毛壳菌中新颖细胞松弛素的发现及其抗菌活性研究

In recent years, owing to the increasing frequency of bacterial resistance to available antibiotics, new antibacterial drugs are urgently needed. Cytochalasans comprise a large family of structurally diverse fungal polyketide synthase-nonribosomal peptide synthetase hybrid metabolites with a broad range of biological activities. They are potentially validated starting points for the development of new antibacterial drugs. In our previous studies, we isolated and identified an unprecedented cytochalasan from Chaetomium sp. F5, chamiside A. It is a new class of cytochalasans bearing a rare 6/6/5-fused tricyclic ring system and a unique seven-membered lactone, and exhibited significant antibacterial activity. In this project, the one strain many compounds approach will be employed to trigger the expression of the cytochalasan gene cluster involved in the formation of chamiside A in Chaetomium sp. F5. This method not only maximizes the diversity of cytochalasans produced, but also leads to a significantly enhanced production of constitutively present compounds. Then, LC-HRMS/MS and MS/MS-based molecular networking will be applied to discover diverse cytochalasans quickly. Further isolation and characterization of targeted compounds will be performed. Finally, in vitro antibacterial activities of pure cytochalasans against several bacteria will be evaluated for structure-activity relationship analyses. The modes of action of antibacterial cytochalasans will be tentatively examined. Taken together, this work enhances the chemical diversity of novel cytochalasans with antibacterial activities, and provides evidences for developing new effective antibiotics.

当今细菌耐药形势日趋严峻，迫切需要研发新型抗菌药物。细胞松弛素家族是一类真菌来源氨基酸/聚酮杂合体，具有丰富的化学结构和广泛的生物活性，有潜力发展为新型抗菌药物。我们前期从毛壳菌Chaetomium sp. F5中发现了一个骨架新颖细胞松弛素家族新成员chamiside A，其具有6/6/5三环骈合系统和独立的七元内酯环，形成了细胞松弛素家族的新亚类，并显示了较强的抗菌活性。本项目拟在前期研究基础上：（1）采用单菌多次级代谢产物策略诱导Chaetomium sp. F5中细胞松弛素家族基因簇的表达，增加细胞松弛素的种类、提高微量化合物的产量；（2）通过LC-HRMS/MS技术和分子网络工具对细胞松弛素进行定向、快速识别，进行化合物的分离和鉴定；（3）评估化合物抗菌活性，揭示构效关系，并对作用机制进行探索。本课题能够较大程度拓展具有抗菌活性的细胞松弛素新种类，为开发新型抗菌有效药物奠定基础。

研发新型抗菌药物从而应对细菌感染和耐药问题是全球关注的热点。细胞松弛素是一类真菌来源氨基酸/聚酮杂合体，具有丰富的化学结构和广泛的生物活性，有潜力发展为新型抗菌药物。本项目基于前期发现的一株毛壳菌及其产生的一个抗菌新骨架细胞松弛素chamiside A, 采用了多样化的真菌培养策略，深入诱导生物合成基因簇的表达，使用液质联用等代谢组学技术快速识别和分离目标结构新颖细胞松弛素，最终广泛评价了化合物抗菌等生物活性。在本项目的支持下，我们分离和鉴定了19个新结构天然产物，包括了5个结构新颖细胞松弛素chamisides B-F，其中化合物chamisides B-D具有新的5/6/5/5/7环系统且在苯丙氨酸部分具有罕见的氧化或脱氢修饰，化合物chamiside E具有新的6/6/5/7/5环骨架，化合物chamiside F具有6/6/5环核心骨架且具有一个罕见的柔性长链。从推测的生源合成途径上看，细胞松弛素5/6/5/5/7骨架应该是6/6/5/7/5和6/6/5环系统结构的关键生物合成前体，所分离细胞松弛素还是通过经典的分子内[4+2] Diels-Alder环化加成形成异吲哚环，然后此环再经过氧化和重排形成了特殊的哌啶-2,6-二酮环。这些结构新颖化合物的发现扩展了细胞松弛素家族骨架结构类型。抗菌活性实验结果显示，相比chamiside A，细胞松弛素chamisides B-F没有明显的抗菌活性，表明化合物chamiside A中七元内酯环对抗菌活性具有重要作用，为该类化合物的后续相关抗菌研究提供研究基础。为了探索细胞松弛素的更多生物活性，我们通过计算机虚拟筛选以及蛋白和细胞水平实验发现新结构细胞松弛素chamiside F可以很好的与胆固醇转运蛋白NPC1L1相互作用，并可以抑制胆固醇向细胞内转移，表明结构特殊细胞松弛素可以作用于NPC1L1靶点，显示出降脂潜力。综上，本项目拓展了细胞松弛素的结构和活性多样性，为后续研究和利用该类化合物奠定基础。