基于前体辅助生物合成的类混源萜化合物库的构建

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莽草酸途径来源的混源萜是一类广泛分布在植物、高等真菌和海洋无脊椎动物中的天然产物,其结构类型复杂多样且具有良好生物活性,是新药物开发的重要先导资源。但由于结构复杂且含量低,如何高效获得该类化合物一直是个挑战。从生物合成的角度来说,该类化合物首先是由莽草酸途径和萜类途径合成共同中间体异戊烯基对苯二酚,随后在各种不同的后修饰酶催化下产生结构多样的化合物,其结构的复杂性和多样性主要来源于不同的后修饰。在次生代谢的进化过程中合成中间体的基因和后修饰基因,有时是分开进化出来的,此外有些非特异性的酶能够催化中间体及天然产物的后修饰从而增加结构多样性。因此有些生物体虽然具有后修饰能力,但由于缺乏合成前体的能力,不能产生天然产物。基于此利用化学合成大规模制备混源萜生物合成的共同中间体,随后用缺乏前体的生物体对其进行后修饰有望成为一种高效获得结构多样的类混源萜化合物的方法。基于以上猜想本论文利用化学合成的方法制备了七种混源萜生物合成共同中间体(p1a–p1c)及其类似物(p2–p5),随后将其饲喂到马尾小皮伞(Marasmius graminum)、黄盖小脆柄菇(Psathyrella candolleana)、暗蓝亚侧耳(Hohenbuehelia atrocaerulea)和平田头菇(Agrocybe pediades)四种不产生混源萜的高等真菌的发酵液中对其进行后修饰,发现四种真菌都能够对合成的共同中间体进行修饰。大规模发酵后利用柱色谱、薄层色谱、高效液相色谱等分离手段从饲喂了共同中间体的发酵液中分离得到了具有14种不同骨架的42个类混源萜化合物(1–42),并用核磁共振谱、高分辨质谱、红外光谱、电子圆二色谱、X射线单晶衍射等方法表征了它们的结构。其中化合物6–8具有新颖的6/6/5/6/6/6/5七环骨架是一类新骨架化合物,化合物1、5–19和30–42是新化合物,化合物2–4和20–29是之前报道过的天然产物。在此基础上根据化合物的结构特征,对其可能的产生机制进行了推测。在获得了这些化合物之后我们对其生物活性进行了广泛的筛选,结果发现化合物6和7对α-葡萄糖苷酶显示出较好抑制活性,IC50值分别为12.0和3.4μM;化合物12–15具有STING(stimulator of interferon genes)的抑制活性,IC50值分别为50.1、41.6、66.2和32.2μM;化合物22对肿瘤细胞NCI-H226有较好的细胞毒活性,IC50值为14.8μM;化合物39对立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)表现出较好的抗真菌活性且浓度为10μM时抑制率为42.3%。这些结果证实了我们的猜想,表明前体辅助的生物合成是一种获得生物活性类天然产物的有效方法。
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