西沙海绵共生微生物中抗肿瘤先导化合物的发现

Sponge is one of the oldest complex symbiosis. Sponge host-microbe make both symbiotic sides benefit in nutrition, energy, chemical defense and other aspects through metabolic interaction， forming the relationship of "obtain their own benefits and avoid harms, respectively". Sponge symbiont is a treasure trove of marine drugs. Based on the host-microbe interactions, the project selected the talent commensal strains from the Paracel Islands marine sponges Dysidea avara and Phakellia fusca which may produce new bioactive secondary metabolites, applied the bio-guided separation combined with HPLC-MS, HPLC-DAD-NMR chromatography/spectroscopy hyphenated techniques to locate the new cyclic peptides and quinone terpenes from the strains. The relative and absolute configurations of the compounds will be determined by spectroscopy technologies, chemical reactions, as well as computational chemistry. The compounds will be texted in the anti-tumor evaluation for three levels: cytotoxicity,NF-kB inhibitory and hollow fiber assays. Their structure-activity relationship will be discussed, their NF-kB pathway inhibitory mechanism will also be studied. The project is plan to discover the new leads with significant potent and mechanism, to seek an effective way to solve the limitation of resource of marine drugs.

海绵是一类最古老复杂的共生体。海绵宿主-微生物通过代谢互作，能使共生双方在营养、能量、化学防御等方面获利，形成"各取其利、各避其害"的共生互作关系，是海洋药物的宝库。本课题从宿主-微生物互作角度出发，对两种西沙海绵Phakellia fusca和Dysidea avara中可能产生特异次生代谢产物的活性共生菌株进行了优选，拟以活性追踪指导分离筛选，结合HPLC-MS、HPLC-DAD-NMR等色谱/光谱联用技术，重点定向追踪分离共生菌中新型的环肽和萜醌类化合物，运用光谱学技术和化学沟通反应，结合计算化学方法确定活性单体的平面及立体化学结构，从细胞毒、NF-kB抑制和小鼠体内中空纤维三个水平评价单体化合物的抗肿瘤活性，探讨其构效关系，深入研究强活性化合物对NF-kB通路的作用机制，发现活性显著、作用机制明确的新型抗肿瘤先导化合物，为解决海洋药物药源瓶颈问题开辟一条有效途径。

本项目主要围绕“西沙海绵共生微生物中抗肿瘤先导化合物的发现”这一研究方向开展研究，基于宿主-微生物互作优选策略，结合化学导向与抗肿瘤活性追踪的方法，挖掘海绵共生微生物中新颖结构活性分子，评价其生物学功能。从40种海绵中，经分离纯化、ITS序列及16S rRNA基因序列扩增和测序，鉴定真菌110株、放线菌312株；基于活性筛选结果，选择来源于4种海绵的9株共生微生物作为研究对象，对其菌丝体和发酵液进行了系统的化学成分研究，分离鉴定了200个化合物，其中新化合物50个，新骨架分子3个（含全新骨架的开环甾醇类化合物，结构中含有复杂的氧杂环四环桥环系统），活性化合物45个。通过在细胞、酶、分子等水平上的筛选和构效关系研究，获得了9个活性显著的化合物，包括3个新型抗肿瘤活性先导化合物，3个显著抑制-葡萄糖苷酶的降血糖活性的化合物，3个能够有效降低IL-6表达的具有体外免疫抑制活性的Preussin类化合物。采用高表达干性基因Nanog的乳腺癌干细胞筛选模型进行筛选，发现化合物Smenospongine (Sme)对肿瘤干细胞具有显著的抑制作用，能够下调干性标志物Nanog、Bmi1、Sox2的表达，诱导DNA损伤、细胞周期阻滞和凋亡；机制研究表明，它是通过激活p38和AMPK通路诱导乳腺癌干细胞发生内源性凋亡；动物体内试验结果表明，Sme能够显著抑制NOD/SCID小鼠体内移植瘤的生长，同时并未对小鼠体重产生明显影响，毒性较低，为开发靶向肿瘤干细胞药物提供了先导化合物。项目期间以通讯作者在Organic Letters、Journal of Organic Chemistry、Journal of Natural Products等杂志上发表SCI收录论文19篇，申请国家发明专利3项。先后有3名博士研究生和1名硕士研究生从事该项目工作，已经全部获得博士和硕士学位。同时，研究组成员获得上海市浦江学者、上海市卫健委优青和国家博士后创新人才支持计划等人才项目4项。通过项目的实施，研究组的科研水平得到了整体提升，加强了与国内外学者的合作，圆满完成了项目原定计任务。