先导化合物厦门霉素结构多样性及抗肝纤维化机理的研究

Hepatic fibrosis is a severe disease, threatening to public health. In our previous study, we found the antifibrotic benzopyran compounds,Xiamenmycins isolated from mangrove-derived Streptomyces xiamenensis. In order to get more derivatives, phytochemical analysis, semi-synthesis and combinatorial biosynthesis will be carried on, in order to find diverse structures. The bioactivities of benzopyran derivatives related to inhibit activation of hepatic stellate cells will be tested. In order to elucidate the mechanisms of attenuating hepatic fibrosis, a transcription regulatory network will be build up by the method of RNA-seq, from the view of systems biology. Benzopyran compounds may be a promising candidate for treating excessive hepatic fibrotic diseases.

纤维化疾病严重危害人类的健康，肝纤维化发病率极高，尚缺乏有效的治疗药物，因此已经成为一个世界性的公共健康问题。本课题前期研究证实红树源链霉菌新种Streptomyces xiamenensis产生的苯并吡喃次生代谢产物具有抗纤维化活性，并解析了其生物合成途径。拟从具有相似生物合成基因簇的Streptomyces himastatinicus菌株中，寻找新颖结构的苯并吡喃类化合物；采用组合生物合成和化学半合成的方法制备该类化合物的衍生物，丰富其结构类型；考察该类化合物的抗肝纤维化活性，从体内体外实验评价各苯并吡喃类衍生物抑制肝星状细胞活化和增殖的作用，优选活性增强的结构类型；并采用系统生物学的方法，建立肝纤维化的转录调控网络，研究该药物的抗纤维化机制。最终为该类化合物发展为抗纤维化的药物候选物奠定基础。

纤维化疾病严重威胁人类健康，肝纤维化是唯一具有可逆性的治疗关键时期。非可控的过度纤维化向肝癌的恶性转变已被广泛研究，目前亟需发现抗纤维化的新型的小分子药物候选物。红树林来源厦门链霉菌（Streptomyces xiamenensis） 318菌株产生的苯并吡喃类化合物（厦门霉素）具有显著的抗纤维化活性。首先我们完成了厦门霉素天然产物全合成工作，对其中的苯并吡喃母核的立体构型进行了确证，并合成了其对映异构体。同时，针对厦门霉素的生物合成途径中的关键酶的催化机制进行探索并设计了组合生物合成策略。1）起始步骤：膜蛋白XimB催化对羟基苯甲酸前体在C-3位异戊烯基化。利用异戊烯基转移酶XimB的底物宽泛进行组合生物合成，获得了一系列苯并吡喃的“非天然前体”；2）FAD-依赖的单加氧酶将异戊烯基侧链中的双键氧化；3）环氧水解酶XimE催化环合得到母核苯并吡喃环。通过XimE的晶体结构解释了其催化形成吡喃环的酶学机制，考察了该类酶的底物宽泛性；4）酰胺合成酶XimA催化苯并吡喃母核加载氨基酸。对XimA进行蛋白质工程改造，扩大其底物选择性。此外，在解析厦门霉素生物合成途径的基础上，通过全局性代谢网络动力学模型分析和代谢工程的改造，实现了厦门霉素在大肠杆菌中的异源生物合成。该工作不仅丰富了苯并吡喃类化合物的化学结构多样性，也为构建苯并吡喃类活性天然产物的高效生物合成体系奠定了基础。进而本课题对厦门霉素抗肝纤维化活性进行了体内药效学研究，结果显示厦门霉素能抑制肝纤维化过程。采用多组学分析的方法解析了厦门霉素的抗纤维化机制，靶点正在验证中，旨在最终把厦门霉素发展为抗纤维化的创新性药物。