炭角菌屬真菌作為腐生、寄生或與植物共生的一類(lèi)真菌，是研究最早、分布最廣和種類(lèi)最多的一類(lèi).目前，我國(guó)對(duì)炭角菌屬真菌的研究主要以開(kāi)發(fā)縱條紋炭角菌和黑柄炭角菌藥用價(jià)值的相關(guān)研究居多.炭角菌次生代謝產(chǎn)物豐富多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要為細(xì)胞松弛素類(lèi)、萜類(lèi)、酮類(lèi)、甾醇類(lèi)和內(nèi)酯類(lèi)等化合物，這些化合物大都表現(xiàn)出多種藥理活性，如抗菌、抗氧化、抗腫瘤、抑制酶活性及免疫調(diào)節(jié)作用等，為臨床先導(dǎo)化合物的研發(fā)提供了極為豐富的天然藥物資源.然而，對(duì)該屬真菌活性成分的藥理作用實(shí)驗(yàn)大都為對(duì)體外細(xì)胞的藥效評(píng)價(jià)或采用生化試劑盒進(jìn)行的藥效評(píng)價(jià)；對(duì)化合物在體內(nèi)的分子作用機(jī)制和在體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄等并未有系統(tǒng)的、深入的探究，如缺乏動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、毒理實(shí)驗(yàn)、生殖畸變、安全性評(píng)價(jià)及藥物代謝動(dòng)力學(xué)等系統(tǒng)研究.故此，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)該菌屬真菌的藥用價(jià)值，加快臨床急需藥物的研發(fā)進(jìn)度，后續(xù)研究應(yīng)在挖掘其豐富多樣的次生代謝產(chǎn)物的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)具有藥物開(kāi)發(fā)潛力的化合物的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，推動(dòng)對(duì)炭角菌屬資源的充分開(kāi)發(fā)和利用.