基于“蛇足石杉内生真菌生物转化”的lycodine型生物碱类似物制备及胆碱酯酶活性评价

Microbial transformation has been proved to be an effective method for the structure modification of natural products. The past few decades have witnessed lots of encouraging achievement in the study of the secondary metabolites of fungal endopytes and its interaction with their hosts. However, studies on the biotransformation of natural products by fungal endophyte are still limited and waiting for further exploration. In our previous studies on the biotransformation of huperzine a (a constituent of Huperzia serrata) by an fungal endophyte derived from Huperzia serrata, a transformation process with high product yields and novel types of catalysis was observed, implying that biotransformation of host-associated natural products by fungal endophytes of the host may serve as an alternative way for the structural modification of plant-derived natural products. It also prompts us to infer that fungal endophyts may possess unique advantages in the biotransformation of host constituents over other microorganisms.. Based on the discovery and speculation of our previous studies, fungal endophytes of Huperzia serrata are to be employed for the structure modification of lycodine-type acetylcholinesterase (AChE) inhibitors including huperzine a, huperzine b, and lycodine, three alkaloid constituents of Huperzia serrata sharing the same lycodine-type skeleton. Results of our study may provide lycodine-type AChE inhibitors with more potency and/or higher selectivity, and may also unveil the features and underlying laws of such kind of biotransformation.

微生物转化是天然产物结构修饰的有效手段。植物内生真菌是一种新型微生物资源，内生真菌与宿主间相互关系、及其次级代谢产物的研究已取得了诸多喜人的结果。然而，内生真菌在天然产物生物转化领域的应用尚处于起步阶段，其应用前景有待进一步认识与挖掘。在前期的研究中，我们发现，蛇足石杉内生真菌对宿主化学成分石杉碱甲的生物转化具有转化产率高、反应类型新颖等特点。提示我们，此类生物转化方式是开展植物天然产物结构修饰的又一有效手段。同时，也引发我们思考，内生真菌在宿主化学成分的生物转化方面可能具有独特的优势。. 本项目拟在前期研究的基础上，利用蛇足石杉内生真菌对宿主化学成分的生物转化作用，开展石松定碱类乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制成分（石杉碱甲、石杉碱乙和石松定碱）的结构修饰，以寻求活性更好、选择性更高的AChE抑制剂，并探索此类生物转化作用的特点与规律。

植物内生真菌是一种新型微生物资源，其在天然产物生物转化领域的研究尚处于起步阶段，有待进一步认识与挖掘。本项目以“蛇足石杉内生真菌——石松定类生物碱”体系为研究对象，从自主构建的蛇足石杉内生真菌库中筛选获得了5株具有石杉碱甲、石杉碱乙转化能力的菌株，通过系统研究获得了8个转化产物T1-T8（T1-T7个为新化合物）和25个菌株自身代谢产物（M1-M25）。在转化产物中，T1-T6的转化位点为石杉碱甲的游离氨基，T7和T8的的转化位点分别为石杉碱乙和石杉碱甲的8,15位双键。其中，转化产物T1-T4具有新颖的“石杉碱甲-tremulane型倍半萜”骨架，在其结构中，石杉碱甲与菌株自身代谢产物通过碳氮单键连接，这是微生物将自身代谢产物与外源底物相连形成新颖化合物的首例报道，代表了一种新的微生物转化反应模式。这四个转化产物的获得，表明内生真菌能够在自身代谢产物与宿主化学成分之间建立直接的化学联系，是内生真菌与宿主代谢互作的一种新的表现形式。令人振奋的是，在体外乙酰胆碱酯酶抑制活性评价实验中，转化产物T3和T4的活性优于阳性药-石杉碱甲，值得进一步深入研究。此外，鉴于转化产物8,15-环氧化石杉碱甲（T8）在神经保护方面所表现出的良好潜力，我们还分别发展了高效制备该化合物及其类似物——8,15-环氧化石杉碱乙（T7）的方法，其转化率均在30%以上，具有良好的应用前景。通过本项目的研究，初步表明植物内生真菌在宿主化学成分的生物转化方面具有反应类型新颖，转化率高等特点，可以用于拓展宿主化学成分结构多样性。