毛壳霉中新颖多聚吲哚生物碱的结构与活性

There are more than 400 species fungi of the genus Chaetomium Kunze. The metabolites from this genus with rich structure diversity possess a broad of bioactivities. Previously we have investigated more than 10 species of this genus and found series novel natural compounds with antibacterial, antitumor, and glucosidase inhibitory effects. From the filamentous fungus Chaetomium niger we isolated novel polyindole alkaloids with 1-4 indoles. These compounds possess selective cytotoxicity against lymphoma cancer cells (Raji cell line). The stereostructure, bioactivities, mechanisms, and structure-activity relationship need to be investigated further. In this project, the following aspects will be studied: 1) Changes and diversity of the polyindole alkaloids with the fermentation conditions and addition of possible precusors; 2) Determination of the absolute configuration by chemical transformation, X-ray crystallographic analysis and spectroscopic strategies, or by the combination of these methods; 3) Bioactivities especially antitumor activity and the possible mechanism of polyindole alkaloids; 4) Structure-activity relationship based on the obtained diverse compounds by fermentation, chemical transformation and bioassay. The purpose of this project is to provide new hits or leads for pharmaceutical and chemical biological study, and to acquire information about the biosynthetic character.

毛壳霉属真菌（400余种）的代谢产物结构多样且生物活性广泛。前期我们从10余种该属真菌中发现了系列结构新颖，具有抗菌、抗肿瘤、糖苷酶抑制等活性化合物。其中从丝状真菌黑色毛壳霉（Chaetomium niger）代谢物中发现了含有1-4个吲哚甘油的新颖结构类型生物碱，初步研究表明它们具有选择性抑制淋巴瘤细胞增殖的活性。它们的结构确证（立体化学）难度大，生物活性、作用机制、构效关系等尚待阐明。本项目拟开展如下研究：1）利用不同生长条件或者可能前体添加方式，探讨代谢物结构多样性及形成条件，并获得结构丰富的化合物；2）通过化学衍生结合波谱（或单晶衍射）完全确定该类化合物的结构；3）通过体内外活性评价，阐明该类化合物的生物活性，特别是抗肿瘤活性及机制；4）通过发酵及化学转化、活性评价，探讨该类化合物的抗肿瘤活性的构效关系。旨在为药物研究及化学生物学研究提供新颖分子实体，为阐明生物合成途径奠定基础。

毛壳霉属（Chaetomium sp）真菌资源丰富，其代谢产物结构和生物活性多样，是活性化合物发现的重要来源。前期研究发现，黑色毛壳霉能够产生新颖结构类型的3-吲哚-1,2丙二醇类生物碱。在此基础上，开展了毛壳霉属真菌代谢产物的深入研究，包括活性化合物发现、制备和立体结构的确定、生物活性评价及作用机制。取得如下主要结果：1）从黑色毛壳霉中发现了40个结构新颖的多聚吲哚类化合物，其中包括吲哚与吲哚之间通过2-3,3-3偶联的3-吲哚-1,2丙二醇的二聚体、三聚体和四聚体，吲哚多聚物丙二醇结构单元的转化和降解产物；确定不同发酵条件对产物多样性影响显著；对绳生毛壳霉、马德里毛壳霉、大果毛壳霉和变绿毛壳霉同属4株真菌进行了研究，从中没有发现吲哚甘油类化合物，但获得了一类以鸟氨酸、脱水甲瓦龙酸和脂肪酸形成的稀有新羟胺类铁载体小分子化合物。 2）通过1D、2D核磁共振波谱分析、ECD和NMR量子化学计算、X-射线单晶衍射、化学转化等多种策略确定了20余个多聚吲哚生物碱的绝对构型；3）发现了具有神经保护（铁载体小分子、3-吲哚-1,2丙二醇二聚体）、抗肿瘤（吲哚二聚体、三聚体、四聚体、甾酮）、抗菌（毛壳霉素）等活性的天然产物；4）阐明了新化合物Chaetonigrisin G通过上调细胞中的SOD1 mRNA和Bcl-2 mRNA的表达，抑制6-OHDA诱导PC12细胞内活性氧的产生，具有神经保护作用的分子机制；发现了多聚吲哚对肺癌细胞的作用靶点为间变性淋巴瘤激酶（ALK），对结直肠癌细胞的作用靶点为组蛋白去乙酰蛋白酶1（HDAC1）；5）阐明了多聚吲哚生物碱中1,2丙二醇和吲哚结构单元与其抗肿瘤活性之间的构效关系。已发表研究论文4篇、申报中国发明专利1件、毕业3名研究生。