基于化学－生物合成对海洋来源真菌抗肿瘤次级代谢产物化学多样性的研究

海洋微生物次级代谢产物是发现抗肿瘤活性先导化合物的重要来源。由于发现有极高研究价值的活性菌株难度在不断加大，因此有必要对已报道的海洋微生物中活性强、结构新颖、生合成途径基本清楚的次级代谢产物进行化学多样性的研究。目前国内外此类研究仅局限于尝试改变培养条件、添加酶抑制剂和微生物共培养等方法，缺少针对化合物特殊生合成中间体的微生物转化研究。本项目选取前期工作发现的海洋真菌烟曲霉中具有显著抗肿瘤活性的异戊烯基取代的二酮哌嗪和硫代二酮哌嗪类化合物，首次提出应用化学－生物合成相结合的方法，根据其结构的特殊性,人工合成其生合成关键中间体- - 含有特定氨基酸片段的二酮哌嗪衍生物，利用烟曲霉特殊的酶反应体系进行转化，以拓展此两类化合物的化学多样性。本项目的实施不仅可以更快、更准确地从烟曲霉中获得更多的抗肿瘤活性先导化合物，同时也进一步丰富了海洋微生物化学多样性的研究方法，对于开发抗肿瘤海洋药物具有重要意义。

该项目前期计划向一株海洋来源真菌烟曲霉（YK-7）发酵体系中添加人工合成的分别含有色氨酸和苯丙氨酸片段的二酮哌嗪底物，利用烟曲霉特殊的酶反应体系进行转化，以期获得结构多样的异戊烯基和硫代二酮哌嗪类衍生物。但在实验中发现，在目前常规的烟曲霉液体发酵条件下，菌株对8种人工合成的二酮哌嗪底物没有转化的能力。因此，对烟曲霉菌株的研究内容调整为考察通过改变培养方式、培养基组成、添加化学诱变剂等对其次级代谢的影响，以及8个二酮哌嗪化合物对一株黑曲霉次级代谢的影响。同时，该项目中也开展了对一株海洋来源刺囊壳属真菌（Ascotricha sp. ZJ-M-5）在常规培养条件下次级代谢产物和在寡营养培养和去除镁离子条件下次级代谢化学多样性的研究，一株海洋来源草酸青霉（Penicillium oxalicum 2HL-M-6）在静置培养条件下次级代谢产物的研究，以及一株海洋来源真菌棘孢曲霉（Aspergillus aculeatus HTTM-Z07002）次级代谢产物的分离鉴定工作。研究工作发现：（1）培养方式的改变能够部分改变烟曲霉次级代谢，而磷元素的缺失和缺乏将诱导烟曲霉产生新的以氨基酸为前体的简单次级代谢产物；（2）特定二酮哌嗪可以诱导黑曲霉产生更多的hexylitaconic acid类化合物以及hexylmethylmaleic anhydride；（3）刺囊壳属真菌（ZJ-M-5）在富营养和寡营养条件下产生截然不同的次级代谢产物，同时镁离子的去除将诱导寡营养条件下的菌株产生3个结构新颖的石竹烯型倍半萜类化合物；（4）静置培养可以使草酸青霉（2HL-M-6）产生新的decaturin类及蒽醌硫酸酯类化合物。以上研究工作中共分离得到新化合物17个，新天然产物4个；发表标注基金批准号SCI收载论文3篇（刊出2篇，在线刊出1篇），中文核心期刊2篇（刊出1篇，录用1篇），会议论文2篇；申请国内发明专利1项；培养硕士研究生毕业1名，直博1名，在读1名。本项目研究了海洋来源真菌次级代谢产物及其化学多样性，结果提示通过改变培养基组成（包括寡营养条件、去除磷元素、去除镁离子）、改变培养方式（静置、摇床）、添加其他物质（二酮哌嗪）等手段，在液体发酵条件下即可改变或部分改变真菌次级代谢途径，从而拓展其次级代谢的化学多样性，获取结构更为新颖、生物活性更为显著的海洋来源真菌次级代谢产物。