盧靜容,劉雅葳,代 影,林厚文,楊 帆 (. 上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院藥學部, 上海 007;. 沈陽藥科大學中藥學院, 遼寧 沈陽 006;. 上海海洋大學食品學院, 上海 006)
放線菌以其能產(chǎn)生結(jié)構新穎且有良好生物活性的先導化合物而備受關注[1],一直被認為是天然藥物的重要生產(chǎn)者,其主要結(jié)構類型包括聚酮、生物堿、多肽和萜烯類化合物等,同時涵蓋了多種多樣的生物活性如抗菌、抗寄生蟲、免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗癌等[2-4],這突顯了放線菌具有不可預估的藥物開發(fā)潛力。
隨著研究的深入,陸地和普通環(huán)境中的資源日趨枯竭,很多微生物及其次生代謝產(chǎn)物被重復開發(fā)和提取分離,發(fā)現(xiàn)新活性分子的幾率愈來愈低,開發(fā)創(chuàng)新藥物的難度越來越大[5-6];而極地極端的生態(tài)環(huán)境造就的微生物具有產(chǎn)生更為特別的化學骨架和活性次生代謝產(chǎn)物的能力,是新型藥源分子的重要來源。本文以采自北極楚克奇海域海綿共附生放線菌Streptomycessp. LHW11-07 為研究對象,從其發(fā)酵浸膏中分離鑒定了9 個單體化合物1~9(圖1),其中化合物1和2為該屬內(nèi)首次分離得到。
圖1 化合物1~9 的化學結(jié)構
AMX-600 型核磁共振儀(德國Bruker 公司);Xevo G2-XS Q-TOF 液 質(zhì) 聯(lián) 用 儀、 1525/2996,2998 型高效液相色譜儀(美國Waters 公司);半制備型HPLC 色譜柱(Atlantis Prep T3,美國Waters公司;YMC C18,日本YMC 公司);中壓柱色譜儀(法國Interchim 公司);恒溫振蕩培養(yǎng)箱(上海一恒科學儀器有限公司);N-1000 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海愛郎儀器有限公司);反相ODS 硅膠和Sephadex LH-20 柱色譜填料(Pharmacia 公司);正相硅膠(200-300 目)和TLC 薄層板(煙臺江友硅膠開發(fā)有限公司);分析級試劑(上?;瘜W試劑公司);色譜級試劑(德國Merck 公司);氘代試劑(美國劍橋同位素實驗室公司)。
菌株分離于北極海域來源的海綿樣本,經(jīng)16S rRNA 基因序列鑒定為Streptomycessp.,編號為LHW11-07,菌種保存于上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院藥學部海洋藥物研究中心。
培養(yǎng)基為ISP2:葡萄糖(4 g/L)、酵母提取物(4 g/L)、麥芽糖提取物(10 g/L)以及海鹽(25 g/L),加水溶解后調(diào)節(jié)pH 為7.2~7.4,分裝后高壓滅菌20 min (121 ℃),冷卻備用。
挑取Streptomycessp. LHW11-07 單菌落至1 級種子培養(yǎng)基里(100 ml ISP2培養(yǎng)基至250 ml 三角瓶),置于30 ℃,220 r/min 的恒溫搖床培養(yǎng)3 d,得1 級種子液;將1 級種子液按5%接種量接到2 級種子培養(yǎng)基里(150 ml ISP2培養(yǎng)基至500 ml 三角瓶),置于30 ℃,220 r/min 的恒溫搖床培養(yǎng)3 d,得2 級種子液;將2 級種子液按5%接種量接到大發(fā)酵培養(yǎng)基里(700 ml ISP2培養(yǎng)基至2 L 三角瓶),置于30 ℃,220 r/min 的恒溫搖床培養(yǎng)7 d,共得到發(fā)酵液50 L。
菌株培養(yǎng)7 d 后,用等體積的乙酸乙酯萃取3 次,合并乙酸乙酯提取液,減壓濃縮得粗浸膏9.8 g。粗浸膏先經(jīng)凝膠柱分離,二氯甲烷:甲醇(1∶1)的混合溶劑進行洗脫,得到組份Fr.1~Fr.7。
組份Fr.4 經(jīng)正相中壓柱色譜分離(二氯甲烷:甲醇100:0~0:100),得到組份Fr.4a~Fr.4j。組份Fr.4d 再經(jīng)反相中壓柱色譜分離(10%~100%乙腈水),得到組份Fr.4d1~Fr.4d8,F(xiàn)r.4d2 和Fr.4d3 用反相半制備HPLC 純化(35%甲醇水,YMC C18),分別得到化合物1 (12 mg,tR=26 min)和2 (47.6 mg,tR=30 min);Fr.4d6 用反相半制備HPLC 純化(49%甲醇水,YMC C18),得到化合物3 (8.4 mg,tR=23 min)和4 (2.0 mg,tR=30 min);組份Fr.4g 再經(jīng)凝膠柱純化,洗脫劑為正己烷:二氯甲烷:甲醇(4∶5∶1),得到組份Fr.4g1~Fr.4g11,其中Fr.4g3 用反相半制備HPLC 純化(25%乙腈水,YMC C18),得到化合物5 (1.2 mg,tR=18 min)。
組份Fr.7 經(jīng)反相中壓柱色譜分離(10%~100%乙腈水),得到組份Fr.7A~Fr.7D。組份Fr.7A 用反相半制備HPLC 純化(20%乙腈水,YMC C18),得到化合物6 (18 mg,tR=19 min)和7(3.4 mg,tR=25 min);組份Fr.7B 經(jīng)正相中壓柱分離(石油醚:丙酮100:0~0:100),得到組份Fr.7B1~Fr.7B9,F(xiàn)r.7B4 用反相半制備HPLC 純化(88%乙腈水,Atlantis Prep T3),得到化合物8 (12 mg,tR=23 min)和9 (8.4 mg,tR=26 min)。
化合物1:淡黃色固體,ESI-MS 顯示準分子離子峰m/z372 [M+Na]+。1H-NMR (600 MHz, DMSO)顯示在低場區(qū)有吲哚環(huán)的特征信號δH7.00 (1H, s,H-2),7.49 (1H, d,J=8.0 Hz, H-4),7.02 (1H, t,J=7.6 Hz,H-5),7.05 (1H, t,J=7.6 Hz, H-6),7.32 (1H, d,J=8.0 Hz,H-7);4 個活潑氫質(zhì)子信號δH10.89 (1H, d,J=2.6 Hz,NH-1),7.83 (1H, d,J=3.0 Hz, NH-10),7.62 (1H, d,J=3.0 Hz, NH-13),9.20 (1H, s, OH-19);4 個芳香質(zhì)子信號δH6.53 (2H, d,J=8.4 Hz, H-17, H-21),6.59(2H, d,J=8.4 Hz, H-18, H-20),提示分子中有1 個對位二取代的苯環(huán);在高場區(qū)有兩組亞甲基質(zhì)子信號δH2.80 (1H, dd,J=14.5, 4.5 Hz, H-8),2.43 (1H,ov, H-8),δH1.83 (1H, dd,J=13.4, 6.9 Hz, H-15),2.47(1H, ov, H-15),兩個次甲基質(zhì)子信號δH4.01 (1H,m, H-9),3.95 (1H, m, H-12)。13C-NMR (150 MHz,DMSO)結(jié)合DEPT 譜表明其有20 個碳信號,2 個酮羰基碳δC166.7,166.2,14 個芳香碳,2 個亞甲基碳δC30.0,40.0 和2 個次甲基碳δC55.9,55.2。對其碳信號進行歸屬:δC118.7 (C-2)、108.9 (C-3)、127.5 (C-3a)、118.4 (C-4)、120.8 (C-5)、124.3 (C-6)、111.3 (C-7)、136.0 (C-7a)、30.0 (C-8)、55.9 (C-9)、166.7 (C-11)、55.2 (C-12)、166.2 (C-14)、40.1(C-15)、126.4 (C-16)、130.7 (C-17, C-21)、114.9 (C-18, C-20)、156.0 (C-19)。以上數(shù)據(jù)與文獻[7]對比基本一致,故確定為cyclo-(L-Tyr-L-Trp)。
化合物2:淡黃色固體,ESI-MS 顯示準分子離子峰m/z274 [M+H]+。1H-NMR (600 MHz, DMSO)發(fā)現(xiàn)其與化合物1 一樣有吲哚環(huán)的特征信號δH7.09 (1H, s, H-2),7.52 (1H, d,J= 7.9 Hz, H-4),6.99(1H, t,J= 7.8 Hz, H-5),7.02 (1H, t,J= 7.8 Hz, H-6),7.30 (1H, d,J= 7.8 Hz, H-7);3 個活潑氨基質(zhì)子信號δH10.87 (1H, s, NH-1),δH8.30 (1H, m, NH-10),7.85 (1H, d,J= 2.9 Hz, NH-13);兩組亞甲基質(zhì)子信號δH3.21 (1H, m, H-8),3.13 (1H, m, H-8),δH3.65 (1H, m, H-15),3.05 (1H, m, H-15),兩個次甲基質(zhì) 子 信 號δH4.87 (1H, m, H-9),4.00 (1H, m, H-12)。13C-NMR (150 MHz, DMSO)結(jié)合DEPT 譜表明其有14 個碳信號,2 個酮羰基碳δC167.2,165.7,8 個芳香碳,2 個亞甲基碳δC63.0,30.3 和2 個次甲基碳δC57.3,55.5。對其碳信號進行歸屬:δC127.6(C-2)、111.2 (C-3)、136.0 (C-3a)、118.6 (C-4)、120.8(C-5)、124.0 (C-6)、118.3 (C-7)、109.0 (C-7a)、30.3(C-8)、57.3 (C-9)、167.2 (C-11)、55.5 (C-12)、165.7(C-14)、63.0 (C-15)。以上數(shù)據(jù)與文獻[8]對比基本一致,故確定為cyclo-(L-Trp-L-Ser)。
化合物3:白色固體,ESI-MS 顯示準分子離子峰m/z261 [M+H]+。1H-NMR (600 MHz, DMSO)提示有2 個活潑氫質(zhì)子信號δH7.87 (1H, s, NH-8),9.22 (1H, s, OH-4’);1 組對位二取代的苯環(huán)芳香質(zhì)子信號δH7.04 (2H, d,J= 8.2 Hz, H-2’, H-6’),6.63(2H, d,J= 8.2 Hz, H-3’, H-5’);2 個次甲基質(zhì)子信號δH4.24 (1H, t,J= 8.2 Hz, H-6),4.03 (1H, dd,J=9.9, 2.9 Hz, H-9);4 組亞甲基質(zhì)子信號δH3.42 (1H,m, H-3),3.24 (1H, m, H-3),1.73 (2H, m, H2-4),2.00(1H, m, H-5),1.41 (1H, m, H-5),2.93 (2H, m, H2-10)。13C-NMR (150 MHz, DMSO)結(jié)合DEPT 譜表明其有14 個碳信號,2 個酮羰基碳δC168.9,165.1,6 個芳香碳,2 個次甲基碳δC58.4,56.0 以及4 個亞甲基碳δC44.6,34.7,27.8,21.9。對其碳信號進行歸屬:δC165.1 (C-1)、44.6 (C-3)、21.9 (C-4)、27.8(C-5)、58.4 (C-6)、168.9 (C-7)、56.0 (C-9)、34.7 (C-10)、127.0 (C-1’)、130.8 (C-2’, C-6’)、114.8 (C-3’,C-5’)、155.9 (C-4’)。以上數(shù)據(jù)與文獻[9]對比基本一致,故確定為cyclo-(D-Tyr-D-Pro)。
化合物4:白色固體,ESI-MS 顯示準分子離子峰m/z311 [M+H]+。1H-NMR (600 MHz, DMSO)顯示3 個活潑氫質(zhì)子信號δH9.30 (1H, s, OH-11),7.84 (2H, t,J= 2.9 Hz, NH-1, NH-4);9 個芳香區(qū)質(zhì)子信號:4 個歸為1 組對位二取代苯環(huán)δH6.85 (2H,d,J= 8.5 Hz, H-9, H-13),6.65 (2H, t,J= 8.5 Hz, H-10, H-12),5 個歸為1 組單取代苯環(huán)δH7.20 (1H, t,J= 7.6 Hz, H-18),7.04 (2H, d,J= 6.9 Hz, H-16, H-20),7.28 (2H, t,J= 7.6 Hz, H-17, H-19);2 組亞甲基質(zhì)子信號δH2.58 (1H, dd,J= 13.6, 5.0 Hz, H-7),2.20 (1H, d,J= 6.5 Hz, H-7),2.19 (2H, dd,J= 13.6,6.5 Hz, H2-14),2 個次甲基質(zhì)子信號δH3.95 (1H, m,H-3),3.90 (1H, m, H-6)。13C-NMR (150 MHz, DMSO)結(jié)合DEPT 譜顯示其有18 個碳信號,2 個酮羰基碳δC166.2,166.2,12 個芳香碳,2 個亞甲基碳δC40.1,38.5 和2 個次甲基碳δC55.7,55.4。對其碳信號進行歸屬:δC166.2 (C-2)、55.7 (C-3)、166.3 (C-5)、55.4 (C-6)、40.1 (C-7)、126.5 (C-8)、130.8 (C-9,C-13)、115.0 (C-10, C-12)、156.1 (C-11)、38.5 (C-14)、136.7 (C-15)、129.7 (C-16, C-20)、128.2 (C-17,C-19)、126.4 (C-18)。以上數(shù)據(jù)與文獻[10]對比基本一致,故確定為cyclo-(L-Tyr-L-Phe)。
化合物5:白色固體,ESI-MS 顯示準分子離子峰m/z277 [M+H]+。1H-NMR (600 MHz, DMSO)顯示3 個活潑氫質(zhì)子信號δH9.22 (1H, s, OH-4’),8.02 (2H, dd,J= 5.6, 2.5 Hz, NH-1, NH-4);4 個芳香質(zhì)子信號δH6.90 (2H, d,J= 8.2 Hz, H-2’, H-6’),6.64 (2H, d,J= 8.2 Hz, H-3’, H-5’),提示分子中有1 個對位二取代苯環(huán);3 個次甲基質(zhì)子信號δH4.06(1H, q,J= 3.3 Hz, H-3),3.44 (1H, m, H-6),1.43 (1H,ov, H-8),2 個亞甲基質(zhì)子信號δH1.43 (1H, m, H-7),1.23 (1H, m, H-7),2.69 (1H, q,J= 13.6, 4.8 Hz,H-11),3.01 (1H, q,J= 13.7, 3.7 Hz, H-11)以及2 個末端甲基質(zhì)子信號δH0.63 (6H, ov, H3-9, H3-10)。13C-NMR (150 MHz, DMSO)結(jié)合DEPT 譜顯示其有15 個碳信號,2 個酮羰基碳δC166.2,167.4,6 個芳香碳,2 個亞甲基碳δC43.7,37.7,3 個次甲基碳δC55.7,52.3,21.4 以及2 個甲基碳δC22.9,22.8。對其碳信號進行歸屬:δC166.2 (C-2)、55.7 (C-3)、167.4 (C-5)、52.3 (C-6)、43.7 (C-7)、21.4 (C-8)、22.9(C-9)、22.8 (C-10)、37.7 (C-11)、125.8 (C-1’)、131.2(C-2’, C-6’)、114.8 (C-3’, C-5’)、156.4 (C-4’)。以上數(shù)據(jù)與文獻[11]對比基本一致,故確定為cyclo-(LTyr-L-Leu)。
化合物6:白色固體,ESI-MS 顯示準分子離子峰m/z259 [M+Na]+。1H-NMR (600 MHz, DMSO)顯示有2 個活潑氫質(zhì)子信號δH5.05 (1H, d,J= 4.5 Hz,OH-4)和4.39 (1H, q,J= 4.0 Hz, OH-13),3 個甲基質(zhì)子信號δH0.88 (3H, d,J= 6.8 Hz, H3-12),0.98(3H, s, H3-14)和δH1.05 (3H, s, H3-15),5 對亞甲基質(zhì)子信號δH2.14 (1H, m, H-3),1.23 (1H, m, H-3),1.74 (1H, m, H-9),1.60 (1H, m, H-9),1.44 (3H, m,H2-10, H-11),1.32 (1H, d,J= 10.4 Hz, H-11),3.95(2H, m, H2-13),3 個次甲基質(zhì)子信號δH1.68 (1H,m, H-2),4.57 (1H, m, H-4),1.77(1H, m, H-8)。13CNMR (150 MHz, DMSO)結(jié)合DEPT 譜共顯示有15 個碳信號,包括4 個季碳δC52.1,150.1,136.7,39.8;3 個次甲基碳δC35.2,69.8,46.4;5 個亞甲基碳δC42.4,23.8,28.7,36.4,57.1 以及3 個甲基碳δC13.7,29.1,24.4。對其碳信號進行歸屬:δC52.1 (C-1)、35.2 (C-2)、42.4 (C-3)、68.9 (C-4)、150.1 (C-5)、136.7 (C-6)、39.8 (C-7)、46.4 (C-8)、23.8 (C-9)、28.7(C-10)、36.4 (C-11)、13.7 (C-12)、57.1 (C-13)、29.1(C-14)、24.4 (C-15)。以上數(shù)據(jù)與文獻[12]對比基本一致,故確定為albaflavenol B。
化合物7:白色結(jié)晶固體,ESI-MS 顯示準分子離子峰m/z268 [M+H]+。1H-NMR (600 MHz, DMSO)可看出其有13 個氫信號,包括5 個活潑氫質(zhì)子信號δH3.56 (2H, m, NH2),5.49 (1H, s, OH-5’),5.36(1H, t,J= 4.9 Hz, OH-2’)和5.23 (1H, s, OH-3’),4 個連氧次甲基質(zhì)子信號δH4.56 (1H, s, H-2’),4.14(1H, s, H-3’),3.96 (1H, m, H-4’)和5.90 (1H, d,J=5.8 Hz, H-1’),1 組亞甲基信號δH3.66 (2H, m, H2-5’)以及2 個低場區(qū)的烯氫質(zhì)子信號δH8.37 (1H, s,H-8)和8.21 (1H, s, H-2)。13C-NMR (150 MHz,DMSO)顯示其共有10 個碳信號,結(jié)合DEPT 譜可推測有3 個芳香季碳δC149.9,119.8,154.3,2 個連氮的芳香次甲基碳δC151.7,138.6,4 個次甲基碳δC87.8,73.5,70.5,85.7,1 個亞甲基碳δC61.5。對其碳信號進行歸屬:δC151.7 (C-2)、149.9 (C-4)、119.8 (C-5)、154.3 (C-6)、138.6 (C-8)、87.8 (C-1’)、73.5 (C-2’)、70.5 (C-3’)、85.7 (C-4’)、61.5 (C-5’)。以上數(shù)據(jù)與文獻[13]對比基本吻合,故確定為βadenosine。
化合物8:綠色無定型固體,ESI-MS 顯示準分子離子峰m/z297 [M+H]+。1H-NMR (600 MHz,MeOD)顯示有12 個氫信號,包括1 個活潑氫質(zhì)子信號δH8.37 (1H, s, H-11),1 個甲氧基質(zhì)子信號δH3.79 (3H, s),1 個甲基質(zhì)子信號δH1.25 (3H, d,J=6.4 Hz, H3-13),3 個低場區(qū)的芳香氫質(zhì)子信號δH8.31 (1H, d,J= 7.8 Hz, H-4),6.92 (1H, t,J= 8.0 Hz,H-5)和7.65 (1H, d,J= 8.0 Hz, H-6),以及2 個次甲基質(zhì)子信號δH4.74 (1H, d,J= 3.2 Hz, H-8)和4.40(1H, m, H-12),后與文獻[14]對比發(fā)現(xiàn)其有4 個活潑氫質(zhì)子信號沒有顯示出來,而根據(jù)相關化學位移可確定其是同一個已知化合物。13C-NMR (150 MHz, MeOD)顯示有13 個碳信號,結(jié)合DEPT 譜可推測有6 個芳香碳δC123.4,119.4,126.2,128.2,152.5,115.6,2 個 羰 基 碳δC171.8,172.4,而δC162.1 為醛基碳,2 個次甲基碳δC59.4,68.4,1 個甲基碳δC20.5,以及1 個甲氧基碳δC52.9。對其碳信號進行歸屬:δC115.6 (C-1)、152.5 (C-2)、128.2(C-3)、126.2 (C-4)、119.4 (C-5)、123.4 (C-6)、171.8(C-7)、59.4 (C-8)、172.4 (C-9)、52.9 (C-10)、162.1(C-11)、68.4 (C-12)、20.5 (C-13)。以上數(shù)據(jù)與文獻[14]對比基本吻合,故確定為N-formylantimyic acid methyl ester。
化合物9:白色粉末狀固體,ESI-MS 顯示準分子離子峰m/z499 [M+H]+。1H-NMR (600 MHz, DMSO)顯示有19 個氫信號:δH8.20 (1H, s, H-11),6.82(1H, s, H-10),6.32 (1H, dd,J= 10.5, 1.3 Hz, H-3),5.01 (1H, m, H-7),2.99 (1H, dd,J= 2.5, 15.8 Hz, H-8),2.80 (1H, dd,J= 10.3, 15.6 Hz, H-8),2.58 (1H,m, H-4),1.66 (1H, m, H-5),1.65 (3H, s, 2-Me),1.27(1H, m, H-6),1.25 (1H, m, H-5),1.06 (3H, d,J= 6.5 Hz, 4-Me)和0.95 (3H, d,J= 5.9 Hz, 6-Me)。而13CNMR (150 MHz, DMSO)結(jié)合DEPT 譜顯示只有14 個碳信號:δC166.0 (C-1),126.8 (C-2),147.4 (C-3),30.7 (C-4),37.6 (C-5),35.1 (C-6),74.5 (C-7),24.0 (C-8),149.4 (C-9),122.9 (C-10),151.3 (C-11),12.7 (2-Me),21.1 (4-Me)和16.2 (6-Me),說明這個化合物可能是一個具有對稱結(jié)構的二聚體,通過與文獻[15]中化合物conglobatin A 對比后發(fā)現(xiàn)兩者波譜數(shù)據(jù)完全吻合,故最終確定為conglobatin A。
自上世紀發(fā)現(xiàn)青霉素以來,微生物中活性次生代謝產(chǎn)物一直是藥物先導化合物的重要來源之一,據(jù)統(tǒng)計1940 年—2019 年間,科學家從微生物中開發(fā)出293 種治療不同疾病的臨床藥物[16]。但隨著研究的深入,很多微生物及其次生代謝產(chǎn)物存在被重復開發(fā)和提取分離的問題,加之多重耐藥性的產(chǎn)生,迫使人們需要開拓新的制造藥物的微生物來源[5-6],而其中極地微生物資源是珍貴而特殊的。來自極地海洋等特殊生態(tài)環(huán)境的生物往往具有比陸地生物更為豐富的代謝途徑和功能基因簇,增加了產(chǎn)生結(jié)構新穎且功能獨特的次生代謝物的可能性。極地生物以微生物和一些能適應極端條件的海洋生物為主,然而與已報道的大量極地微生物相比,鮮有微生物活性天然產(chǎn)物相關研究報道,因此,極地微生物極具研究價值[17-18]。
筆者以一株采自北極海域海綿共附生放線菌Streptomycessp. LHW11-07 為研究對象,從其發(fā)酵浸膏中分離得到9 個單體化合物1~9,包括環(huán)二肽化合物1~5,倍半萜化合物6,核苷類化合物7,以及兩個其他結(jié)構類型化合物8和9,其中化合物1和2是首次分離于Streptomyces放線菌,而這些化合物的生物活性還有待進一步探究;本研究進一步豐富了該屬放線菌的化學多樣性,同時,為高值化開發(fā)利用極地微生物這一國家戰(zhàn)略資源提供了物質(zhì)基礎和理論依據(jù)。
據(jù)文獻報道,化合物1對所測試的病原性細菌和真菌均具有一定的對抗作用[19],化合物2測試了4 種腫瘤細胞均無明顯的細胞毒性[20],化合物3對海膽Strongylocentrotus intermedius胚胎具有細胞毒活性[9],化合物5具有抗炎活性并對H1N1和RSV 病毒有一定的殺傷作用[21],化合物7作為一種內(nèi)源性嘌呤核苷,具有降低血壓、抑制血小板聚焦、舒張血管、減慢心律等生理活性[22],而化合物9可抑制癌細胞株的增殖,在體外對Trypanosoma bruceibruceiGUTat 3.1 表現(xiàn)出抗錐蟲體活性等[23]。