细胞松弛素二聚体生物合成过程中非酶催化的环加成反应研究

Dimeric cytochalasin, asperchalasin A, was originally isolated from Aspergillus flavipes as a potentially selective cell cycle regulator against cancer cell. It represents a structurally rare and complex carbon skeleton containing a 5/6/11/5/5/6/5/11/6/5 polycyclic rings system. From the view point of structural features, this dimer can be assembled by two cycloaddition reactions between two molecules of cytochalasin and one molecule of epicoccine. The co-isolation of several pairs of diastereoisomers indicates the two key cycloaddition reactions involving the dimerization process are non-enzymatic. This study will synthesize this dimer asperchalasin A through several key oxidation and cycloaddition reactions starting from the monomer epicoccine and apochalasin D which was already isolated by our group. Then, the cycloadditions reaction mechanism calculations by DFT will be applied for further supporting this non-enzymatic process. Finally, we will create the structure diversity of this dimer for bioassay and SAR study through diversity-orientated semisynthesis. This research could help us understand how mother nature creates such structurally complex natural products in a non-enzymatic manner.

细胞松弛素二聚体asperchalasin A是从一株黄柄曲霉中分离得到的结构复杂且罕见的含有5/6/11/5/5/6/5/11/6/5多环系的新骨架天然产物，具有选择性的细胞周期调节活性。通过仔细的结构分析看出整个分子是由两分子的细胞松弛素与一分子的epicoccine通过两次环加成聚合而成。根据报道的类似物的结构看出其环加成反应不具有立体选择性，说明其环加成反应很可能是非酶催化的过程。本研究拟从一株曲霉中分离获得的单体细胞松弛素apochalasin D和epicoccine出发通过体外化学反应实现二聚体的半合成。同时通过量子化学计算两次环加成反应的反应机理，从理论上说明其两次环加成非酶催化的过程。然后采用结构多样性指向型半合成策略，合成更多的二聚体类似物供活性筛选和构效关系研究。本研究可以为认识和解释自然界中复杂天然产物非酶催化的生物合成提供参考，具有重要的理论意义。

2018年，德国应用化学杂志《Angew. Chem. Int. Ed.》相继报道了我国科学工作者开展的关于asperchalasine A的全合成工作 （Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 14216 –14220；Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 14221 –14224）, 他们以相似的路径完成了asperchalasine A的首次全合成工作。此两篇文章的发表使得本项目的亮点和新颖性丧失，故从2018年10月起，本项目的研究目标和计划发生变化，停止对asperchalasine A开展半合成研究，转而研究三株黄柄曲霉类细胞松弛素生产菌中代谢的细胞松弛素聚合体的结构鉴定与化学半合成，及土壤来源链霉菌的活性天然产物的分离鉴定及生物合成探索。通过对三株黄柄曲霉的发酵提取物进行色谱学分离和结构鉴定，获得了7个结构新型的细胞松弛素聚合体，包含6种未见报道的聚合方式，丰富了细胞松弛素聚合体的骨架类型。同时，利用菌株生产的细胞松弛素单体，实现了以硫醚桥键二聚的细胞松弛素聚合体的化学半合成，并人工构建了一个以呋喃环聚合的细胞松弛素二聚体。此外，我们还从一株植物根际土来源的链霉菌中分离得到19个具有良好抗细菌活性的五环聚酮类化合物，包含fasamycins和formicamycins两个亚类，从一株青海湖土壤来源的链霉菌Streptomyces pactum L8中分离得到3个英羧霉素类抗生素，并通过全基因组扫描测序、生物信息学分析和基因失活获得了菌株中英羧霉素的完整基因簇，再通过基因文库构建及特异引物筛选获得了英羧霉素生物合成基因簇的克隆，采用 PCR-Targeting策略和接合转移技术对基因簇的基因逐一进行敲除获得突变株，依据突变株发酵物的HPLC分析结果及同位素标记的前体喂养实验结果证实英羧霉素生物合成过程中存在一种新的羧酸酰胺形成机制。