西北特色共生菌次生代谢物发现及其基于抑制组蛋白修饰酶的抗肿瘤活性研究

Recent studies have demonstrated that histone-modifying enzymes can regulate multiple tumor models in different ways, thereby identifying them as potentially important drug targets. However, only minimal progress has been made towards the development and clinical application of histone-modifying enzyme inhibitors. The symbiotic fungi are outstanding sources of the antitumor drugs. It, in the northwest area of China, is difference from others species. The symbionts containing lots of frigostabile, drought-tolerant, and uviofast secondary metabolites, from special plants, insects, and soil samples under different ecological conditions in the northwest plateau of China, will be particularly researched. Collecting HPLC and NMR analysis results and screening control histone-modifying enzymes and inhibition several cancer cells activity of the extracts are premise and basis for high-efficiency isolating new compounds and/or bioactive secondary metabolites. It is now difficulty to discover novel bioactive small molecules from terrestrial strains under natural conditions. With the purpose of finding out efficient methods for improving the secondary metabolite productivity, the metabolic function regulation will be studied for activating the silent secondary metabolites by employing physical stresses, adding chemical inducers and cocultivating different microorganisms. The comprehensive activity evaluation system, screening microscopic molecules and cells and studying macro animal activity, will be set up. The antitumor mechanism will be studied in depth. Structure modification and structure-activity relationship of cytotoxicity compounds, will be carried out. All of those research will be a good foundation for discovering antitumor lead compounds.

组蛋白修饰酶直接参与或间接调控多个肿瘤模型，为潜在的抗肿瘤药物靶点，但组蛋白修饰酶抑制剂的开发和临床应用较滞后。共生菌是抗肿瘤药物的重要来源，生活在西北地区的共生菌受特殊环境影响而与众不同。本项目选择该类共生菌为研究材料，以抑制组蛋白修饰酶和肿瘤细胞增殖为生物活性筛选模型，以NMR和HPLC指纹图谱为化学筛选模型，采用生物活性测试和化学多样性评价集成筛选结果指导的微量分离纯化技术，高效发现新结构/活性次生代谢物。针对在自然条件下微生物产生次生代谢物的能力一般不高且受代谢调控这一基础科学问题，拟使用物理应力、添加化学诱导物及混合培养生物品种等环境胁迫方法进行野生菌代谢功能调控研究，建立行之有效的实验方法，实现野生菌高效利用。从微观分子细胞水平筛选到宏观动物模型研究，全方位评价活性，深入研究抗肿瘤机制。通过次生代谢物的结构修饰和构效关系研究，发现抗肿瘤先导化合物，为创制新型抗肿瘤药物奠定基础。

2020年5月25日世界卫生组织官网发布了《2020世界卫生统计报告》，据统计非传染性疾病占据总死亡人数的71%。癌症仅次于心脑血管疾病，排名第二。虽然每年有多款抗癌药物问世，但癌症依然无法治愈，寻找低毒高效抗肿瘤药物任重道远。靶向药物的出现是癌症死亡率降低的主要原因之一，从微生物次生代谢产物中寻找抗肿瘤药物特别是靶向药物已成为肿瘤新药主要来源之一。本项目组采集了45种西北地区的特色药用植物及土壤样品，对其进行了内生真菌的分离纯化研究，得到770株共生真菌。对73株真菌使用多种培养基发酵，获得574个提取物。对其进行HPLC-MS及活性筛选，获得最优菌株。对32株最优菌株通过18S rDNA序列测定进行种属鉴定，主要是镰刀属、蛇孢腔菌属、格孢腔菌属、茎点霉属等真菌。进行了20株优良菌株的次生代谢产物研究，在抑制组蛋白修饰酶和肿瘤细胞增殖生物活性筛选以及NMR和HPLC指纹图谱化学筛选指导下，高效发现335个化合物。运用光谱、波谱、单晶衍射技术、计算方法和结构转化等鉴定结构，发现新化合物70个，具有新骨架的化合物21个。通过生物活性筛选发现了两个抗肿瘤活性为顺铂60-70倍的化合物，它们具有良好的抑制组蛋白修饰酶活性，机理研究正在进行中。使用X射线等物理方法诱变育种四株，其次生代谢产物研究正在进行中，实现野生菌高效利用。对部分结构进行了修饰研究，得到了一些修饰产物，探讨了它们的构效关系。通过本研究为创制新型抗癌药物奠定了基础，促进西北地区特色微生物资源的开发利用。发现了一株抗植物病原真菌活性突出的真菌，预计2021年春季开展大田实验，若结果理想，有望推广到市场。提高种植产量，增加农民收入。